GE IS220PPROS1B Modulo I/O di protezione backup TMR

IS220PPROS1B è un modulo I/O di protezione di backup con ridondanza modulare tripla (TMR) all'interno del sistema di controllo Mark VIe di GE, progettato per turbine a gas, turbine a vapore e altri macchinari rotanti. Funge da livello di protezione di backup indipendente separato dal sistema di controllo primario, fornendo funzioni quali protezione da sovravelocità, controllo della sincronizzazione, monitoraggio del controllo principale e sgancio di emergenza. Ciò garantisce un arresto sicuro in caso di guasto del sistema di controllo primario, prevenendo danni alle apparecchiature e incidenti catastrofici.

IS220PPROS1B è una versione certificata di sicurezza conforme allo standard IEC 61508, adatta per applicazioni industriali che richiedono la certificazione IEC 61511 per loop strumentati di sicurezza. Il suo design enfatizza l'indipendenza dell'hardware e del software, garantendo che le funzioni di protezione rimangano operative indipendentemente dallo stato del sistema di controllo primario.

Architettura del sistema e composizione hardware

1 Struttura dell'hardware

• Scheda processore: utilizza una scheda processore BPPC, supportata dal software ControlST V04.07 e successive.

• Scheda applicativa (BPRO): contiene circuiti hardware specifici dell'applicazione per funzioni come rilevamento di velocità eccessiva, pilotaggio relè ed elaborazione del segnale a impulsi.

• Morsettiere: possono essere montate direttamente sulle morsettiere SPRO, TPROS#C, TPROH#C o TREA.

• Interfaccia di comunicazione: si collega a IONet tramite porte Ethernet per lo scambio di dati con il controller principale.

2 Opzioni di configurazione del sistema

• Configurazione TMR: tre moduli PPRO sono collegati rispettivamente alle reti di controller R, S e T, implementando una logica di voto 2 su 3.

• Configurazione simplex: adatta per l'uso con la morsettiera TRES, dove un modulo PPRO monitora due controller (R e S).

• Configurazione autonoma: la morsettiera TREA consente di montare direttamente tre moduli PPRO, eliminando la necessità di cavi esterni tra le schede.

Funzioni principali e principi operativi

1 Protezione da sovravelocità
IS220PPROS1B fornisce tre livelli di protezione da sovravelocità: controllo, primaria ed emergenza. Il livello di emergenza viene eseguito in modo indipendente dal PPRO e comprende:

• Protezione da velocità eccessiva hardware:

• Utilizza la logica hardware indipendente dal software per il rilevamento della velocità eccessiva.

• Il setpoint di intervento ( OSHW_Setpoint ) viene caricato solo durante l'avvio del modulo, garantendo che non sia influenzato da errori del software runtime.

• Richiede due giri consecutivi dell'albero per superare il setpoint per attivare uno scatto. Il tempo di risposta è generalmente inferiore a 60 ms a velocità operative normali.

• Protezione da velocità eccessiva del firmware:

• Esegue calcoli in tempo reale basati su tre segnali di velocità (HP, IP, LP).

• Supporta la protezione da sovravelocità basata sulla velocità (RBOS), che regola dinamicamente il setpoint di intervento per sovravelocità in base all'accelerazione corrente dell'albero.

• Funzione RBOS (solo PPROS1B):

• Consente agli utenti di definire una curva di risposta utilizzando cinque punti di interruzione del setpoint di accelerazione/RPM.

• All'aumentare dell'accelerazione dell'albero, il setpoint di sovravelocità comandato dall'RBOS diminuisce, consentendo un avvio anticipato dello scatto in condizioni di elevata accelerazione.

2 Funzione di controllo della sincronizzazione

• Monitora la tensione, la frequenza e l'angolo di fase del generatore e del bus tramite due ingressi del trasformatore di potenziale (PT).

• Eccita il relè K25A per consentire la chiusura dell'interruttore quando le condizioni rientrano nei limiti configurabili per differenza di tensione, differenza di frequenza (scorrimento) e differenza di angolo di fase.

• Include una funzione di bypass per la chiusura del bus morto.

3 Watchdog di controllo principale

• Monitora lo stato del controller primario tramite un segnale heartbeat ( DEVICE_HB ) ricevuto su IONet.

• Attiva uno scatto se manca il battito cardiaco per cinque frame di dati consecutivi.

• Supporta il monitoraggio di due controller principali; un controller integro è sufficiente per evitare uno scatto.

4 Altre funzioni protettive

• Rilevamento della differenza di velocità: scatta se la differenza tra il segnale di velocità del controllo primario e la velocità calcolata del PPRO supera una soglia configurata per tre campioni consecutivi.

• Rilevamento velocità stantio: scatta se il segnale di velocità dal controller principale smette di cambiare (dithering) per un periodo prolungato (100 fotogrammi), indicando una potenziale perdita di integrità del segnale.

• Rilevamento albero LP bloccato: si attiva se l'albero HP ha velocità mentre l'albero LP rimane a velocità zero.

• Scatti con ingresso di contatto discreto: sette ingressi di contatto isolati supportano l'avvio di sgancio diretto (basato su hardware) o condizionale (basato su logica firmware).

• E-Stop (arresto di emergenza): monitora i segnali di arresto di emergenza esterni e avvia uno sgancio incrociato al controllo primario.

5 uscite relè e feedback

• Relè di sgancio di emergenza (ETR1–ETR3): controllano i solenoidi di sgancio.

• Relè economizzatori (KE1–KE3): inserire una resistenza in serie nel circuito del solenoide dopo lo spunto per ridurre la corrente di mantenimento.

• Relè servo suicida (K4CL): forza la chiusura delle valvole del carburante o del vapore (comune nei sistemi simplex).

• Relè di controllo sincronizzazione (K25A): controlla il comando di chiusura dell'interruttore del generatore.

Differenze chiave: IS220PPROS1B rispetto a IS220PPROH1A

Applicazioni tipiche

• Turbine a gas (albero singolo/due alberi)

• Turbine a vapore (grandi, medie, piccole)

• Impianti a Ciclo Combinato (configurazione STAG)

• Applicazioni industriali che richiedono la conformità ai livelli di integrità di sicurezza SIL 2 / SIL 3.