De IS200VAICH1C is een analoog ingangs-/uitgangsbord ontworpen door General Electric (GE) voor zijn Mark VI™-besturingssysteem. Dit bord is een vroege versie binnen de VAIC-serie (inclusief alle versies tot en met VAICH1C), voornamelijk gebruikt voor het verwerken van analoge signaalacquisitie en -uitvoer. Het is een onmisbare I/O-module in gasturbine- en stoomturbinebesturingssystemen.
De IS200VAICH1C-kaart accepteert 20 analoge ingangen en bestuurt 4 analoge uitgangen. Het werkt in combinatie met twee TBAI-klemmenborden, die elk 10 ingangen en 2 uitgangen bieden. Via kabels verbonden met de VAIC-processorkaart in het VME-rek, worden de ingangssignalen geconditioneerd, gemultiplext en A/D-geconverteerd. Vervolgens worden ze via de VME-backplane naar het VCMI-bord en uiteindelijk naar de controller overgedragen. Voor uitgangen converteert de VAIC digitale waarden naar analoge stromen, waardoor externe belastingen via het klemmenbord worden aangestuurd.
De IS200VAICH1C ondersteunt zowel simplex als triple modulair redundante (TMR) toepassingen. In een TMR-configuratie worden ingangssignalen op het klemmenbord uitgewaaierd naar drie VME-rekken (R, S, T), elk met een VAIC. Uitgangen worden aangestuurd met behulp van een eigen circuit waarbij alle drie de VAIC's bijdragen aan het creëren van de gewenste stroom. Als één kaart uitvalt, blijven de overige twee kaarten de juiste uitgangsstroom produceren.
Als definitieve versie van de VAIC van de originele generatie verschilt de IS200VAICH1C van latere versies (zoals VAICH1D), voornamelijk wat betreft uitgangsaansturingsmogelijkheden: bij het aansturen van 20 mA-uitgangen ondersteunt hij een maximale belastingsweerstand van 500 Ω (met behulp van 300 meter #18 draad). Het vereist werking met TBAIH1B of eerdere versies van klemmenborden en is ook compatibel met alle revisies van DTAI-klemmenborden.
De kaart bevat uitgebreide diagnostische functies, waaronder controles van ingangslimieten, uitgangsbewaking en controles van de relaisstatus, met statusindicatie via LED's op het voorpaneel. Bovendien integreert de VAIC-firmware algoritmen voor het detecteren van blokkering van gasturbinecompressoren, waarbij voorlopers van blokkering in realtime worden bewaakt met een scansnelheid van 200 Hz en de uitschakelbeveiliging binnen 30 ms wordt geactiveerd.
II. Belangrijkste functies
De primaire functies van de IS200VAICH1C omvatten, maar zijn niet beperkt tot, het volgende:
1. Acquisitie van analoge ingangen
Het bord accepteert 20 analoge ingangen via twee TBAI-klemmenborden. Ingangstypen zijn selecteerbaar via jumpers op het klemmenbord en ondersteunen:
Ingangscircuits zijn voorzien van ruisonderdrukking, inclusief hardwarefilters en configureerbare software-laagdoorlaatfilters om te beschermen tegen spanningspieken en hoogfrequente ruis. De eerste 10 ingangen (via J3-connector) hebben een enkelpolig hardwarefilter met een breukfrequentie van 500 rad/s. De tweede 10 ingangen (via J4-connector) hebben een tweepolig hardwarefilter met breekfrequenties van 72 rad/s en 500 rad/s.
2. Analoge uitgangsregeling
Het bord biedt 4 analoge uitgangen. Twee zijn vast ingesteld op 4-20 mA, en de andere twee kunnen worden geconfigureerd voor 4-20 mA of 0-200 mA. Uitgangscircuits zijn ook voorzien van ruisonderdrukking en maken gebruik van een gepatenteerde redundante aandrijftechniek: in TMR-systemen wordt elke uitgang aangestuurd door drie VAIC's samen. De werkelijke uitgangsstroom wordt gemeten met een serieweerstand, die spanning terugkoppelt naar elke VAIC. De resulterende output is de mediaanwaarde van de drie stromen. Als een bord defect raakt, wordt de uitvoer ervan losgekoppeld en blijven de overige twee kaarten de juiste uitvoer produceren.
3. Detectie van compressorblokkering
De VAIC-firmware omvat detectie van gasturbinecompressoren, waarbij de eerste vier analoge ingangen worden gescand op 200 Hz. Er zijn twee selecteerbare algoritmen beschikbaar:
Het algoritme bewaakt de persdruk van de compressor (PS3) en de veranderingssnelheid (dPS3dt) en vergelijkt deze met configureerbare blokkeerparameters (KPS3-constanten) om te bepalen of er een blokkering dreigt. Eenmaal geactiveerd, geeft de VAIC binnen 30 ms een uitschakelsignaal af, waardoor de controller alle brandstofafsluitkleppen (FSOV's) afsluit.
4. Conditionering van ingangs-/uitgangssignalen
Alle ingangs- en uitgangskanalen zijn uitgerust met signaalconditioneringscircuits, inclusief filtering, versterking en isolatie. De ingangen maken gebruik van een 16-bits A/D-omzetter met een resolutie van 14-bits, waardoor een meetnauwkeurigheid wordt bereikt die beter is dan 0,1% van de volledige schaal. Uitgangen maken gebruik van een 12-bit D/A-omzetter met een nauwkeurigheid van 0,5%.
5. Foutdiagnose en zelftest
Het bord beschikt over uitgebreide diagnostische functies:
Elke analoge ingang heeft een hardwarelimietcontrole (vooraf ingestelde, niet-configureerbare hoge/lage niveaus nabij de uiteinden van het werkbereik). Als u deze limieten overschrijdt, stopt het scannen van dat kanaal en wordt een samengesteld diagnostisch alarm gegenereerd, L3DIAG_VAIC.
Elke ingang heeft configureerbare softwaresysteemlimietcontroles, die kunnen worden gebruikt om alarmen te genereren en kunnen worden geconfigureerd als vergrendelend of niet-vergrendelend.
In TMR-systemen wordt elk ingangssignaal gecontroleerd op afwijkingen van de mediaanwaarde. Het overschrijden van een vooraf ingestelde limiet genereert een fout, waardoor vroegtijdig wordt gewaarschuwd voor mogelijke kanaalproblemen.
D/A-uitgangen, uitgangsstromen, totale stroom, zelfmoordrelais en 20/200 mA schalingsrelais worden gecontroleerd op redelijkheid.
Het ID-apparaat op het klemmenbord wordt door de VAIC ondervraagd. Een mismatch genereert een hardware-incompatibiliteitsfout.
6. Statusindicatie
Het voorpaneel is voorzien van drie LED-indicatoren:
RUN (groen): Knippert tijdens normaal bedrijf.
FOUT (Rood): Continu branden geeft aan dat de kaart defect is.
STATUS (oranje): Brandt continu wanneer er een diagnostische alarmtoestand bestaat (normaal gesproken uit).
III. Systeemtoepassingen
1. Toepassing in het Mark VI-besturingssysteem
De IS200VAICH1C is de belangrijkste analoge I/O-verwerkingskaart in het Mark VI-besturingssysteem, dat veel wordt gebruikt bij de procesbesturing, bescherming en monitoring van gasturbines en stoomturbines. De rollen binnen het systeem omvatten:
Acquisitie van procesparameters: Verkrijgt analoge signalen van sensoren die temperatuur, druk, flow, snelheid enz. meten en converteert deze naar digitale waarden voor gebruik door de controller.
Actuatorbesturing: Voert 4-20 mA- of 0-200 mA-signalen uit om klepstandstellers, servokleppen, frequentieregelaars en andere actuatoren aan te drijven.
Blokkeerbeveiliging: bewaakt de persdruk van de compressor in realtime, detecteert snel voorlopers van blokkering en activeert een noodstop om turbomachines te beschermen.
Redundante I/O: Biedt in TMR-systemen drievoudig redundante analoge in- en uitgangen, zodat de werking van het systeem niet wordt beïnvloed door storingen op één punt.
2. Simplex- en TMR-systeemconfiguraties
Simplex-systeem: gebruikt één IS200VAICH1C-kaart en twee TBAI-klemmenborden. Ingangssignalen worden rechtstreeks aangesloten en uitgangen worden aangestuurd door de enkele VAIC.
TMR-systeem: Maakt gebruik van drie IS200VAICH1C-kaarten (respectievelijk in R-, S-, T-rekken) en twee TBAI-klemmenborden. Ingangssignalen worden parallel op het klemmenbord naar de drie rekken verspreid. Uitgangen maken gebruik van mediaanselectie-redundantie, waarbij elke VAIC een deel van de stroom bijdraagt. De totale output is de mediaan van de drie. Als één bord faalt, nemen de overige twee het automatisch over.
3. Typische toepassingsscenario's
Gasturbineregeling: regeling van de compressorinlaatleischoepen, brandstofregeling, bewaking van de uitlaattemperatuur, bescherming tegen afslaan.
Stoomturbineregeling: regeling van de gouverneursklep, bewaking van de stoomdruk/temperatuur.
Generator-excitatie: bewaking van bekrachtigingsspanning/stroom.
Industriële procescontrole: acquisitie en controle van druk, flow, niveau, enz.
IV. Gedetailleerde interfacebeschrijving
1. Terminalkaartinterface
De IS200VAICH1C wordt aangesloten op twee TBAI-klemmenborden via twee 50-pins kabelconnectoren (J3 en J4). Elk klemmenbord heeft 10 ingangen en 2 uitgangen. Jumpers op het klemmenbord selecteren het ingangstype (stroom/spanning) en het uitgangsbereik (20/200 mA).
2. Backplane-interface
Het bord communiceert met het VCMI-bord en andere kaarten via de VME-backplane-connector, verzendt gedigitaliseerde invoergegevens en ontvangt uitvoeropdrachten. De backplane levert ook 24 V gelijkstroom voor het voeden van externe zenders (via het klemmenbord).
3. Indicatoren op het voorpaneel
| LED- |
kleur |
Normale toestand |
Abnormale toestand |
| LOOP |
Groente |
Knipperend |
Uit of continu aan geeft aan dat de kaart niet werkt |
| MISLUKKING |
Rood |
Uit |
Continu branden duidt op een defect aan de kaart |
| STATUS |
Oranje |
Uit |
Continu branden geeft aan dat er een diagnostisch alarm bestaat |
4. Diagnosefunctie-interface
Gedetailleerde diagnostische informatie, inclusief de grensstatus van elk ingangskanaal, uitgangsstroomwaarden, relaisstatus en TMR-afwijkingen, kan worden uitgelezen via de Toolbox-software.
V. Diagnose en onderhoud
1. Lijst met diagnostische functies
| Foutcode |
Beschrijving |
Mogelijke oorzaak |
| 2 |
Flash-geheugen CRC-fout |
Firmware-programmeerfout (bord gaat niet online) |
| 3 |
Override van CRC-fout is actief |
Firmwarefout, maar bord is online toegestaan |
| 16 |
Controle van systeemlimieten is uitgeschakeld |
Systeemcontrole uitgeschakeld door configuratie |
| 17 |
Fout bord-ID |
Defecte ID-chip op VME I/O-kaart |
| 18 |
J3 ID-fout |
Defecte ID-chip op J3-connector of kabelprobleem |
| 19 |
J4 ID-fout |
Defecte ID-chip op J4-connector of kabelprobleem |
| 24 |
Firmware/hardware-incompatibiliteit |
Type aangesloten klemmenbord wordt niet ondersteund |
| 30-31 |
Config/IO-compatibiliteitscode komt niet overeen |
tre-bestand incompatibel met firmware |
| 32-65 |
Analoge ingang [#] defect |
Stroomstoring transducer, slechte transducer, open circuit of kortsluiting |
| 66-69 |
Uitgang [#] individuele stroom te hoog |
Het falen van het bord |
| 70-73 |
Uitgang [#] totale stroom varieert van referentie |
Plaatfout of open belasting |
| 74-77 |
Uitgang [#] referentiestroomfout |
D/A-converter defect |
| 78-81 |
Uitgang [#] individuele stroom ongezond |
Simplex-modus stroom buiten bereik |
| 82-85 |
Uitgang [#] zelfmoordrelais niet functioneel |
Storing in relais of driver |
| 86-89 |
Uitgang [#] 20/200 mA selectie niet functioneel |
Configuratie komt niet overeen met relaisfeedback |
| 90-93 |
Uitgang [#] zelfmoord actief |
TMR-systeemuitgang van één kaart losgekoppeld |
| 94-95 |
J3/J4-klemmenbord incompatibel met config |
Verkeerd type klemmenbord |
| 128-223 |
Logisch signaal [#] stemmismatch |
Ingangssignaal wijkt af van de mediaan |
| 224-249 |
Ingangssignaal # stemmismatch |
Het gespecificeerde signaal wijkt meer af van de mediaan dan de TMR Diff Limit |
2. Onderhoudsaanbevelingen
Controleer regelmatig diagnostische alarmen via Toolbox en los afwijkingen onmiddellijk op.
Zorg ervoor dat de jumpers op het klemmenbord overeenkomen met de daadwerkelijke sensortypen.
Controleer in TMR-systemen de status-LED's op elke kaart en vervang defecte kaarten onmiddellijk.
Let op compatibiliteit bij het vervangen van kaarten: VAICH1C moet TBAIH1B of eerdere klemmenborden gebruiken.
VI. Detectie van compressorblokkering
1. Overzicht van algoritmen
De VAIC-firmware bevat twee algoritmen voor blokkeringsdetectie, waarbij de eerste vier ingangen worden gescand op 200 Hz:
Klein LM-gasturbine-algoritme: gebruikt twee druktransducers (bijv. PS3A, PS3B).
Zware gasturbine-algoritme: gebruikt drie druktransducers (bijv. PS3A, PS3B, PS3C).
Het algoritme bewaakt de persdruk van de compressor (PS3) en de veranderingssnelheid (dPS3dt) en vergelijkt deze met configureerbare blokkeerparameters. Parameters zijn onder meer:
| Variabele |
beschrijving |
| PS3I |
Initiële PS3-waarde |
| KPS3_Drop_S |
Helling van de lijn voor PS3I versus dPS3dt |
| KPS3_Drop_I |
Onderschepping van lijn voor PS3I versus dPS3dt |
| KPS3_DROP_Mn |
Minimumwaarde voor PS3I versus dPS3dt |
| KPS3_DROP_Mx |
Maximale waarde voor PS3I versus dPS3dt |
| KPS3_Delta_S |
Helling van de lijn voor PS3I versus Delta PS3-drop |
| KPS3_Delta_I |
Onderschepping van lijn voor PS3I versus Delta PS3-drop |
| KPS3_Delt_Mx |
Maximale waarde voor PS3I versus Delta PS3-drop |
2. Triggering en bescherming
Wanneer het algoritme een voorloper van een blokkering detecteert, geeft de VAIC binnen 30 ms een uitschakelingssignaal voor de compressorblokkering (CompStall) af. Dit signaal wordt naar de controller gestuurd om alle brandstofafsluitkleppen (FSOV's) af te sluiten, waardoor een noodstop wordt geïmplementeerd. De gevoeligheid van de blokkeerdetectie kan worden aangepast via configuratieparameters.
VII. Compatibiliteit en configuratie
1. Compatibiliteit van het aansluitbord
De IS200VAICH1C behoort tot de originele generatie VAIC en moet worden gebruikt met de volgende klemmenborden:
Incompatibele klemmenborden: TBAIH1C en hoger (deze zijn ontworpen voor VAICH1D en ondersteunen hogere belastingen).
2. Configuratiemethoden
Ingangstype geselecteerd via jumpers op het klemmenbord.
Uitgangsbereik (20/200 mA) geselecteerd via klemmenbordjumpers.
Parameters voor blokkeringsdetectie, systeemlimieten, TMR-afwijkingslimieten, enz., geconfigureerd via Toolbox-software.
Filterparameters, alarminschakelingen enz., ook via software geconfigureerd.
3. Firmware- en hardware-matching
De ID-chip op het bord slaat informatie over het bordtype en de revisie op, die door het systeem wordt gelezen om hardwarecompatibiliteit te garanderen. Wanneer u een kaart vervangt, controleer dan of het modelnummer overeenkomt en werk het configuratiebestand (tre-bestand) bij zodat deze overeenkomt met de firmwareversie.
