IS220YTURS1A to krytyczny pakiet we/wy w systemie kontroli bezpieczeństwa Mark VleS, zaprojektowany specjalnie do podstawowej ochrony turbiny. Jest to moduł we/wy dostosowany do aplikacji, który współpracuje z kompatybilnymi listwami zaciskowymi (takimi jak TTUR, TRPA, TRPG) w celu monitorowania i zabezpieczania turbin (gazowych lub parowych) przed krytycznymi zagrożeniami, takimi jak przekroczenie prędkości obrotowej i awaria płomienia. Jego podstawową funkcją jest zapewnienie bezpiecznego wyłączenia sprzętu po wykryciu niebezpiecznych warunków.
Moduł został zaprojektowany i certyfikowany zgodnie z normą bezpieczeństwa funkcjonalnego IEC 61508. Jest w stanie osiągnąć:
SIL 2 w zakresie tolerancji błędów sprzętowych (HFT) = 0 architektur (np. 1oo1, 2oo2).
SIL 3 w architekturach HFT = 1 (np. 1oo2, 2oo3).
Nadaje się do stosowania zarówno w trybach pracy o niskim zapotrzebowaniu, jak i o wysokim zapotrzebowaniu/ciągłym.
Kluczowe funkcje
1. Monitorowanie prędkości i ochrona przed przekroczeniem prędkości
IS220YTURS1A obsługuje do czterech pasywnych wejść magnetycznych czujników prędkości w zakresie częstotliwości od 2 Hz do 20 000 Hz.
Każdy kanał wejściowy można niezależnie skonfigurować dla różnych zastosowań (np. Przepływ, Prędkość, Prędkość_Wysoka, Prędkość_Niska).
Zawiera szybki algorytm wykrywania przekroczenia prędkości z konfigurowalną logiką wyłączania, taką jak wyłączenie na pojedynczym kanale ( PR_Single ) lub na maksymalnej wartości z wielu kanałów ( PR_Max ).
Dostępne są konfigurowalne funkcje wyzwalania przyspieszania i zwalniania w celu ochrony przed nagłymi, niebezpiecznymi zmianami prędkości wału.
2. Wykrywanie płomienia
Akceptuje sygnały wejściowe z maksymalnie ośmiu czujników płomienia (np. typu Geigera-Mullera).
Obwód czujnika płomienia interpretuje impulsy napięcia powyżej 2,5 V jako wysoki poziom logiczny, wskazujący na obecność płomienia. Częstość tętna jest mierzona licznikiem w przedziale czasu konfigurowanym przez użytkownika (wielokrotność 40 ms).
Bezpieczny stan obwodu wykrywania płomienia YTUR definiuje się jako „Obecność płomienia”. Utrata sygnału płomienia stanowi niebezpieczny stan, który wyzwala działanie ochronne. Nie jest przeznaczony do zastosowań, w których wykryty płomień jest stanem niebezpiecznym.
3. Sterowanie elektrycznym urządzeniem wyzwalającym (ETD).
IS220YTURS1A steruje monitorowanymi wyjściami przekaźników wyłączających, aby połączyć je z elektrycznymi urządzeniami wyzwalającymi (ETD), które zazwyczaj odcinają zasilanie elektromagnesów wyłączających, inicjując mechaniczne wyłączenie.
W konfiguracji Triple Modular Redundant (TMR) wyjścia z trzech pakietów YTUR są podłączone do listwy zaciskowej (takiej jak TRPG lub TRPA), która implementuje sprzętowy obwód głosowania (np. głosowanie 2 z 3), aby mieć pewność, że pojedyncza awaria nie zapobiegnie wyłączeniu.
4. Wejście zatrzymania awaryjnego (E-Stop).
Dedykowane wejście zatrzymania awaryjnego zapewnia sprzętową ścieżkę wyłączania awaryjnego. Po aktywacji może bezpośrednio odłączyć zasilanie przekaźników wyłączających.
Ten sygnał zatrzymania awaryjnego można również skonfigurować tak, aby wyzwalał krzyżowo inne systemy zabezpieczające, takie jak rezerwowe zabezpieczenie przed przekroczeniem prędkości YPRO, zapewniając ochronę całego systemu.
5. Funkcje nie posiadające certyfikatu bezpieczeństwa (niezakłócające)
Synchronizacja generatora i sterowanie wyłącznikiem: Zapewnia funkcje niezwiązane z bezpieczeństwem, umożliwiające synchronizację generatora z siecią elektroenergetyczną i sterowanie głównym wyłącznikiem.
Monitorowanie napięcia i prądu na wale: Monitoruje indukowane napięcie i prąd na wale, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym przez prądy na wale, ale nie jest to część funkcji bezpieczeństwa.
Monitorowanie transformatora potencjalnego (PT): Monitoruje sygnały napięcia generatora i szyny z transformatorów potencjałowych w celach kontroli i monitorowania niezwiązanych z bezpieczeństwem.
Architektura systemu i zasada działania
1. Architektura sprzętowa
IS220YTURS1A działa jako kluczowy komponent większej architektury Mark VleS. Jego ścieżka sygnałowa składa się z trzech podstawowych części:
Tablica zaciskowa (TTUR/TRPA/TRPG): Zapewnia fizyczny interfejs dla okablowania obiektowego, oferując takie funkcje, jak ochrona przed stanami przejściowymi, rozgłaszanie sygnału (dla wejść TMR) i głosowanie na wyjściu (dla wyjść TMR).
Pakiet I/O (YTURS1A): Sam moduł, który zawiera wspólną płytę procesora i unikalną kartę gromadzenia danych. Digitalizuje sygnały, realizuje algorytmy zabezpieczające i obsługuje komunikację.
IONet: Zastrzeżona, zamknięta sieć Ethernet używana do komunikacji pomiędzy pakietami I/O a sterownikami Mark VleS Safety. We/Wy pakuje dane wejściowe multiemisji do kontrolerów w każdej ramce, a kontrolery rozgłaszają dane wyjściowe z powrotem do pakietów we/wy.
W systemie TMR stosowane są trzy moduły IS220YTURS1A (R, S, T). Każdy moduł niezależnie przetwarza rozproszone wejścia. Następnie sterowniki dokonują wyboru mediany sygnałów prędkości i większością głosów (2 z 3) w sprawie decyzji dotyczących stanu zdrowia i wyłączenia, zapewniając ciągłość działania nawet w przypadku awarii całego jednego kanału.
2. Przetwarzanie sygnału i kontrola
Pozyskiwanie danych wejściowych: Sygnały pola (prędkość, płomień, zatrzymanie awaryjne itp.) są podłączone do listwy zaciskowej, która kondycjonuje je i przekazuje do modułów YTURS1A.
Przetwarzanie sygnału: YTURS1A digitalizuje sygnały analogowe i wykonuje wbudowane algorytmy oprogramowania sprzętowego. Dla danych wejściowych prędkości oblicza obroty. W przypadku wejść płomienia określa stan włączenia/wyłączenia płomienia na podstawie liczby impulsów.
Logika zabezpieczeń: Moduł w sposób ciągły porównuje przetworzone wartości (np. prędkość, przyspieszenie) ze skonfigurowanymi wartościami zadanymi wyłączenia. Monitoruje także stan własnego sprzętu i sygnałów wejściowych.
Działanie na wyjściu: Jeśli spełniony zostanie warunek wyłączenia (np. nadmierna prędkość) lub wykryty zostanie błąd krytyczny, YTURS1A natychmiast odłącza zasilanie od wyjść przekaźnika wyłączającego z certyfikatem bezpieczeństwa. Akcja ta wykonywana jest lokalnie w obrębie pakietu I/O, bez konieczności wykonywania polecenia z głównego sterownika, co zapewnia bardzo szybki czas reakcji.
Komunikacja systemowa: Jednocześnie YTURS1A przekazuje stan wszystkich wejść, wyjść i wewnętrzną diagnostykę do sterowników Mark VleS za pośrednictwem IONet w celu monitorowania na poziomie systemu, alarmowania i wyświetlania HMI.
3. Monitorowanie stanu zdrowia i zakres diagnostyczny
IS220YTURS1A posiada rozbudowaną diagnostykę pokładową, która pozwala wykryć awarie sprzętu, utratę komunikacji i problemy z zasilaniem.
W systemie Mark VleS każda zmienna pochodząca z wejścia/wyjścia ma powiązany stan kondycji. Kondycja ta jest kombinacją kondycji punktów (na podstawie autodiagnostyki pakietu we/wy) i kondycji łącza (na podstawie sprawdzenia integralności komunikacji IONet przez kontroler).
Kod aplikacji może monitorować stan zmiennych krytycznych za pomocą bloku funkcyjnego VAR_HEALTH, umożliwiając logice bezpieczeństwa podjęcie odpowiednich działań, jeśli wejście zostanie uznane za niezdrowe (np. wybór czujnika nadmiarowego, zainicjowanie alarmu).
Funkcja brandingu systemu zapewnia integralność konfiguracji. Po przetestowaniu i oznakowaniu aplikacji jakakolwiek nieautoryzowana zmiana w kodzie, stałych lub sprzęcie generuje alarm diagnostyczny.
4. Integracja z YPRO i YSIL w celu zapewnienia ochrony warstwowej
IS220YTURS1A jest często częścią wielowarstwowej strategii ochrony:
IS220YTURS1A (ochrona podstawowa): Służy jako główny system ochrony przed przekroczeniem prędkości i płomieniem.
YPRO (Backup Protection): Zapewnia całkowicie niezależną, nadmiarową warstwę ochrony przed przekroczeniem prędkości, często z mechanizmami wyłączania opartymi na oprogramowaniu sprzętowym i sprzęcie.
YSIL (Core Safety Protection): Zapewnia najwyższy poziom nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL 3) dla najbardziej krytycznych funkcji, takich jak ochrona sprężarki gazu.
Konfiguracja i uruchomienie
Konfigurację IS220YTURS1A przeprowadza się za pomocą aplikacji ToolboxST.
1. Konfiguracja podstawowa
Redundancja pakietu we/wy (Simplex lub TMR)
Typ listwy zaciskowej, forma sprzętu i identyfikacja kodu kreskowego
Przypisania portów IONet
2. Ustawienia parametrów zabezpieczeń
Nastawy wyłączenia związanego z przekroczeniem prędkości (np. wartość zadana PR1 do wartości zadanej PR4 )
Włączenie wyłączenia awaryjnego przyspieszania/zwalniania i wartości zadane
Przedział czasowy detekcji płomienia i limity progowe ( FlameLimitHigh , FlameLimitLow )
Kontrole limitów systemowych i diagnostyczne limity różnic ( TMR_DiffLimit )
3. Konfiguracja zworek (na płycie TRPA)
Certyfikaty bezpieczeństwa i aplikacje
