IS220PPRAH1A to krytyczny moduł we/wy w systemie sterowania GE Mark VIe, przeznaczony do awaryjnej ochrony turbiny. Jest częścią serii PPRA i w połączeniu z listwą zaciskową TREA i opcjonalną kartą WREA tworzy w pełni niezależny zapasowy system zabezpieczenia przed przekroczeniem prędkości. System ten charakteryzuje się architekturą Triple Modular Redundant (TMR), która zapewnia niezawodną ochronę przed wyłączeniem turbiny nawet w przypadku awarii głównego układu sterowania.
IS220PPRAH1A zawiera płytę procesora BPPB i obsługuje sygnały wejściowe o sześciu prędkościach. Wejścia te można skonfigurować w różnych grupach, aby dopasować je do różnych konfiguracji turbin (np. jednostki jednowałowe, dwuwałowe, trzywałowe). Moduł zapewnia funkcje zabezpieczające zaimplementowane zarówno w sprzęcie, jak i oprogramowaniu sprzętowym, w tym wykrywanie nadmiernej prędkości, wykrywanie przyspieszania/zwalniania, monitorowanie głównego układu sterowania i przetwarzanie sygnału wejściowego wyzwalającego styk. Jest to podstawowy element zabezpieczający maszyny wirujące, takie jak turbiny gazowe i parowe.
Architektura systemu i kompatybilność
1. Komponenty systemu
Moduł we/wy IS220PPRAH1A: odpowiedzialny za pozyskiwanie sygnałów, przetwarzanie logiczne i decyzje dotyczące zabezpieczeń.
Tablica zaciskowa TREA: Zapewnia wyjścia przekaźnikowe, interfejsy wejść wyzwalających i obsługuje funkcje zatrzymania awaryjnego (E-Stop) i zabezpieczenia przed przekroczeniem prędkości.
Karta opcjonalna WREA: rozszerza możliwości systemu o wyjścia wzmacniacza sygnału prędkości, zwiększając niezawodność.
2. Uwagi dotyczące zgodności
IS220PPRAH1A jest częścią serii PPRA, obok wariantów PPRAS1A i PPRAS1B. Nie posiada on jednak certyfikatu zgodności z normami IEC 61508 i dlatego nie wolno go stosować w pętlach bezpieczeństwa wymagających certyfikatu poziomu integralności bezpieczeństwa (SIL). W przypadku zastosowań z certyfikatem SIL należy stosować wersje PPRAS1A lub S1B. PPRAH1A może pracować w zakresie temperatur od -30°C do 65°C, dzięki czemu nadaje się do stosowania w ogólnych środowiskach przemysłowych.
3. Wymagania instalacyjne
Musi być używany z listwą zaciskową TREA i wymaga zainstalowania opcjonalnej karty WREA.
Aby utworzyć system TMR, należy zainstalować jednocześnie trzy moduły PPRA; praca w trybie pojedynczego lub podwójnego opakowania nie jest obsługiwana.
Moduł podłącza się bezpośrednio do płytki TREA poprzez złącze pinowe DC-62 i mocuje się za pomocą gwintowanych słupków.
Szczegółowe funkcje podstawowe
1. Wejście prędkości i przetwarzanie sygnału
IS220PPRAH1A obsługuje sześć wejść czujników prędkości, konfigurowalnych w oparciu o układ wału turbiny:
Trzy grupy dwóch czujników (dwa czujniki na wał, do trzech wałów)
Dwie grupy trzech czujników (trzy czujniki na wał, maksymalnie dwa wały)
Każdy sygnał prędkości jest przetwarzany przez algorytm High Select lub Median Select w celu uzyskania pojedynczej wartości częstości impulsów reprezentującej rzeczywistą prędkość każdego wału. Moduł dokonuje wykrywania różnic pomiędzy czujnikami na tym samym wale. Jeśli różnica przekracza konfigurowalny próg (np. 25 obr./min), generowany jest alarm diagnostyczny „Niedopasowanie czujników podwójnej prędkości”.
2. Funkcja zabezpieczenia przed przekroczeniem prędkości
2.1. Oprogramowanie sprzętowe chroniące przed przekroczeniem prędkości
Zaimplementowane w programowalnej logice. Wartość zadana wyłączenia z powodu nadmiernej prędkości może pochodzić z przestrzeni sygnału lub z lokalnej wartości konfiguracyjnej.
Obsługuje testy przekroczenia prędkości online i offline. Podczas testowania wartość zadana wyłączenia może zostać tymczasowo obniżona (do 94% skonfigurowanej wartości).
Zawiera kontrolę zgodności wartości zadanej; jeżeli wartość konfiguracyjna nie jest zgodna z wartością otrzymaną z przestrzeni sygnału, gdy prędkość wynosi zero, deklarowany jest błąd i działanie zostaje wstrzymane.
2.2. Sprzętowa ochrona przed przekroczeniem prędkości
Zaimplementowany całkowicie w logice sprzętowej, niezależny od oprogramowania procesora, z czasem reakcji mniejszym niż 20 ms.
Wartość zadana nadmiernej prędkości jest ładowana tylko podczas uruchamiania modułu lub wyłączania zasilania i nie można jej zmienić podczas pracy.
Każde z sześciu wejść prędkości jest indywidualnie monitorowane pod kątem przekroczenia prędkości sprzętu, zapewniając ochronę nawet w przypadku awarii oprogramowania sprzętowego.
Wymaga dwóch sąsiednich obrotów wału, aby przekroczyć wartość zadaną, aby zainicjować wyłączenie i zapobiec fałszywym wyłączeniom.
3. Ochrona przyspieszania i zwalniania
Moduł oblicza w czasie rzeczywistym tempo zmian prędkości (przyspieszenia) i obsługuje konfigurowalny próg wyłączenia przyspieszenia.
Zabezpieczenie przed hamowaniem wykorzystuje stały próg zadziałania wynoszący 100% na sekundę i nie można go konfigurować.
Przyspieszenie oblicza się poprzez porównanie dwóch sąsiadujących próbek prędkości w konfigurowalnym okresie (AccelCalTime, 10–100 ms).
4. Funkcja wyłączenia wejścia dyskretnego
IS220PPRAH1A obsługuje cztery izolowane dyskretne wejścia wyzwalające, które mogą działać w dwóch trybach:
Bezpośrednie wyłączenie: Sygnał wejściowy bezpośrednio wyzwala wyłączenie sprzętowe, z pominięciem logiki oprogramowania sprzętowego, aby uzyskać maksymalną prędkość.
Wyłączenie warunkowe: Działanie wyłączenia zależy od stanu komunikacji (wskazywanego przez sygnał podtrzymania sieci). W przypadku utraty komunikacji ze sterownikiem automatycznie dozwolone są wyłączenia warunkowe.
Wszystkie wejścia stykowe zawierają filtr przeciwodbiciowy o czasie trwania 8 ms, który zapobiega fałszywym wyłączeniom spowodowanym drganiami styków.
5. Funkcja nadzoru głównego sterowania
Moduł w sposób ciągły monitoruje sygnał Heartbeat (Device Heartbeat) dostarczany przez główny kontroler.
Jeżeli przez pięć kolejnych ramek danych nie zostanie wykryta żadna zmiana w wartości pulsu, następuje zablokowanie wyłączenia układu kontrolnego.
Jeśli główny sterownik odzyska siły i będzie komunikować się prawidłowo przez 60 sekund, stan wyłączenia zostanie automatycznie zresetowany.
6. Różnica prędkości i wykrywanie nieaktualnej prędkości
Zabezpieczenie przed różnicą prędkości: porównuje prędkość obliczoną przez PPRA (PulseRate1) z wartością prędkości (Speed1) podaną przez główny sterownik. Jeśli różnica przekracza konfigurowalny procent (w oparciu o RatedRPM_TA) dla trzech kolejnych próbek, inicjowane jest wyłączenie awaryjne.
Zabezpieczenie przed przestarzałą prędkością: Jeśli wartość prędkości z głównego sterownika (Prędkość 1) pozostaje niezmieniona przez 100 kolejnych ramek danych (co wskazuje na utratę integralności sygnału), następuje wyłączenie awaryjne. Ochrona ta opiera się na zasadzie, że sygnał prędkości na żywo zawsze wykazuje niewielkie wahania („dithering”).
7. Synchronizacja czasu i monitorowanie synchronizacji klatek
Moduł opiera się na synchronizacji czasu w sieci IONet. Monitoruje numer ramki synchronizacji.
W przypadku wykrycia rażących błędów lub utraty synchronizacji (np. ramki poza kolejnością) aktywowane jest wyłączenie awaryjne Frame Sync.
Zapewnia to synchronizację czasu PPRA z głównym sterownikiem, zapobiegając awariom zabezpieczeń spowodowanym opóźnieniami w komunikacji.
8. Wyjścia przekaźnikowe i sprzężenie zwrotne
IS220PPRAH1A dostarcza sygnały napędu dla trzech przekaźników wyłączania awaryjnego (ETR1–ETR3) i monitoruje ich sygnały stanu sprzężenia zwrotnego.
Nakazany stan każdego sterownika przekaźnika jest porównywany z jego rzeczywistym stanem sprzężenia zwrotnego. Niezgodność generuje alarm diagnostyczny.
Funkcja testowa umożliwia indywidualne wyłączenie zasilania każdego przekaźnika w celach testowych, bez powodowania wyłączenia systemu.
Zasady działania i przepływ sygnału
Konwencje typu sygnału
Kończy się na (SS): Sygnał jest generowany w PPRA i wysyłany do przestrzeni sygnałowej sterownika.
Kończy się na SS: Sygnał jest generowany w sterowniku i odbierany przez PPRA poprzez przestrzeń sygnału.
Kończy się na (IO): Sygnał jest generowany w PPRA i wysyłany do sprzętu.
Kończy się na IO: Sygnał jest wejściem sprzętowym do PPRA.
Kończy się na CFG: oznacza parametr konfiguracyjny.
Kombinacja sygnału wyłączenia
Wszystkie indywidualne sygnały wyłączenia (np. przekroczenie prędkości, przyspieszenie, wejście stykowe, watchdog) są łączone w jeden złożony sygnał wyłączenia (ComposTrip1), który jest używany w logice wyjścia przekaźnika. Co najważniejsze, wyłączenia awaryjne związane z przekroczeniem prędkości sprzętu i wyłączenia związane z bezpośrednim kontaktem mają ścieżki zaimplementowane w całości w sprzęcie lub programowalnej logice, a nie w oprogramowaniu sprzętowym. Gwarantuje to, że awaria oprogramowania sprzętowego procesora nie będzie w stanie zapobiec zainicjowaniu wyłączenia awaryjnego przez te krytyczne sygnały.
Konstrukcja odporna na awarie
Moduł domyślnie znajduje się w stanie „wyłączenia”, gdy zasilanie jest wyłączone, podczas uruchamiania, podczas resetowania sprzętu lub gdy nie jest online.
Sprzętowy obwód watchdog monitoruje działanie oprogramowania sprzętowego. Jeśli zostanie wykryta awaria oprogramowania sprzętowego, powoduje to reset sprzętowy, który wymusza wyłączenie.
Wszystkie krytyczne sygnały (prędkość, puls, synchronizacja klatek) zawierają mechanizmy wykrywania przekroczenia limitu czasu lub rozbieżności, zapewniające bezpieczne przejście systemu w stan wyłączenia w nietypowych okolicznościach.
Konfiguracja i diagnostyka
Narzędzie konfiguracyjne
Moduł konfiguruje się za pomocą oprogramowania GE ToolboxST. Kluczowe parametry konfiguracyjne obejmują:
Typ turbiny (np. turbina gazowa, turbina parowa)
Grupowanie wejść prędkości (trzy grupy lub dwie grupy)
Wartości zadane przekroczenia prędkości, wartość zadana przyspieszenia, limity różnicy
Włącz/wyłącz ustawienia funkcji takich jak Watchdog, różnica prędkości i wykrywanie przestarzałej prędkości.
Autodiagnostyka
Autotest po włączeniu zasilania: sprawdza pamięć RAM, pamięć flash, porty Ethernet i sprzęt procesora.
Ciągłe monitorowanie: monitoruje wewnętrzne źródła zasilania, analogowe prądy zwrotne i stany poleceń/sprzężeń przekaźnika.
Weryfikacja identyfikatora elektronicznego: sprawdza, czy moduł, listwa zaciskowa i sprzęt karty opcji są kompatybilne i odpowiadają załadowanemu kodowi aplikacji.
Diody LED stanu
Na płycie czołowej modułu znajduje się sześć diod LED stanu:
RUN: Zielony, gdy przekaźniki są pod napięciem (Run), Czerwony, gdy przekaźniki są odłączone (Trip).
ESTP: Zielony, gdy wejście zatrzymania awaryjnego (jeśli jest obsługiwane) jest w stanie pracy, czerwony, gdy aktywny jest zatrzymanie awaryjne.
OSPD: Czerwony, gdy zostanie wykryty i zablokowany stan nadmiernej prędkości.
WDOG: Czerwony, gdy aktywne jest wyłączenie awaryjne oparte na funkcjach watchdoga (kontrola Watchdog, różnica prędkości itp.).
SIL: PPRAH1A nie obsługuje funkcjonalności SIL; ta dioda LED nie ma zastosowania.
KREA: Kolor zielony wskazuje, że w podmodule KREA wykryto zasilanie.
