IS200VAICH1C è una scheda di ingresso/uscita analogica progettata da General Electric (GE) per il suo sistema di controllo Mark VI™. Questa scheda è una delle prime versioni della serie VAIC (comprese tutte le versioni fino a VAICH1C incluso), utilizzata principalmente per l'elaborazione dell'acquisizione e dell'uscita del segnale analogico. È un modulo I/O indispensabile nei sistemi di controllo di turbine a gas e turbine a vapore.
La scheda IS200VAICH1C accetta 20 ingressi analogici e controlla 4 uscite analogiche. Funziona in combinazione con due morsettiere TBAI, ciascuna fornendo 10 ingressi e 2 uscite. Collegati tramite cavi alla scheda processore VAIC situata nel rack VME, i segnali di ingresso vengono condizionati, multiplexati e convertiti A/D. Vengono quindi trasferiti tramite il backplane VME alla scheda VCMI e infine al controller. Per le uscite, il VAIC converte i valori digitali in correnti analogiche, guidando carichi esterni attraverso la morsettiera.
IS200VAICH1C supporta sia applicazioni simplex che triple ridondanti modulari (TMR). In una configurazione TMR, i segnali di ingresso sulla morsettiera vengono distribuiti a tre rack VME (R, S, T), ciascuno contenente un VAIC. Le uscite sono pilotate utilizzando un circuito proprietario in cui tutti e tre i VAIC contribuiscono a creare la corrente desiderata. Se una scheda si guasta, le restanti due schede continuano a produrre la corrente di uscita corretta.
Essendo la versione finale della generazione originale di VAIC, IS200VAICH1C differisce dalle versioni successive (come VAICH1D) principalmente per la capacità di pilotaggio delle uscite: quando pilota uscite da 20 mA, supporta una resistenza di carico massima di 500 Ω (utilizzando 1000 piedi di filo n. 18). Richiede il funzionamento con morsettiere TBAIH1B o versioni precedenti ed è inoltre compatibile con tutte le revisioni delle morsettiere DTAI.
La scheda incorpora funzioni diagnostiche complete, tra cui controlli dei limiti di ingresso, monitoraggio delle uscite e controlli dello stato dei relè, con indicazione dello stato tramite LED sul pannello frontale. Inoltre, il firmware VAIC integra algoritmi di rilevamento dello stallo del compressore della turbina a gas, monitorando i precursori dello stallo in tempo reale con una frequenza di scansione di 200 Hz e attivando la protezione di spegnimento entro 30 ms.
II. Funzioni principali
Le funzioni principali dell'IS200VAICH1C includono, ma non sono limitate a, quanto segue:
1. Acquisizione ingresso analogico
La scheda accetta 20 ingressi analogici tramite due morsettiere TBAI. I tipi di ingresso sono selezionabili tramite ponticelli sulla morsettiera, supportando:
I circuiti di ingresso sono dotati di soppressione del rumore, inclusi filtri hardware e filtri passa-basso software configurabili per la protezione da sovratensioni e rumore ad alta frequenza. I primi 10 ingressi (tramite connettore J3) hanno un filtro hardware unipolare con una frequenza di interruzione di 500 rad/s. I secondi 10 ingressi (tramite connettore J4) hanno un filtro hardware bipolare con frequenze di rottura di 72 rad/s e 500 rad/s.
2. Controllo dell'uscita analogica
La scheda fornisce 4 uscite analogiche. Due sono fissi su 4-20 mA e gli altri due possono essere configurati per 4-20 mA o 0-200 mA. I circuiti di uscita sono inoltre dotati di soppressione del rumore e utilizzano una tecnica di azionamento ridondante brevettata: nei sistemi TMR, ciascuna uscita è pilotata insieme da tre VAIC. La corrente di uscita effettiva viene misurata con un resistore in serie, che restituisce tensione a ciascun VAIC. L'output risultante è il valore medio delle tre correnti. Se una scheda si guasta, la sua uscita viene disconnessa e le restanti due schede continuano a produrre l'uscita corretta.
3. Rilevamento stallo compressore
Il firmware VAIC include la funzionalità di rilevamento dello stallo del compressore della turbina a gas, scansionando i primi quattro ingressi analogici a 200 Hz. Sono disponibili due algoritmi selezionabili:
L'algoritmo monitora la pressione di scarico del compressore (PS3) e la sua velocità di variazione (dPS3dt), confrontandoli con parametri di stallo configurabili (costanti KPS3) per determinare se uno stallo è imminente. Una volta attivato, il VAIC emette un segnale di intervento entro 30 ms, facendo sì che il controller chiuda tutte le valvole di intercettazione del carburante (FSOV).
4. Condizionamento del segnale di ingresso/uscita
Tutti i canali di ingresso e uscita sono dotati di circuiti di condizionamento del segnale, inclusi filtraggio, amplificazione e isolamento. Gli ingressi utilizzano un convertitore A/D a 16 bit con risoluzione a 14 bit, ottenendo una precisione di misurazione migliore dello 0,1% del fondo scala. Le uscite utilizzano un convertitore D/A a 12 bit con una precisione dello 0,5%.
5. Diagnostica dei guasti e autotest
La scheda dispone di funzioni diagnostiche complete:
Ciascun ingresso analogico è dotato di controllo dei limiti hardware (livelli alto/basso preimpostati non configurabili vicino alle estremità del campo operativo). Il superamento di questi limiti interrompe la scansione del canale e genera un allarme diagnostico composito, L3DIAG_VAIC.
Ciascun ingresso dispone di controlli dei limiti del sistema software configurabili, che possono essere utilizzati per generare allarmi e configurati come bloccanti o non bloccanti.
Nei sistemi TMR, ogni segnale di ingresso viene monitorato per individuare la deviazione dal valore mediano. Il superamento di un limite preimpostato genera un guasto, fornendo un avviso tempestivo di potenziali problemi al canale.
Le uscite D/A, le correnti di uscita, la corrente totale, i relè suicidi e i relè di dimensionamento 20/200 mA vengono monitorati per verificarne la ragionevolezza.
Il dispositivo ID sulla morsettiera viene interrogato dal VAIC. Una mancata corrispondenza genera un errore di incompatibilità hardware.
6. Indicazione dello stato
Il pannello frontale presenta tre indicatori LED:
RUN (verde): lampeggia durante il normale funzionamento.
FAIL (Rosso): Acceso fisso indica un guasto alla scheda.
STATO (arancione): si illumina in modo fisso quando esiste una condizione di allarme diagnostico (normalmente spento).
III. Applicazioni di sistema
1. Applicazione nel sistema di controllo Mark VI
IS200VAICH1C è la scheda di elaborazione I/O analogica principale del sistema di controllo Mark VI, ampiamente utilizzata nel controllo, nella protezione e nel monitoraggio dei processi di turbine a gas e turbine a vapore. I suoi ruoli all'interno del sistema includono:
Acquisizione dei parametri di processo: acquisisce segnali analogici dai sensori che misurano temperatura, pressione, flusso, velocità, ecc., convertendoli in valori digitali per l'utilizzo da parte del controller.
Controllo attuatore: emette segnali da 4-20 mA o 0-200 mA per azionare posizionatori di valvole, servovalvole, azionamenti a frequenza variabile e altri attuatori.
Protezione dallo stallo: monitora la pressione di scarico del compressore in tempo reale, rileva rapidamente i precursori dello stallo e attiva l'arresto di emergenza per proteggere le turbomacchine.
I/O ridondanti: nei sistemi TMR, fornisce ingressi e uscite analogici a tripla ridondanza, garantendo il funzionamento del sistema non influenzato da guasti singoli.
2. Configurazioni del sistema Simplex e TMR
Sistema simplex: utilizza una scheda IS200VAICH1C e due morsettiere TBAI. I segnali di ingresso sono collegati direttamente e le uscite sono pilotate dal singolo VAIC.
Sistema TMR: utilizza tre schede IS200VAICH1C (posizionate rispettivamente nei rack R, S, T) e due morsettiere TBAI. I segnali di ingresso vengono distribuiti in parallelo sulla morsettiera ai tre rack. Le uscite utilizzano una ridondanza di selezione mediana, con ciascun VAIC che contribuisce con una parte della corrente. La produzione totale è la mediana dei tre. Se una scheda fallisce, le restanti due subentrano automaticamente.
3. Scenari applicativi tipici
Controllo della turbina a gas: controllo delle palette guida di ingresso del compressore, controllo del carburante, monitoraggio della temperatura di scarico, protezione dallo stallo.
Controllo della turbina a vapore: controllo della valvola di regolazione, monitoraggio della pressione/temperatura del vapore.
Eccitazione del generatore: monitoraggio della tensione/corrente di eccitazione.
Controllo Processi Industriali: Acquisizione e controllo di pressione, portata, livello, ecc.
IV. Descrizione dettagliata dell'interfaccia
1. Interfaccia della morsettiera
L'IS200VAICH1C si collega a due morsettiere TBAI tramite due connettori del cavo a 50 pin (J3 e J4). Ogni morsettiera fornisce 10 ingressi e 2 uscite. I ponticelli sulla morsettiera selezionano il tipo di ingresso (corrente/tensione) e il range di uscita (20/200 mA).
2. Interfaccia del backplane
La scheda comunica con la scheda VCMI e altre schede tramite il connettore del backplane VME, trasmettendo dati di input digitalizzati e ricevendo comandi di output. Il backplane fornisce inoltre alimentazione a 24 V CC per alimentare trasmettitori esterni (tramite la morsettiera).
3. Indicatori del pannello frontale
| LED |
Colore |
Stato normale |
Stato anomalo |
| CORRERE |
Verde |
Lampeggiante |
Spento o acceso fisso indica che la scheda non è in funzione |
| FALLIRE |
Rosso |
Spento |
Acceso fisso indica un guasto alla scheda |
| STATO |
Arancia |
Spento |
Acceso fisso indica che esiste un allarme diagnostico |
4. Interfaccia della funzione diagnostica
Informazioni diagnostiche dettagliate, incluso lo stato limite di ciascun canale di ingresso, i valori della corrente di uscita, lo stato dei relè e le deviazioni TMR, possono essere lette tramite il software Toolbox.
V. Diagnostica e Manutenzione
1. Elenco delle funzioni diagnostiche
| Codice errore |
Descrizione |
Possibile causa |
| 2 |
Errore CRC della memoria flash |
Errore di programmazione del firmware (la scheda non va online) |
| 3 |
L'override dell'errore CRC è attivo |
Errore firmware ma scheda consentita online |
| 16 |
Il controllo dei limiti di sistema è disabilitato |
Controllo del sistema disabilitato dalla configurazione |
| 17 |
Errore ID scheda |
Chip ID guasto sulla scheda I/O VME |
| 18 |
Errore ID J3 |
Chip ID guasto sul connettore J3 o problema con il cavo |
| 19 |
Errore ID J4 |
Chip ID guasto sul connettore J4 o problema con il cavo |
| 24 |
Incompatibilità firmware/hardware |
Tipo di morsettiera collegata non supportato |
| 30-31 |
Mancata corrispondenza del codice di compatibilità config/IO |
tre file incompatibile con il firmware |
| 32-65 |
Ingresso analogico [#] non funzionante |
Guasto all'alimentazione del trasduttore, trasduttore difettoso, circuito aperto o in corto |
| 66-69 |
Corrente individuale dell'uscita [#] troppo alta |
Fallimento del consiglio |
| 70-73 |
La corrente totale dell'uscita [#] varia dal riferimento |
Guasto della scheda o carico aperto |
| 74-77 |
Errore corrente di riferimento dell'uscita [#]. |
Guasto del convertitore D/A |
| 78-81 |
Uscita [#] corrente individuale non sana |
Corrente in modalità simplex fuori limite |
| 82-85 |
Uscita [#] relè suicidio non funzionante |
Guasto del relè o del driver |
| 86-89 |
Uscita [#] Selezione 20/200 mA non funzionante |
La configurazione non corrisponde al feedback del relè |
| 90-93 |
Uscita [#] suicidio attivo |
Uscita del sistema TMR di una scheda disconnessa |
| 94-95 |
Morsettiera J3/J4 incompatibile con config |
Tipo di morsettiera errato |
| 128-223 |
Segnale logico [#] mancata corrispondenza del voto |
Il segnale di ingresso devia dalla mediana |
| 224-249 |
Segnale di ingresso n. mancata corrispondenza del voto |
Il segnale specificato devia dalla mediana di oltre il limite di differenza TMR |
2. Raccomandazioni per la manutenzione
Controlla regolarmente gli allarmi diagnostici tramite Toolbox e risolvi tempestivamente le anomalie.
Assicurarsi che i ponticelli della morsettiera corrispondano ai tipi di sensore effettivi.
Nei sistemi TMR, monitorare i LED di stato su ciascuna scheda e sostituire tempestivamente le schede difettose.
Prestare attenzione alla compatibilità durante la sostituzione delle schede: VAICH1C deve utilizzare morsettiere TBAIH1B o precedenti.
VI. Rilevamento dello stallo del compressore
1. Panoramica dell'algoritmo
Il firmware VAIC include due algoritmi di rilevamento dello stallo, che scansionano i primi quattro ingressi a 200 Hz:
Algoritmo per turbine a gas LM piccole: utilizza due trasduttori di pressione (ad esempio, PS3A, PS3B).
Algoritmo per turbine a gas per impieghi gravosi: utilizza tre trasduttori di pressione (ad es. PS3A, PS3B, PS3C).
L'algoritmo monitora la pressione di scarico del compressore (PS3) e la sua velocità di variazione (dPS3dt), confrontandoli con parametri di stallo configurabili. I parametri includono:
| variabile |
Descrizione |
| PS3I |
Valore iniziale PS3 |
| KPS3_Drop_S |
Pendenza della linea per PS3I rispetto a dPS3dt |
| KPS3_Drop_I |
Intercettazione di linea per PS3I rispetto a dPS3dt |
| KPS3_DROP_Mn |
Valore minimo per PS3I rispetto a dPS3dt |
| KPS3_DROP_Mx |
Valore massimo per PS3I rispetto a dPS3dt |
| KPS3_Delta_S |
Pendenza della linea per la caduta PS3I rispetto a quella Delta PS3 |
| KPS3_Delta_I |
Intercettazione della linea per PS3I rispetto alla caduta Delta PS3 |
| KPS3_Delt_Mx |
Valore massimo per PS3I rispetto al calo Delta PS3 |
2. Attivazione e protezione
Quando l'algoritmo rileva un precursore di stallo, il VAIC emette un segnale di intervento per stallo del compressore (CompStall) entro 30 ms. Questo segnale viene inviato al controller per chiudere tutte le valvole di intercettazione del carburante (FSOV), implementando l'arresto di emergenza. La sensibilità del rilevamento dello stallo può essere regolata tramite i parametri di configurazione.
VII. Compatibilità e configurazione
1. Compatibilità della morsettiera
L'IS200VAICH1C appartiene alla generazione originale VAIC e deve essere utilizzato con le seguenti morsettiere:
Morsettiere incompatibili: TBAIH1C e successive (progettate per VAICH1D e supportano carichi più elevati).
2. Metodi di configurazione
Tipo di ingresso selezionabile tramite ponticelli sulla morsettiera.
Campo di uscita (20/200 mA) selezionabile tramite ponticelli sulla morsettiera.
Parametri di rilevamento dello stallo, limiti di sistema, limiti di deviazione TMR, ecc., configurati tramite il software Toolbox.
Parametri di filtraggio, abilitazioni allarmi, ecc., configurabili anche via software.
3. Corrispondenza firmware e hardware
Il chip ID sulla scheda memorizza le informazioni sul tipo e sulla revisione della scheda, lette dal sistema per garantire la compatibilità hardware. Quando si sostituisce una scheda, verificare che il numero del modello corrisponda e aggiornare il file di configurazione (file tre) in modo che corrisponda alla versione del firmware.
