Módulo de E/S de proteção de backup GE IS220PPROS1B TMR

O IS220PPROS1B é um módulo de E/S de proteção de backup redundante modular triplo (TMR) dentro do sistema de controle Mark VIe da GE, projetado para turbinas a gás, turbinas a vapor e outras máquinas rotativas. Ele serve como uma camada de proteção de backup independente, separada do sistema de controle primário, fornecendo funções como proteção contra excesso de velocidade, verificação de sincronização, monitoramento do controle principal e disparo de emergência. Isto garante um desligamento seguro no caso de falha do sistema de controle primário, evitando danos ao equipamento e incidentes catastróficos.

O IS220PPROS1B é uma versão com certificação de segurança em conformidade com a norma IEC 61508, adequada para aplicações industriais que exigem certificação sob IEC 61511 para circuitos instrumentados de segurança. Seu design enfatiza a independência de hardware e software, garantindo que as funções de proteção permaneçam operacionais independentemente do status do sistema de controle primário.

Arquitetura do sistema e composição de hardware

1 Estrutura de Hardware

• Placa Processadora: Utiliza uma placa processadora BPPC, suportada pelo software ControlST V04.07 e posterior.

• Placa de aplicação (BPRO): Contém circuitos de hardware específicos da aplicação para funções como detecção de excesso de velocidade, acionamento de relé e processamento de sinal de pulso.

• Placas terminais: Podem ser montadas diretamente nas placas terminais SPRO, TPROS#C, TPROH#C ou TREA.

• Interface de comunicação: Conecta-se ao IONet via portas Ethernet para troca de dados com o controlador principal.

2 opções de configuração do sistema

• Configuração TMR: Três módulos PPRO são conectados às redes dos controladores R, S e T respectivamente, implementando uma lógica de votação 2 em 3.

• Configuração Simplex: Adequado para uso com a placa terminal TRES, onde um módulo PPRO monitora dois controladores (R e S).

• Configuração autônoma: A placa terminal TREA permite a montagem direta de três módulos PPRO, eliminando a necessidade de cabeamento externo entre as placas.

Funções essenciais e princípios operacionais

1 Proteção contra sobrevelocidade
O IS220PPROS1B fornece três níveis de proteção contra sobrevelocidade: controle, primário e emergência. O nível de emergência é executado de forma independente pelo PPRO e inclui:

• Proteção contra excesso de velocidade de hardware:

• Usa lógica de hardware independente de software para detecção de excesso de velocidade.

• O ponto de ajuste de desarme ( OSHW_Setpoint ) é carregado somente durante a inicialização do módulo, garantindo que não seja afetado por erros de software em tempo de execução.

• Requer duas rotações consecutivas do eixo para exceder o ponto de ajuste para acionar um desarme. O tempo de resposta é normalmente inferior a 60 ms em velocidades operacionais normais.

• Proteção contra excesso de velocidade de firmware:

• Executa cálculos em tempo real com base em três sinais de velocidade (HP, IP, LP).

• Suporta proteção contra sobrevelocidade baseada em taxa (RBOS), que ajusta dinamicamente o ponto de ajuste de disparo por sobrevelocidade com base na aceleração atual do eixo.

• Função RBOS (somente PPROS1B):

• Permite que os usuários definam uma curva de resposta usando cinco pontos de interrupção de ponto de ajuste de aceleração/RPM.

• À medida que a aceleração do eixo aumenta, o ponto de ajuste de sobrevelocidade acionado pelo RBOS diminui, permitindo o início mais precoce do desarme sob condições de alta aceleração.

2 Função de verificação de sincronização

• Monitora a tensão, a frequência e o ângulo de fase do gerador e do barramento por meio de duas entradas de transformador de potencial (TP).

• Energiza o relé K25A para permitir o fechamento do disjuntor quando as condições estão dentro dos limites configuráveis ​​para diferença de tensão, diferença de frequência (escorregamento) e diferença de ângulo de fase.

• Inclui uma função de bypass para fechamento de barramento morto.

3 Watchdog de Controle Principal

• Monitora a integridade do controlador primário por meio de um sinal de pulsação ( DEVICE_HB ) recebido pela IONet.

• Aciona um desarme se a pulsação estiver ausente por cinco quadros de dados consecutivos.

• Suporta monitoramento de dois controladores principais; um controlador em boas condições é suficiente para evitar um desarme.

4 Outras funções de proteção

• Detecção de diferença de velocidade: Dispara se a diferença entre o sinal de velocidade do controle primário e a velocidade calculada do PPRO exceder um limite configurado para três amostras consecutivas.

• Detecção de velocidade obsoleta: Dispara se o sinal de velocidade do controlador principal parar de mudar (pontilhamento) por um período prolongado (100 quadros), indicando potencial perda de integridade do sinal.

• Detecção de eixo LP bloqueado: Aciona se o eixo HP tiver velocidade enquanto o eixo LP permanecer em velocidade zero.

• Disparos de entrada de contato discreto: Sete entradas de contato isoladas suportam início de disparo direto (baseado em hardware) ou condicional (baseado em lógica de firmware).

• Parada de emergência (Parada de emergência): Monitora sinais externos de parada de emergência e inicia um disparo cruzado para o controle primário.

5 saídas de relé e feedback

• Relés de disparo de emergência (ETR1–ETR3): Controlam os solenóides de disparo.

• Relés de economia (KE1–KE3): Insira uma resistência em série no circuito solenóide após a partida para reduzir a corrente de retenção.

• Relé Servo Suicídio (K4CL): Força o fechamento das válvulas de combustível ou vapor (comum em sistemas simplex).

• Relé de Verificação de Sincronização (K25A): Controla o comando de fechamento do disjuntor do gerador.

Principais diferenças: IS220PPROH1B vs. IS220PPROH1A

Aplicações Típicas

• Turbinas a gás (eixo único/eixo duplo)

• Turbinas a Vapor (Grandes, Médias, Pequenas)

• Centrais de Ciclo Combinado (configuração STAG)

• Aplicações industriais que exigem conformidade com os níveis de integridade de segurança SIL 2/SIL 3.