O IS220YTURS1A é um pacote de E/S crítico dentro do Sistema de Controle de Segurança Mark VleS, projetado especificamente para proteção primária de turbina. É um módulo de E/S específico para aplicação que funciona em conjunto com placas terminais compatíveis (como TTUR, TRPA, TRPG) para monitorar e proteger turbinas (a gás ou vapor) contra riscos críticos, como excesso de velocidade e falha de chama. Sua principal função é garantir um desligamento seguro do equipamento ao detectar condições perigosas.
O módulo foi projetado e certificado de acordo com a norma de segurança funcional IEC 61508. É capaz de alcançar:
SIL 2 em arquiteturas de tolerância a falhas de hardware (HFT) = 0 (por exemplo, 1oo1, 2oo2).
SIL 3 em arquiteturas HFT = 1 (por exemplo, 1oo2, 2oo3).
É adequado para uso em modos de operação contínua/de baixa demanda e de alta demanda.
Funções principais
1. Monitoramento de velocidade e proteção contra excesso de velocidade
O IS220YTURS1A suporta até quatro entradas passivas de sensores magnéticos de velocidade, com uma faixa de frequência de 2 Hz a 20.000 Hz.
Cada canal de entrada pode ser configurado independentemente para diferentes aplicações (por exemplo, Fluxo, Velocidade, Velocidade_Alta, Velocidade_Baixa).
Incorpora um algoritmo de detecção rápida de sobrevelocidade com lógica de disparo configurável, como disparo em um único canal ( PR_Single ) ou no valor máximo de múltiplos canais ( PR_Max ).
Funções configuráveis de desarme de aceleração e desaceleração estão disponíveis para proteção contra mudanças repentinas e perigosas na velocidade do eixo.
2. Detecção de chama
Aceita entradas de até oito detectores de chama (por exemplo, tipo Geiger-Muller).
O circuito de detecção de chama interpreta pulsos de tensão acima de 2,5 V como um nível lógico alto, indicando a presença de chama. A taxa de pulso é medida por um contador durante um intervalo de tempo configurável pelo usuário (múltiplos de 40 ms).
O estado seguro para o circuito de detecção de chama YTUR é definido como “Flame Present”. A perda do sinal de chama constitui a condição insegura que desencadeará uma ação protetora. Não se destina a aplicações onde a chama detectada é um estado inseguro.
3. Controle do dispositivo de disparo elétrico (ETD)
O IS220YTURS1A aciona saídas de relé de desarme monitoradas para fazer interface com dispositivos de desarme elétrico (ETDs), que normalmente cortam a energia para desarmar solenóides, iniciando um desligamento mecânico.
Em uma configuração Redundante Modular Tripla (TMR), as saídas de três pacotes YTUR são conectadas a uma placa terminal (como TRPG ou TRPA) que implementa um circuito de votação de hardware (por exemplo, votação 2 em 3) para garantir que uma única falha não impeça um desarme.
4. Entrada de parada de emergência (parada de emergência)
Uma entrada E-Stop dedicada fornece um caminho de desligamento de emergência baseado em hardware. Quando ativado, pode desenergizar diretamente os relés de disparo.
Este sinal de parada de emergência também pode ser configurado para desarme cruzado de outros sistemas de proteção, como a proteção de sobrevelocidade de backup YPRO, garantindo proteção em todo o sistema.
5. Funções não certificadas de segurança (não interferentes)
Sincronização do gerador e controle do disjuntor: Fornece funcionalidade sem classificação de segurança para sincronizar um gerador com a rede elétrica e controlar o disjuntor principal.
Monitoramento de tensão e corrente do eixo: Monitora a tensão e a corrente induzidas no eixo para ajudar a evitar danos causados pelas correntes do eixo, mas isso não faz parte da função de segurança.
Monitoramento de Transformador de Potencial (TP): Monitora os sinais de tensão do gerador e do barramento dos Transformadores de Potencial para fins de controle e monitoramento não seguros.
Arquitetura do sistema e princípio operacional
1. Arquitetura de Hardware
O IS220YTURS1A opera como um componente chave dentro da arquitetura Mark VleS maior. Seu caminho de sinal consiste em três partes principais:
Placa Terminal (TTUR/TRPA/TRPG): Fornece a interface física para fiação de campo, oferecendo recursos como proteção contra transientes, ventilação de sinal (para entradas TMR) e votação de saída (para saídas TMR).
Pacote I/O (YTURS1A): O próprio módulo, que contém uma placa processadora comum e uma placa única de aquisição de dados. Ele digitaliza sinais, executa algoritmos de proteção e gerencia a comunicação.
IONet: Uma rede Ethernet proprietária e fechada usada para comunicação entre os pacotes de E/S e os controladores Mark VleS Safety. A E/S empacota dados de entrada multicast para os controladores em cada quadro, e os controladores transmitem os dados de saída de volta para os pacotes de E/S.
Num sistema TMR, são utilizados três módulos IS220YTURS1A (R, S, T). Cada módulo processa as entradas distribuídas de forma independente. Os controladores então realizam uma seleção mediana nos sinais de velocidade e uma votação majoritária (2 em 3) nas decisões de integridade e desarme, garantindo a operação contínua mesmo se um canal inteiro falhar.
2. Fluxo de trabalho de processamento e controle de sinais
Aquisição de entrada: Os sinais de campo (velocidade, chama, parada de emergência, etc.) são conectados à placa terminal, que os condiciona e ventila para o(s) módulo(s) YTURS1A.
Processamento de sinal: O YTURS1A digitaliza os sinais analógicos e executa seus algoritmos de firmware incorporados. Para entradas de velocidade, calcula RPM. Para entradas de chama, ele determina o status de chama ligada/desligada com base na contagem de pulsos.
Lógica de Proteção: O módulo compara continuamente os valores processados (por exemplo, velocidade, aceleração) com os pontos de ajuste de disparo configurados. Ele também monitora a integridade de seu próprio hardware e dos sinais de entrada.
Ação de saída: Se uma condição de desarme for atendida (por exemplo, sobrevelocidade) ou uma falha crítica for detectada, o YTURS1A desenergiza imediatamente suas saídas de relé de desarme com certificação de segurança. Esta ação é realizada localmente no pacote de E/S, sem a necessidade de comando do controlador principal, garantindo um tempo de resposta muito rápido.
Comunicação do sistema: Simultaneamente, o YTURS1A comunica o status de todas as entradas, saídas e seus diagnósticos internos aos controladores Mark VleS por meio do IONet para monitoramento em nível de sistema, alarmes e exibição de IHM.
3. Monitoramento de Saúde e Cobertura de Diagnóstico
O IS220YTURS1A apresenta amplos diagnósticos integrados para detectar falhas de hardware, perda de comunicação e problemas de fonte de alimentação.
No sistema Mark VleS, cada variável derivada de E/S possui um status de integridade associado. Essa integridade é uma combinação da integridade do ponto (do autodiagnóstico do pacote de E/S) e da integridade do link (da validação da integridade da comunicação IONet pelo controlador).
O código da aplicação pode monitorar a integridade de variáveis críticas usando o bloco de funções VAR_HEALTH, permitindo que a lógica de segurança tome as medidas apropriadas se uma entrada for considerada não íntegra (por exemplo, selecionando um sensor redundante, iniciando um alarme).
O recurso de marca do sistema garante a integridade da configuração. Depois que o aplicativo é testado e marcado, qualquer alteração não autorizada no código, nas constantes ou no hardware gera um alarme de diagnóstico.
4. Integração com YPRO e YSIL para proteção em camadas
O IS220YTURS1A costuma fazer parte de uma estratégia de proteção multicamadas:
IS220YTURS1A (Proteção Primária): Serve como sistema principal para proteção contra sobrevelocidade e chamas.
YPRO (Proteção de Backup): Fornece uma camada de proteção contra sobrevelocidade completamente independente e redundante, geralmente com mecanismos de desarme baseados em firmware e hardware.
YSIL (Core Safety Protection): Oferece o mais alto nível de integridade de segurança (SIL 3) para as funções mais críticas, como proteção de compressores de gás.
Configuração e Comissionamento
A configuração do IS220YTURS1A é realizada usando o aplicativo ToolboxST.
1. Configuração Básica
Redundância de pacote de E/S (Simplex ou TMR)
Tipo de placa terminal, formato de hardware e identificação de código de barras
Atribuições de porta IONet
2. Configurações dos parâmetros de proteção
Pontos de ajuste de disparo por excesso de velocidade (por exemplo, PR1Setpoint a PR4Setpoint )
Habilitação e Setpoints de Desarme de Aceleração/Desaceleração
Intervalo de tempo de detecção de chama e limites ( FlameLimitHigh , FlameLimitLow )
Verificações de limite do sistema e limites de diferença de diagnóstico ( TMR_DiffLimit )
3. Configuração do Jumper (na placa TRPA)
Certificação de Segurança e Aplicações
