Karta wejść/wyjść analogowych GE IS200VAICH1C

IS200VAICH1C to analogowa płytka wejścia/wyjścia zaprojektowana przez General Electric (GE) dla systemu sterowania Mark VI™. Ta płyta jest wczesną wersją serii VAIC (w tym wszystkie wersje aż do VAICH1C włącznie), używaną głównie do przetwarzania akwizycji i wyjścia sygnału analogowego. Jest niezbędnym modułem I/O w układach sterowania turbin gazowych i parowych.

Karta IS200VAICH1C obsługuje 20 wejść analogowych i steruje 4 wyjściami analogowymi. Współpracuje z dwiema listwami zaciskowymi TBAI, każda zapewniająca 10 wejść i 2 wyjścia. Podłączone kablami do płyty procesora VAIC umieszczonej w szafie VME, sygnały wejściowe są kondycjonowane, multipleksowane i konwertowane A/D. Następnie są one przesyłane przez płytę montażową VME do karty VCMI i ostatecznie do sterownika. W przypadku wyjść VAIC konwertuje wartości cyfrowe na prądy analogowe, sterując zewnętrznymi obciążeniami przez listwę zaciskową.

IS200VAICH1C obsługuje zarówno aplikacje z pojedynczą, jak i potrójną redundancją modułową (TMR). W konfiguracji TMR sygnały wejściowe na listwie zaciskowej są rozdzielane do trzech stojaków VME (R, S, T), każdy zawierający VAIC. Wyjścia są sterowane za pomocą zastrzeżonego obwodu, w którym wszystkie trzy przetworniki VAIC przyczyniają się do wytworzenia pożądanego prądu. Jeśli jedna płyta ulegnie awarii, pozostałe dwie płyty w dalszym ciągu wytwarzają prawidłowy prąd wyjściowy.

Jako ostateczna wersja VAIC oryginalnej generacji, IS200VAICH1C różni się od kolejnych wersji (takich jak VAICH1D) głównie możliwościami sterowania wyjściowego: przy sterowaniu wyjściami 20 mA obsługuje maksymalną rezystancję obciążenia 500 Ω (przy użyciu przewodu nr 18 o długości 300 metrów). Wymaga współpracy z TBAIH1B lub wcześniejszymi wersjami listew zaciskowych i jest kompatybilny ze wszystkimi wersjami listew zaciskowych DTAI.

Płyta zawiera wszechstronne funkcje diagnostyczne, w tym kontrolę limitów wejściowych, monitorowanie wyjść i kontrolę stanu przekaźników, ze wskazaniem stanu za pomocą diod LED na panelu przednim. Dodatkowo oprogramowanie sprzętowe VAIC integruje algorytmy wykrywania utknięcia sprężarki turbiny gazowej, monitorując prekursory utknięcia w czasie rzeczywistym z częstotliwością skanowania 200 Hz i wyzwalając zabezpieczenie przed wyłączeniem w ciągu 30 ms.

---

II. Główne funkcje

Podstawowe funkcje IS200VAICH1C obejmują między innymi:

1. Akwizycja wejścia analogowego

Płyta obsługuje 20 wejść analogowych poprzez dwie listwy zaciskowe TBAI. Typy wejść można wybierać za pomocą zworek na listwie zaciskowej, obsługując:

• Wejście prądowe 4-20 mA

• Wejście prądowe ±1 mA

• Wejście napięcia stałego ±5 V

• Wejście napięciowe ±10 V prądu stałego

Obwody wejściowe są wyposażone w funkcję tłumienia szumów, w tym filtry sprzętowe i konfigurowalne programowe filtry dolnoprzepustowe, chroniące przed przepięciami i szumami o wysokiej częstotliwości. Pierwsze 10 wejść (poprzez złącze J3) posiada jednobiegunowy filtr sprzętowy o częstotliwości przerwania 500 rad/s. Drugich 10 wejść (przez złącze J4) posiada dwubiegunowy filtr sprzętowy z częstotliwościami przerwania 72 rad/s i 500 rad/s.

2. Sterowanie wyjściem analogowym

Płytka posiada 4 wyjścia analogowe. Dwa z nich są ustawione na stałe na 4-20 mA, a pozostałe dwa można skonfigurować na 4-20 mA lub 0-200 mA. Obwody wyjściowe są również wyposażone w funkcję tłumienia szumów i wykorzystują opatentowaną technikę redundantnego napędu: w systemach TMR każde wyjście jest sterowane łącznie przez trzy przetworniki VAIC. Rzeczywisty prąd wyjściowy mierzony jest za pomocą rezystora szeregowego, który podaje napięcie zwrotne do każdego VAIC. Wynikowy wynik jest średnią wartością trzech prądów. Jeśli płyta ulegnie awarii, jej wyjście zostaje odłączone, a pozostałe dwie płyty w dalszym ciągu wytwarzają prawidłowe wyjście.

3. Wykrywanie zatrzymania sprężarki

Oprogramowanie sprzętowe VAIC obejmuje funkcję wykrywania utknięcia sprężarki turbiny gazowej, skanującą pierwsze cztery wejścia analogowe z częstotliwością 200 Hz. Dostępne są dwa algorytmy do wyboru:

• Algorytm małej turbiny gazowej LM: wykorzystuje dwa przetworniki ciśnienia.

• Algorytm turbiny gazowej o dużej wytrzymałości: wykorzystuje trzy przetworniki ciśnienia.

Algorytm monitoruje ciśnienie tłoczenia sprężarki (PS3) i szybkość jego zmian (dPS3dt), porównując je z konfigurowalnymi parametrami utyku (stałe KPS3) w celu ustalenia, czy utknięcie jest nieuchronne. Po uruchomieniu VAIC wysyła sygnał wyłączenia w ciągu 30 ms, powodując odcięcie przez sterownik wszystkich zaworów odcinających paliwo (FSOV).

4. Kondycjonowanie sygnału wejściowego/wyjściowego

Wszystkie kanały wejściowe i wyjściowe wyposażone są w układy kondycjonowania sygnału, w tym filtrowania, wzmacniania i izolacji. Wejścia wykorzystują 16-bitowy przetwornik A/D o 14-bitowej rozdzielczości, osiągający dokładność pomiaru lepszą niż 0,1% pełnej skali. Wyjścia wykorzystują 12-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy z dokładnością 0,5%.

5. Diagnostyka usterek i autotest

Płyta posiada kompleksowe funkcje diagnostyczne:

• Każde wejście analogowe posiada sprzętową funkcję sprawdzania limitów (ustawione, niekonfigurowalne poziomy wysokie/niskie w pobliżu krańców zakresu roboczego). Przekroczenie tych limitów zatrzymuje skanowanie tego kanału i generuje złożony alarm diagnostyczny L3DIAG_VAIC.

• Każde wejście posiada konfigurowalne oprogramowanie sprawdzające limity systemowe, które można wykorzystać do generowania alarmów i skonfigurować jako blokujące lub niepodtrzymujące.

• W systemach TMR każdy sygnał wejściowy jest monitorowany pod kątem odchyleń od wartości mediany. Przekroczenie ustawionego limitu generuje błąd, zapewniając wczesne ostrzeżenie o potencjalnych problemach z kanałem.

• Wyjścia D/A, prądy wyjściowe, prąd całkowity, przekaźniki samobójcze i przekaźniki skalujące 20/200 mA są monitorowane pod kątem zasadności.

• Urządzenie identyfikacyjne na listwie zaciskowej jest sprawdzane przez VAIC. Niezgodność powoduje błąd niezgodności sprzętu.

6. Wskazanie stanu

Na panelu przednim znajdują się trzy wskaźniki LED:

• RUN (zielony): Miga podczas normalnej pracy.

• FAIL (czerwona): Świecenie ciągłe oznacza awarię karty.

• STATUS (pomarańczowy): Świeci światłem ciągłym, gdy występuje alarm diagnostyczny (normalnie wyłączony).

  
  

---

III. Aplikacje systemowe

1. Zastosowanie w systemie sterowania Mark VI

IS200VAICH1C to podstawowa karta przetwarzania analogowego we/wy w systemie sterowania Mark VI, szeroko stosowana w sterowaniu, zabezpieczaniu i monitorowaniu procesów w turbinach gazowych i parowych. Jego role w systemie obejmują:

• Akwizycja parametrów procesu: Pobiera sygnały analogowe z czujników mierzących temperaturę, ciśnienie, przepływ, prędkość itp. i konwertuje je na wartości cyfrowe do wykorzystania przez sterownik.

• Sterowanie siłownikiem: Wysyła sygnały 4-20 mA lub 0-200 mA do sterowania pozycjonerami zaworów, serwozaworami, napędami o zmiennej częstotliwości i innymi siłownikami.

• Ochrona przed utknięciem: Monitoruje ciśnienie tłoczenia sprężarki w czasie rzeczywistym, szybko wykrywa czynniki poprzedzające utknięcie i wyzwala awaryjne wyłączenie w celu ochrony maszyn wirnikowych.

• Redundantne wejścia/wyjścia: w systemach TMR zapewnia potrójnie redundantne wejścia i wyjścia analogowe, zapewniające działanie systemu odporne na awarie pojedynczych punktów.

2. Konfiguracje systemów Simplex i TMR

System Simplex: wykorzystuje jedną płytkę IS200VAICH1C i dwie listwy zaciskowe TBAI. Sygnały wejściowe są podłączane bezpośrednio, a wyjścia sterowane są przez pojedynczy układ VAIC.

System TMR: Wykorzystuje trzy płytki IS200VAICH1C (umieszczone odpowiednio w szafach R, S, T) i dwie listwy zaciskowe TBAI. Sygnały wejściowe są rozprowadzane równolegle na listwie zaciskowej do trzech stojaków. Na wyjściach zastosowano redundancję typu mediana, przy czym każdy VAIC dostarcza część prądu. Całkowita produkcja jest medianą tych trzech. Jeśli jedna tablica ulegnie awarii, pozostałe dwie automatycznie przejmują jej funkcję.

3. Typowe scenariusze zastosowań

• Sterowanie turbiną gazową: Sterowanie łopatkami kierującymi wlotu sprężarki, sterowanie paliwem, monitorowanie temperatury spalin, zabezpieczenie przed utknięciem.

• Sterowanie turbiną parową: Sterowanie zaworem regulatora, monitorowanie ciśnienia/temperatury pary.

• Wzbudzenie generatora: Monitorowanie napięcia/prądu wzbudzenia.

• Sterowanie procesami przemysłowymi: Pozyskiwanie i kontrola ciśnienia, przepływu, poziomu itp.

  
  

---

IV. Szczegółowy opis interfejsu

1. Interfejs listwy zaciskowej

IS200VAICH1C łączy się z dwiema płytkami zaciskowymi TBAI za pomocą dwóch 50-pinowych złączy kablowych (J3 i J4). Każda listwa zaciskowa zapewnia 10 wejść i 2 wyjścia. Zworki na listwie zaciskowej wybierają typ wejścia (prąd/napięcie) i zakres wyjścia (20/200 mA).

2. Interfejs płyty montażowej

Płyta komunikuje się z płytą VCMI i innymi kartami poprzez złącze płyty montażowej VME, przesyłając cyfrowe dane wejściowe i odbierając polecenia wyjściowe. Płyta montażowa zapewnia również zasilanie 24 V DC do zasilania zewnętrznych przetworników (przez listwę zaciskową).

3. Wskaźniki na panelu przednim

4. Interfejs funkcji diagnostycznych

Szczegółowe informacje diagnostyczne, w tym stan graniczny każdego kanału wejściowego, wartości prądu wyjściowego, stan przekaźnika i odchylenia TMR, można odczytać za pomocą oprogramowania Toolbox.

---

V. Diagnostyka i konserwacja

1. Lista funkcji diagnostycznych

2. Zalecenia dotyczące konserwacji

• Regularnie sprawdzaj alarmy diagnostyczne za pomocą programu Toolbox i niezwłocznie rozwiązuj nieprawidłowości.

• Upewnij się, że zworki na listwie zaciskowej są zgodne z rzeczywistymi typami czujników.

• W systemach TMR należy monitorować diody LED stanu na każdej płycie i niezwłocznie wymieniać wadliwe płyty.

• Podczas wymiany płytek należy zwrócić uwagę na kompatybilność: VAICH1C musi używać listew zaciskowych TBAIH1B lub wcześniejszych.

  
  

---

VI. Wykrywanie zatrzymania sprężarki

1. Przegląd algorytmu

Oprogramowanie sprzętowe VAIC zawiera dwa algorytmy wykrywania przeciągnięcia, skanujące pierwsze cztery wejścia z częstotliwością 200 Hz:

• Algorytm małej turbiny gazowej LM: wykorzystuje dwa przetworniki ciśnienia (np. PS3A, PS3B).

• Algorytm turbiny gazowej o dużej wytrzymałości: wykorzystuje trzy przetworniki ciśnienia (np. PS3A, PS3B, PS3C).

Algorytm monitoruje ciśnienie tłoczenia sprężarki (PS3) i szybkość jego zmian (dPS3dt), porównując je z konfigurowalnymi parametrami utyku. Parametry obejmują:

2. Wyzwalanie i ochrona

Gdy algorytm wykryje sygnał ostrzegawczy utknięcia sprężarki, VAIC w ciągu 30 ms wysyła sygnał wyłączenia sprężarki (CompStall). Sygnał ten jest wysyłany do sterownika w celu zamknięcia wszystkich zaworów odcinających paliwo (FSOV), realizując wyłączenie awaryjne. Czułość wykrywania przeciągnięcia można regulować za pomocą parametrów konfiguracyjnych.

---

VII. Kompatybilność i konfiguracja

1. Kompatybilność z listwą zaciskową

IS200VAICH1C należy do oryginalnej generacji VAIC i musi być używany z następującymi listwami zaciskowymi:

• TBAIH1B lub wcześniejszy (np. TBAIH1A)

• DTAI jakakolwiek wersja

Niekompatybilne listwy zaciskowe: TBAIH1C i nowsze (są przeznaczone dla VAICH1D, obsługują większe obciążenia).

2. Metody konfiguracji

• Typ wejścia wybierany za pomocą zworek na listwie zaciskowej.

• Zakres wyjściowy (20/200 mA) wybierany za pomocą zworek na listwie zaciskowej.

• Parametry wykrywania utknięcia, limity systemu, limity odchyleń TMR itp. konfigurowane za pomocą oprogramowania Toolbox.

• Parametry filtra, włączenia alarmów itp., również konfigurowane za pomocą oprogramowania.

3. Dopasowanie oprogramowania sprzętowego i sprzętu

Chip identyfikacyjny na płycie przechowuje informacje o typie płyty i wersji, odczytywane przez system w celu zapewnienia kompatybilności sprzętowej. Podczas wymiany płytki sprawdź, czy numer modelu jest zgodny i zaktualizuj plik konfiguracyjny (plik tre), aby odpowiadał wersji oprogramowania sprzętowego.

---