Placa de entrada/saída analógica GE IS200VAICH1C

A IS200VAICH1C é uma placa de entrada/saída analógica projetada pela General Electric (GE) para seu sistema de controle Mark VI™. Esta placa é uma versão inicial da série VAIC (incluindo todas as versões até VAICH1C), usada principalmente para processar aquisição e saída de sinais analógicos. É um módulo de E/S indispensável em sistemas de controle de turbinas a gás e turbinas a vapor.

A placa IS200VAICH1C aceita 20 entradas analógicas e controla 4 saídas analógicas. Funciona em conjunto com duas placas terminais TBAI, cada uma fornecendo 10 entradas e 2 saídas. Conectados por meio de cabos à placa do processador VAIC localizada no rack VME, os sinais de entrada são condicionados, multiplexados e convertidos A/D. Eles são então transferidos pelo backplane VME para a placa VCMI e finalmente para o controlador. Para saídas, o VAIC converte valores digitais em correntes analógicas, conduzindo cargas externas através da placa terminal.

O IS200VAICH1C suporta aplicações simplex e tripla modular redundante (TMR). Em uma configuração TMR, os sinais de entrada na placa terminal são distribuídos para três racks VME (R, S, T), cada um contendo um VAIC. As saídas são acionadas usando um circuito proprietário onde todos os três VAICs contribuem para criar a corrente desejada. Se uma placa falhar, as duas placas restantes continuarão a produzir a corrente de saída correta.

Como versão final da geração original VAIC, o IS200VAICH1C difere das versões subsequentes (como VAICH1D) principalmente na capacidade de acionamento de saída: ao acionar saídas de 20 mA, ele suporta uma resistência de carga máxima de 500 Ω (usando 1000 pés de fio nº 18). Requer operação com TBAIH1B ou versões anteriores de placas terminais e também é compatível com todas as revisões de placas terminais DTAI.

A placa incorpora funções de diagnóstico abrangentes, incluindo verificações de limite de entrada, monitoramento de saída e verificações de status do relé, com indicação de status por meio de LEDs no painel frontal. Além disso, o firmware VAIC integra algoritmos de detecção de travamento do compressor de turbina a gás, monitorando os precursores de travamento em tempo real a uma taxa de varredura de 200 Hz e acionando a proteção de desligamento em 30 ms.

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II. Principais Funções

As funções principais do IS200VAICH1C incluem, mas não estão limitadas a, o seguinte:

1. Aquisição de entrada analógica

A placa aceita 20 entradas analógicas através de duas placas terminais TBAI. Os tipos de entrada são selecionáveis ​​através de jumpers na placa terminal, suportando:

• Entrada de corrente 4-20 mA

• Entrada de corrente de ±1 mA

• Entrada de tensão CC de ±5 V

• Entrada de tensão CC de ±10 V

Os circuitos de entrada apresentam supressão de ruído, incluindo filtros de hardware e filtros passa-baixo configuráveis ​​por software para proteção contra surtos e ruído de alta frequência. As primeiras 10 entradas (via conector J3) possuem um filtro de hardware unipolar com frequência de interrupção de 500 rad/s. As segundas 10 entradas (via conector J4) possuem um filtro de hardware bipolar com frequências de interrupção de 72 rad/s e 500 rad/s.

2. Controle de saída analógica

A placa fornece 4 saídas analógicas. Dois são fixos em 4-20 mA e os outros dois podem ser configurados para 4-20 mA ou 0-200 mA. Os circuitos de saída também apresentam supressão de ruído e utilizam uma técnica de acionamento redundante patenteada: em sistemas TMR, cada saída é acionada por três VAICs juntos. A corrente de saída real é medida com um resistor em série, que realimenta a tensão para cada VAIC. A saída resultante é o valor mediano das três correntes. Se uma placa falhar, sua saída será desconectada e as duas placas restantes continuarão a produzir a saída correta.

3. Detecção de parada do compressor

O firmware VAIC inclui funcionalidade de detecção de travamento do compressor de turbina a gás, varrendo as primeiras quatro entradas analógicas a 200 Hz. Dois algoritmos selecionáveis ​​estão disponíveis:

• Algoritmo de turbina a gás LM pequena: usa dois transdutores de pressão.

• Algoritmo de turbina a gás para serviço pesado: usa três transdutores de pressão.

O algoritmo monitora a pressão de descarga do compressor (PS3) e sua taxa de variação (dPS3dt), comparando-as com parâmetros de travamento configuráveis ​​(constantes KPS3) para determinar se um travamento é iminente. Uma vez acionado, o VAIC emite um sinal de disparo dentro de 30 ms, fazendo com que o controlador desligue todas as válvulas de corte de combustível (FSOVs).

4. Condicionamento de sinal de entrada/saída

Todos os canais de entrada e saída são equipados com circuitos de condicionamento de sinal, incluindo filtragem, amplificação e isolamento. As entradas utilizam um conversor A/D de 16 bits com resolução de 14 bits, alcançando precisão de medição melhor que 0,1% da escala completa. As saídas utilizam um conversor D/A de 12 bits com precisão de 0,5%.

5. Diagnóstico de falhas e autoteste

A placa possui funções de diagnóstico abrangentes:

• Cada entrada analógica possui verificação de limite de hardware (níveis altos/baixos não configuráveis ​​predefinidos próximos aos limites da faixa operacional). Exceder esses limites interrompe a varredura desse canal e gera um alarme de diagnóstico composto, L3DIAG_VAIC.

• Cada entrada possui verificações de limite do sistema de software configuráveis, que podem ser usadas para gerar alarmes e configuradas como travadas ou não travadas.

• Nos sistemas TMR, cada sinal de entrada é monitorado quanto ao desvio do valor mediano. Exceder um limite predefinido gera uma falha, fornecendo aviso antecipado de possíveis problemas no canal.

• Saídas D/A, correntes de saída, corrente total, relés suicidas e relés de escala 20/200 mA são monitorados para fins de razoabilidade.

• O dispositivo de identificação na placa terminal é interrogado pelo VAIC. Uma incompatibilidade gera uma falha de incompatibilidade de hardware.

6. Indicação de status

O painel frontal possui três indicadores LED:

• RUN (Verde): Pisca durante a operação normal.

• FAIL (Vermelho): Constante indica falha na placa.

• STATUS (laranja): Acende continuamente quando existe uma condição de alarme de diagnóstico (normalmente desligado).

  
  

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III. Aplicativos do sistema

1. Aplicação no Sistema de Controle Mark VI

O IS200VAICH1C é a principal placa de processamento de E/S analógica no sistema de controle Mark VI, amplamente utilizada em controle, proteção e monitoramento de processos de turbinas a gás e turbinas a vapor. Suas funções dentro do sistema incluem:

• Aquisição de Parâmetros de Processo: Adquire sinais analógicos de sensores que medem temperatura, pressão, vazão, velocidade, etc., convertendo-os em valores digitais para uso pelo controlador.

• Controle do atuador: Emite sinais de 4-20 mA ou 0-200 mA para acionar posicionadores de válvula, servoválvulas, inversores de frequência variável e outros atuadores.

• Proteção contra travamento: monitora a pressão de descarga do compressor em tempo real, detecta rapidamente precursores de travamento e aciona o desligamento de emergência para proteger as turbomáquinas.

• E/S redundante: Em sistemas TMR, fornece entradas e saídas analógicas com redundância tripla, garantindo a operação do sistema não afetada por falhas de ponto único.

2. Configurações do sistema Simplex e TMR

Sistema Simplex: Utiliza uma placa IS200VAICH1C e duas placas terminais TBAI. Os sinais de entrada são conectados diretamente e as saídas são acionadas por um único VAIC.

Sistema TMR: Utiliza três placas IS200VAICH1C (localizadas nos racks R, S, T respectivamente) e duas placas terminais TBAI. Os sinais de entrada são distribuídos em paralelo na placa de terminais para os três racks. As saídas usam redundância de seleção mediana, com cada VAIC contribuindo com uma parte da corrente. A produção total é a mediana dos três. Se uma placa falhar, as duas restantes assumem automaticamente.

3. Cenários típicos de aplicação

• Controle de turbina a gás: controle de palhetas guia de entrada do compressor, controle de combustível, monitoramento de temperatura de exaustão, proteção contra travamento.

• Controle da Turbina a Vapor: Controle da válvula reguladora, monitoramento da pressão/temperatura do vapor.

• Excitação do Gerador: Monitoramento de tensão/corrente de excitação.

• Controle de Processos Industriais: Aquisição e controle de pressão, vazão, nível, etc.

  
  

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4. Descrição detalhada da interface

1. Interface da placa terminal

O IS200VAICH1C se conecta a duas placas terminais TBAI por meio de dois conectores de cabo de 50 pinos (J3 e J4). Cada placa terminal fornece 10 entradas e 2 saídas. Os jumpers na placa de terminais selecionam o tipo de entrada (corrente/tensão) e a faixa de saída (20/200 mA).

2. Interface do painel traseiro

A placa se comunica com a placa VCMI e outras placas através do conector backplane VME, transmitindo dados de entrada digitalizados e recebendo comandos de saída. O backplane também fornece alimentação de 24 V CC para alimentar transmissores externos (através da placa terminal).

3. Indicadores do painel frontal

4. Interface de função de diagnóstico

Informações detalhadas de diagnóstico, incluindo o status limite de cada canal de entrada, valores de corrente de saída, status do relé e desvios de TMR, podem ser lidas através do software Toolbox.

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V. Diagnóstico e Manutenção

1. Lista de funções de diagnóstico

2. Recomendações de Manutenção

• Verifique regularmente os alarmes de diagnóstico por meio do Toolbox e resolva as anomalias imediatamente.

• Certifique-se de que os jumpers da placa terminal correspondam aos tipos reais de sensores.

• Em sistemas TMR, monitore os LEDs de status em cada placa e substitua imediatamente as placas defeituosas.

• Preste atenção à compatibilidade ao substituir as placas: VAICH1C deve usar placas terminais TBAIH1B ou anteriores.

  
  

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VI. Detecção de parada do compressor

1. Visão geral do algoritmo

O firmware VAIC inclui dois algoritmos de detecção de travamento, varrendo as primeiras quatro entradas a 200 Hz:

• Algoritmo de turbina a gás LM pequena: usa dois transdutores de pressão (por exemplo, PS3A, PS3B).

• Algoritmo de turbina a gás para serviço pesado: usa três transdutores de pressão (por exemplo, PS3A, PS3B, PS3C).

O algoritmo monitora a pressão de descarga do compressor (PS3) e sua taxa de variação (dPS3dt), comparando-as com parâmetros de bloqueio configuráveis. Os parâmetros incluem:

2. Acionamento e Proteção

Quando o algoritmo detecta um precursor de travamento, o VAIC emite um sinal de desligamento do compressor (CompStall) dentro de 30 ms. Este sinal é enviado ao controlador para desligar todas as válvulas de corte de combustível (FSOVs), implementando o desligamento de emergência. A sensibilidade da detecção de travamento pode ser ajustada através de parâmetros de configuração.

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VII. Compatibilidade e configuração

1. Compatibilidade da placa terminal

O IS200VAICH1C pertence à geração original VAIC e deve ser utilizado com as seguintes placas de terminais:

• TBAIH1B ou anterior (por exemplo, TBAIH1A)

• DTAI qualquer revisão

Placas terminais incompatíveis: TBAIH1C e posteriores (são projetadas para VAICH1D, suportando cargas mais altas).

2. Métodos de configuração

• Tipo de entrada selecionado através de jumpers na placa terminal.

• Faixa de saída (20/200 mA) selecionada através de jumpers na placa terminal.

• Parâmetros de detecção de estol, limites do sistema, limites de desvio TMR, etc., configurados através do software Toolbox.

• Parâmetros de filtros, habilitações de alarmes, etc., também configurados via software.

3. Correspondência de firmware e hardware

O chip de identificação na placa armazena informações sobre o tipo e revisão da placa, lidas pelo sistema para garantir a compatibilidade do hardware. Ao substituir uma placa, verifique se o número do modelo corresponde e atualize o arquivo de configuração (arquivo tre) para corresponder à versão do firmware.

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