IS220PPRAH1A è un modulo I/O critico all'interno del sistema di controllo GE Mark VIe, progettato per la protezione di emergenza delle turbine. Fa parte della serie PPRA e, se combinato con la morsettiera TREA e la scheda opzionale WREA, forma un sistema di protezione da sovravelocità di backup completamente indipendente. Questo sistema è dotato di un'architettura TMR (Triple Modular Redundant) per garantire una protezione affidabile dall'intervento della turbina anche in caso di guasto del sistema di controllo primario.
IS220PPRAH1A incorpora una scheda processore BPPB e supporta segnali di ingresso a sei velocità. Questi ingressi possono essere configurati in diversi raggruppamenti per adattarsi a varie configurazioni di turbine (ad esempio, unità a singolo albero, a due alberi, a tre alberi). Il modulo fornisce funzioni di protezione implementate sia nell'hardware che nel firmware, tra cui rilevamento di velocità eccessiva, rilevamento di accelerazione/decelerazione, monitoraggio del sistema di controllo principale ed elaborazione dell'ingresso di sgancio del contatto. È un componente fondamentale per la salvaguardia delle macchine rotanti come le turbine a gas e le turbine a vapore.
Architettura e compatibilità del sistema
1.Componenti del sistema
Modulo I/O IS220PPRAH1A: responsabile dell'acquisizione del segnale, dell'elaborazione logica e delle decisioni sulla protezione.
Morsettiera TREA: fornisce uscite relè, interfacce di ingresso sgancio e supporta le funzioni di arresto di emergenza (E-Stop) e di protezione da sovravelocità.
Scheda opzionale WREA: espande le capacità del sistema con uscite del ripetitore del segnale di velocità, migliorando l'affidabilità.
2.Note sulla compatibilità
IS220PPRAH1A fa parte della serie PPRA insieme alle varianti PPRAS1A e PPRAS1B. Tuttavia, non è certificato secondo gli standard IEC 61508 e pertanto non deve essere utilizzato nei circuiti di sicurezza che richiedono una certificazione SIL (Safety Integrity Level). Per le applicazioni certificate SIL è necessario utilizzare le versioni PPRAS1A o S1B. PPRAH1A ha un intervallo di temperatura operativa compreso tra -30°C e 65°C, che lo rende adatto per ambienti industriali generali.
3.Requisiti di installazione
Deve essere utilizzato con una morsettiera TREA e richiede l'installazione della scheda opzionale WREA.
Per formare il sistema TMR devono essere installati contemporaneamente tre moduli PPRA; il funzionamento con confezione singola o doppia non è supportato.
Il modulo si collega direttamente alla scheda TREA tramite un connettore DC-62 pin ed è fissato tramite montanti filettati.
Funzioni principali dettagliate
1. Ingresso velocità ed elaborazione del segnale
L'IS220PPRAH1A accetta sei ingressi per sensori di velocità, configurabili in base alla disposizione dell'albero della turbina:
Tre gruppi di due sensori (due sensori per albero, fino a tre alberi)
Due gruppi di tre sensori (tre sensori per albero, fino a due alberi)
Ciascun segnale di velocità viene elaborato tramite un algoritmo di selezione alta o selezione mediana per emettere un singolo valore di frequenza di impulso che rappresenta la velocità effettiva per ciascun albero. Il modulo esegue il rilevamento della differenza tra i sensori sullo stesso albero. Se la differenza supera una soglia configurabile (ad esempio, 25 giri/min), viene generato un allarme diagnostico 'Mancata corrispondenza dei sensori di doppia velocità'.
2. Funzione di protezione da velocità eccessiva
2.1. Protezione da velocità eccessiva del firmware
Implementato in logica programmabile. Il setpoint di intervento per sovravelocità può essere ricavato da Signal Space o da un valore di configurazione locale.
Supporta test di velocità eccessiva online e offline. Durante il test, il setpoint di intervento può essere temporaneamente ridotto (fino al 94% del valore configurato).
Include un controllo della concordanza del setpoint; se il valore di configurazione non corrisponde al valore ricevuto da Signal Space quando la velocità è zero, viene dichiarato un errore e il funzionamento viene inibito.
2.2. Protezione da velocità eccessiva dell'hardware
Implementato interamente in logica hardware, indipendente dal firmware del processore, con un tempo di risposta inferiore a 20 ms.
Il setpoint di velocità eccessiva viene caricato solo quando il modulo si avvia o viene spento e riacceso e non può essere modificato durante il funzionamento.
Ciascuno dei sei ingressi di velocità è monitorato individualmente per la velocità eccessiva dell'hardware, garantendo protezione anche in caso di guasto del firmware.
Richiede due giri adiacenti dell'albero per superare il setpoint per avviare uno scatto, evitando scatti spuri.
3. Protezione da accelerazione e decelerazione
Il modulo calcola la velocità di variazione della velocità (accelerazione) in tempo reale e supporta una soglia di intervento di accelerazione configurabile.
La protezione da decelerazione utilizza una soglia di intervento fissa del 100% al secondo e non è configurabile.
L'accelerazione viene calcolata confrontando due campioni di velocità adiacenti durante un periodo configurabile (AccelCalTime, 10-100 ms).
4. Funzione di sgancio ingresso contatto discreto
IS220PPRAH1A supporta quattro ingressi di sgancio con contatto discreti isolati, che possono funzionare in due modalità:
Scatto diretto: il segnale di ingresso attiva direttamente uno scatto hardware, bypassando la logica del firmware per la massima velocità.
Intervento condizionale: l'azione di intervento dipende dallo stato della comunicazione (indicato da un segnale di mantenimento della rete). Se la comunicazione del controller viene persa, gli scatti condizionati vengono automaticamente consentiti.
Tutti gli ingressi di contatto includono un filtro antirimbalzo da 8 ms per evitare falsi scatti dovuti alle vibrazioni dei contatti.
5. Funzione watchdog di controllo principale
Il modulo monitora continuamente un segnale di heartbeat (Device Heartbeat) fornito dal controller principale.
Se non viene rilevata alcuna modifica nel valore del battito cardiaco per cinque frame di dati consecutivi, viene bloccato uno scatto del watchdog di controllo.
Se il controller principale si ripristina e comunica correttamente per 60 secondi, la condizione di intervento viene ripristinata automaticamente.
6. Differenza di velocità e rilevamento della velocità obsoleta
Protezione dalla differenza di velocità: confronta la velocità calcolata dal PPRA (PulseRate1) con il valore di velocità (Speed1) fornito dal controller principale. Se la differenza supera una percentuale configurabile (basata su RatedRPM_TA) per tre campioni consecutivi, viene avviato uno scatto.
Protezione velocità obsoleta: se il valore della velocità dal controller principale (Speed1) rimane invariato per 100 frame di dati consecutivi (indicando una perdita di integrità del segnale), viene bloccato uno scatto. Questa protezione si basa sul principio che un segnale di velocità in tempo reale presenta sempre piccole variazioni ('dithering').
7. Sincronizzazione temporale e monitoraggio della sincronizzazione dei frame
Il modulo si basa sulla sincronizzazione dell'ora attraverso IONet. Controlla il numero del frame di sincronizzazione.
Se vengono rilevati errori grossolani o una perdita di sincronizzazione (ad esempio, frame fuori sequenza), viene attivato uno scatto Frame Sync.
Ciò garantisce che il PPRA rimanga sincronizzato con il controller principale, prevenendo malfunzionamenti della protezione dovuti a ritardi di comunicazione.
8. Uscite relè e feedback
IS220PPRAH1A fornisce i segnali di azionamento per tre relè di sgancio di emergenza (ETR1–ETR3) e monitora i relativi segnali di stato di feedback.
Lo stato comandato di ciascun driver relè viene confrontato con il suo stato di feedback effettivo. Una mancata corrispondenza genera un allarme diagnostico.
Una funzione di test consente di diseccitare ciascun relè individualmente a scopo di test senza causare un intervento del sistema.
Principi operativi e flusso del segnale
Convenzioni sul tipo di segnale
Termina con (SS): il segnale viene generato all'interno del PPRA e inviato allo spazio segnale del controller.
Termina con SS: il segnale viene generato nel controller e ricevuto dal PPRA tramite Signal Space.
Termina con (IO): il segnale viene generato all'interno del PPRA e inviato all'hardware.
Termina con IO: il segnale è un input hardware nel PPRA.
Termina con CFG: denota un parametro di configurazione.
Combinazione del segnale di viaggio
Tutti i segnali di intervento individuali (ad esempio, velocità eccessiva, accelerazione, ingresso di contatto, watchdog) sono combinati in un unico segnale di intervento composito (ComposTrip1), utilizzato nella logica di uscita del relè. Fondamentalmente, gli interventi per sovravelocità hardware e gli interventi per contatto diretto hanno percorsi implementati interamente nell'hardware o nella logica programmabile, non nel firmware. Ciò garantisce che un malfunzionamento del firmware del processore non possa impedire a questi segnali critici di avviare uno scatto.
Design a prova di errore
Per impostazione predefinita il modulo passa allo stato 'scatto' quando l'alimentazione è spenta, durante l'avvio, durante un ripristino dell'hardware o quando non è online.
Un circuito di watchdog hardware monitora il funzionamento del firmware. Se viene rilevato un malfunzionamento del firmware, si attiva un ripristino dell'hardware, che forza uno sgancio.
Tutti i segnali critici (velocità, battito cardiaco, sincronizzazione dei frame) incorporano meccanismi di rilevamento di timeout o discrepanze, garantendo che il sistema non raggiunga in modo sicuro una condizione di intervento in circostanze anomale.
Configurazione e diagnostica
Strumento di configurazione
Il modulo viene configurato utilizzando il software ToolboxST di GE. I parametri di configurazione chiave includono:
Tipo di turbina (ad es. Turbina a gas, Turbina a vapore)
Raggruppamento ingresso velocità (tregruppi o duegruppi)
Setpoint di sovravelocità, setpoint di accelerazione, limiti di differenza
Abilita/disabilita le impostazioni per funzioni come Watchdog, Differenza di velocità e Rilevamento velocità stantia.
Autodiagnosi
Autotest all'accensione: controlla la RAM, la memoria flash, le porte Ethernet e l'hardware del processore.
Monitoraggio continuo: monitora gli alimentatori interni, le correnti di feedback analogico e gli stati di comando/feedback dei relè.
Verifica dell'ID elettronico: verifica che il modulo, la morsettiera e l'hardware della scheda opzionale siano compatibili e corrispondano al codice dell'applicazione caricata.
LED indicatori di stato
Il frontalino del modulo presenta sei LED di stato:
RUN: Verde quando i relè sono eccitati (Run), Rosso quando i relè sono diseccitati (Trip).
ESTP: verde quando l'ingresso dell'arresto di emergenza (se supportato) è nello stato di esecuzione, rosso quando l'arresto di emergenza è attivo.
OSPD: rosso quando viene rilevata e mantenuta una condizione di velocità eccessiva.
WDOG: rosso quando è attivo un viaggio basato sulle funzioni di watchdog (Watchdog di controllo, Differenza di velocità, ecc.).
SIL: PPRAH1A non supporta la funzionalità SIL; questo LED non è applicabile.
KREA: Il verde indica che è stata rilevata alimentazione sul sottomodulo KREA.
