O IS220PPRAH1A é um módulo de E/S crítico dentro do sistema de controle GE Mark VIe, projetado para proteção de turbinas de emergência. Faz parte da série PPRA e, quando combinado com a placa terminal TREA e a placa opcional WREA, forma um sistema de backup de proteção contra sobrevelocidade totalmente independente. Este sistema apresenta uma arquitetura Tripla Modular Redundante (TMR) para garantir proteção confiável contra disparo da turbina, mesmo no caso de falha do sistema de controle primário.
O IS220PPRAH1A incorpora uma placa processadora BPPB e suporta sinais de entrada de seis velocidades. Essas entradas podem ser configuradas em diferentes grupos para se adequarem a diversas configurações de turbina (por exemplo, unidades de eixo único, de dois eixos, de três eixos). O módulo fornece funções de proteção implementadas em hardware e firmware, incluindo detecção de sobrevelocidade, detecção de aceleração/desaceleração, monitoramento do sistema de controle principal e processamento de entrada de disparo de contato. É um componente essencial para proteger máquinas rotativas, como turbinas a gás e turbinas a vapor.
Arquitetura e compatibilidade do sistema
1. Componentes do sistema
Módulo de E/S IS220PPRAH1A: Responsável pela aquisição de sinais, processamento lógico e decisões de proteção.
Placa terminal TREA: Fornece saídas de relé, interfaces de entrada de desarme e suporta parada de emergência (E-Stop) e funções de proteção contra sobrevelocidade.
Placa opcional WREA: Expande as capacidades do sistema com saídas de repetidor de sinal de velocidade, aumentando a confiabilidade.
2.Notas de compatibilidade
O IS220PPRAH1A faz parte da série PPRA juntamente com as variantes PPRAS1A e PPRAS1B. No entanto, não é certificado de acordo com os padrões IEC 61508 e, portanto, não deve ser usado em circuitos de segurança que exijam certificação de Nível de Integridade de Segurança (SIL). Para aplicações certificadas SIL devem ser utilizadas as versões PPRAS1A ou S1B. O PPRAH1A possui uma faixa de temperatura operacional de -30°C a 65°C, tornando-o adequado para ambientes industriais em geral.
3. Requisitos de instalação
Deve ser usado com uma placa terminal TREA e requer a instalação da placa opcional WREA.
Três módulos PPRA devem ser instalados simultaneamente para formar o sistema TMR; a operação de pacote único ou duplo não é suportada.
O módulo se conecta diretamente à placa TREA por meio de um conector DC-62 pinos e é preso por meio de pinos roscados.
Funções principais detalhadas
1. Entrada de velocidade e processamento de sinal
O IS220PPRAH1A aceita seis entradas de sensores de velocidade, configuráveis com base na disposição do eixo da turbina:
Três grupos de dois sensores (dois sensores por eixo, até três eixos)
Dois grupos de três sensores (três sensores por eixo, até dois eixos)
Cada sinal de velocidade é processado através de um algoritmo High Select ou Median Select para gerar um único valor de taxa de pulso que representa a velocidade real de cada eixo. O módulo realiza detecção de diferenças entre sensores no mesmo eixo. Se a diferença exceder um limite configurável (por exemplo, 25 RPM), um alarme de diagnóstico 'Incompatibilidade de sensores de velocidade duplos' será gerado.
2. Função de proteção contra excesso de velocidade
2.1. Proteção contra excesso de velocidade de firmware
Implementado em lógica programável. O ponto de ajuste de disparo por sobrevelocidade pode ser obtido do Signal Space ou de um valor de configuração local.
Suporta testes de velocidade excessiva online e offline. Durante o teste, o ponto de ajuste de disparo pode ser reduzido temporariamente (até 94% do valor configurado).
Inclui uma verificação de concordância do ponto de ajuste; se o valor da configuração não corresponder ao valor recebido do Signal Space quando a velocidade for zero, um erro será declarado e a operação será inibida.
2.2. Proteção contra excesso de velocidade de hardware
Implementado inteiramente em lógica de hardware, independente do firmware do processador, com tempo de resposta inferior a 20 ms.
O ponto de ajuste de sobrevelocidade é carregado somente quando o módulo é inicializado ou é reiniciado e não pode ser alterado durante a operação.
Cada uma das seis entradas de velocidade é monitorada individualmente quanto a excesso de velocidade de hardware, garantindo proteção mesmo em caso de falha do firmware.
Requer duas rotações do eixo adjacente para exceder o ponto de ajuste para iniciar um desarme, evitando desarmes espúrios.
3. Proteção contra aceleração e desaceleração
O módulo calcula a taxa de mudança de velocidade (aceleração) em tempo real e suporta um limite de disparo de aceleração configurável.
A proteção contra desaceleração utiliza um limite de disparo fixo de 100% por segundo e não é configurável.
A aceleração é calculada comparando duas amostras de velocidade adjacentes durante um período configurável (AccelCalTime, 10-100 ms).
4. Função de disparo de entrada de contato discreto
O IS220PPRAH1A suporta quatro entradas de disparo de contato discretas isoladas, que podem operar em dois modos:
Desarme direto: O sinal de entrada aciona diretamente um desarme de hardware, ignorando a lógica do firmware para velocidade máxima.
Disparo Condicional: A ação de desarme depende da integridade da comunicação (indicada por um sinal de manutenção de atividade da rede). Se a comunicação do controlador for perdida, os desarmes condicionais serão automaticamente permitidos.
Todas as entradas de contato incluem um filtro anti-ressalto de 8 ms para evitar falsos disparos devido à vibração do contato.
5. Função Watchdog de Controle Principal
O módulo monitora continuamente um sinal de pulsação (Device Heartbeat) fornecido pelo controlador principal.
Se nenhuma alteração no valor da pulsação for detectada durante cinco quadros de dados consecutivos, um disparo de watchdog de controle será travado.
Se o controlador principal se recuperar e se comunicar corretamente por 60 segundos, a condição de desarme será redefinida automaticamente.
6. Diferença de velocidade e detecção de velocidade obsoleta
Proteção de diferença de velocidade: Compara a velocidade calculada pelo PPRA (PulseRate1) com o valor de velocidade (Speed1) fornecido pelo controlador principal. Se a diferença exceder uma porcentagem configurável (com base em RatedRPM_TA) por três amostras consecutivas, um desarme será iniciado.
Proteção de velocidade obsoleta: Se o valor da velocidade do controlador principal (Speed1) permanecer inalterado por 100 quadros de dados consecutivos (indicando uma perda de integridade do sinal), um desarme será travado. Esta proteção é baseada no princípio de que um sinal de velocidade ao vivo sempre exibe pequenas variações (“dithering”).
7. Sincronização de tempo e monitoramento de sincronização de quadros
O módulo depende da sincronização de horário na IONet. Ele monitora o número do quadro de sincronização.
Se forem detectados erros grosseiros ou perda de sincronização (por exemplo, quadros fora de sequência), um disparo de sincronização de quadros será ativado.
Isto garante que o PPRA permaneça sincronizado com o controlador principal, evitando mau funcionamento da proteção devido a atrasos na comunicação.
8. Saídas de relé e feedback
O IS220PPRAH1A fornece os sinais de acionamento para três relés de disparo de emergência (ETR1–ETR3) e monitora seus sinais de status de feedback.
O estado comandado de cada driver de relé é comparado ao seu estado real de feedback. Uma incompatibilidade gera um alarme de diagnóstico.
Uma função de teste permite desenergizar cada relé individualmente para fins de teste sem causar um desarme do sistema.
Princípios Operacionais e Fluxo de Sinal
Convenções de tipo de sinal
Termina com (SS): O sinal é gerado dentro do PPRA e enviado para o Espaço de Sinais do controlador.
Termina com SS: O sinal é gerado no controlador e recebido pelo PPRA via Signal Space.
Termina com (IO): O sinal é gerado dentro do PPRA e enviado para o hardware.
Termina com IO: O sinal é uma entrada de hardware no PPRA.
Termina com CFG: Indica um parâmetro de configuração.
Combinação de sinal de disparo
Todos os sinais de disparo individuais (por exemplo, sobrevelocidade, aceleração, entrada de contato, watchdog) são combinados em um único sinal de disparo composto (ComposTrip1), que é usado na lógica de saída do relé. Crucialmente, os disparos por excesso de velocidade de hardware e os disparos por contato direto têm caminhos que são implementados inteiramente em hardware ou lógica programável, não em firmware. Isso garante que um mau funcionamento do firmware do processador não possa impedir que esses sinais críticos iniciem um desarme.
Design à prova de falhas
O padrão do módulo é um estado de 'desarme' quando a energia está desligada, durante a inicialização, durante uma redefinição de hardware ou quando não está on-line.
Um circuito watchdog de hardware monitora a operação do firmware. Se um mau funcionamento do firmware for detectado, ele acionará uma reinicialização do hardware, o que forçará um desarme.
Todos os sinais críticos (velocidade, pulsação, sincronização de quadros) incorporam mecanismos de detecção de timeout ou discrepância, garantindo que o sistema falhe com segurança para uma condição de desarme em circunstâncias anormais.
Configuração e diagnóstico
Ferramenta de configuração
O módulo é configurado usando o software ToolboxST da GE. Os principais parâmetros de configuração incluem:
Tipo de turbina (por exemplo, turbina a gás, turbina a vapor)
Agrupamento de entrada rápida (três grupos ou dois grupos)
Setpoints de sobrevelocidade, setpoint de aceleração, limites de diferença
Habilite/desabilite configurações para funções como Watchdog, Speed Difference e detecção de velocidade obsoleta.
Autodiagnóstico
Autoteste de inicialização: verifica RAM, memória flash, portas Ethernet e hardware do processador.
Monitoramento Contínuo: Monitora fontes de alimentação internas, correntes de feedback analógico e estados de comando/feedback do relé.
Verificação de ID Eletrônica: Verifica se o módulo, a placa terminal e o hardware da placa opcional são compatíveis e correspondem ao código da aplicação carregada.
LEDs indicadores de status
O painel frontal do módulo possui seis LEDs de status:
RUN: Verde quando os relés estão energizados (Run), Vermelho quando os relés estão desenergizados (Trip).
ESTP: Verde quando a entrada de parada de emergência (se suportada) está no estado de operação, vermelho quando a parada de emergência está ativa.
OSPD: Vermelho quando uma condição de excesso de velocidade é detectada e travada.
WDOG: Vermelho quando um trip baseado em funções de watchdog (Control Watchdog, Speed Difference, etc.) está ativo.
SIL: O PPRAH1A não suporta funcionalidade SIL; este LED não é aplicável.
KREA: Verde indica que a energia foi detectada no submódulo KREA.
