Bảng đầu vào/đầu ra tương tự GE IS200VAICH1C

IS200VAICH1C là Bảng mạch đầu vào/đầu ra tương tự được thiết kế bởi General Electric (GE) cho Hệ thống điều khiển Mark VI™. Bo mạch này là phiên bản đầu tiên trong dòng VAIC (bao gồm tất cả các phiên bản lên đến VAICH1C), chủ yếu được sử dụng để xử lý việc thu và xuất tín hiệu analog. Nó là mô-đun I/O không thể thiếu trong hệ thống điều khiển tua bin khí và tua bin hơi.

Bảng IS200VAICH1C chấp nhận 20 đầu vào analog và điều khiển 4 đầu ra analog. Nó hoạt động cùng với hai bảng đầu cuối TBAI, mỗi bảng cung cấp 10 đầu vào và 2 đầu ra. Được kết nối qua cáp với bo mạch xử lý VAIC đặt trong giá đỡ VME, tín hiệu đầu vào được điều hòa, ghép kênh và chuyển đổi A/D. Sau đó, chúng được chuyển qua bảng nối đa năng VME tới bo mạch VCMI và cuối cùng đến bộ điều khiển. Đối với đầu ra, VAIC chuyển đổi các giá trị kỹ thuật số thành dòng điện tương tự, điều khiển các tải bên ngoài thông qua bảng đầu cuối.

IS200VAICH1C hỗ trợ cả ứng dụng dự phòng mô-đun đơn giản và dự phòng ba mô-đun (TMR). Trong cấu hình TMR, tín hiệu đầu vào trên bảng đầu cuối được truyền ra ba giá VME (R, S, T), mỗi giá chứa VAIC. Đầu ra được điều khiển bằng mạch độc quyền trong đó cả ba VAIC đều góp phần tạo ra dòng điện mong muốn. Nếu một bo mạch bị lỗi, hai bo mạch còn lại tiếp tục tạo ra dòng điện đầu ra chính xác.

Là phiên bản cuối cùng của VAIC thế hệ ban đầu, IS200VAICH1C khác với các phiên bản tiếp theo (chẳng hạn như VAICH1D) chủ yếu ở khả năng điều khiển đầu ra: khi điều khiển đầu ra 20 mA, nó hỗ trợ khả năng chịu tải tối đa 500 Ω (sử dụng dây #18 dài 1000 ft). Nó yêu cầu hoạt động với TBAIH1B hoặc các phiên bản bo mạch đầu cuối cũ hơn và cũng tương thích với tất cả các phiên bản của bo mạch đầu cuối DTAI.

Bảng mạch kết hợp các chức năng chẩn đoán toàn diện, bao gồm kiểm tra giới hạn đầu vào, giám sát đầu ra và kiểm tra trạng thái rơle, với chỉ báo trạng thái thông qua đèn LED ở mặt trước. Ngoài ra, phần sụn VAIC tích hợp các thuật toán phát hiện tình trạng ngừng hoạt động của máy nén tuabin khí, giám sát các dấu hiệu báo trước của tình trạng ngừng hoạt động trong thời gian thực ở tốc độ quét 200 Hz và kích hoạt bảo vệ tắt máy trong vòng 30 mili giây.

---

II. Chức năng chính

Các chức năng chính của IS200VAICH1C bao gồm nhưng không giới hạn ở những chức năng sau:

1. Thu nhận đầu vào tương tự

Bảng mạch chấp nhận 20 đầu vào tương tự thông qua hai bảng đầu cuối TBAI. Các loại đầu vào có thể được lựa chọn thông qua các nút nhảy trên bảng thiết bị đầu cuối, hỗ trợ:

• Đầu vào hiện tại 4-20 mA

• Đầu vào dòng điện ±1 mA

• Đầu vào điện áp một chiều ±5 V

• Đầu vào điện áp một chiều ±10 V

Các mạch đầu vào có tính năng khử nhiễu, bao gồm bộ lọc phần cứng và bộ lọc thông thấp bằng phần mềm có thể định cấu hình để bảo vệ chống lại xung đột biến và nhiễu tần số cao. 10 đầu vào đầu tiên (thông qua đầu nối J3) có bộ lọc phần cứng một cực với tần số ngắt là 500 rad/s. 10 đầu vào thứ hai (thông qua đầu nối J4) có bộ lọc phần cứng hai cực với tần số ngắt là 72 rad/s và 500 rad/s.

2. Điều khiển đầu ra analog

Bảng mạch cung cấp 4 đầu ra analog. Hai cái được cố định ở 4-20 mA và hai cái còn lại có thể được cấu hình ở 4-20 mA hoặc 0-200 mA. Các mạch đầu ra cũng có tính năng khử nhiễu và sử dụng kỹ thuật truyền động dự phòng đã được cấp bằng sáng chế: trong hệ thống TMR, mỗi đầu ra được điều khiển bởi ba VAIC cùng nhau. Dòng điện đầu ra thực tế được đo bằng một điện trở nối tiếp, điện áp này cung cấp điện áp ngược cho từng VAIC. Kết quả đầu ra là giá trị trung bình của ba dòng điện. Nếu một bo mạch bị lỗi, đầu ra của nó sẽ bị ngắt kết nối và hai bo mạch còn lại tiếp tục tạo ra đầu ra chính xác.

3. Phát hiện tình trạng ngừng hoạt động của máy nén

Phần sụn VAIC bao gồm chức năng phát hiện tình trạng ngừng hoạt động của máy nén tuabin khí, quét bốn đầu vào tương tự đầu tiên ở tần số 200 Hz. Hai thuật toán có thể lựa chọn có sẵn:

• Thuật toán tuabin khí LM nhỏ: Sử dụng hai bộ chuyển đổi áp suất.

• Thuật toán tuabin khí hạng nặng: Sử dụng ba bộ chuyển đổi áp suất.

Thuật toán giám sát áp suất xả của máy nén (PS3) và tốc độ thay đổi của nó (dPS3dt), so sánh chúng với các tham số dừng có thể định cấu hình (hằng số KPS3) để xác định xem sắp xảy ra dừng hoạt động. Sau khi được kích hoạt, VAIC sẽ phát tín hiệu ngắt trong vòng 30 ms, khiến bộ điều khiển tắt tất cả các van ngắt nhiên liệu (FSOV).

4. Điều hòa tín hiệu đầu vào/đầu ra

Tất cả các kênh đầu vào và đầu ra đều được trang bị các mạch điều hòa tín hiệu, bao gồm lọc, khuếch đại và cách ly. Đầu vào sử dụng bộ chuyển đổi A/D 16 bit với độ phân giải 14 bit, đạt độ chính xác đo tốt hơn 0,1% của toàn thang đo. Đầu ra sử dụng bộ chuyển đổi D/A 12 bit với độ chính xác 0,5%.

5. Chẩn đoán lỗi và tự kiểm tra

Bảng mạch có các chức năng chẩn đoán toàn diện:

• Mỗi đầu vào analog đều có chức năng kiểm tra giới hạn phần cứng (mức cao/thấp không thể định cấu hình đặt trước ở gần cuối phạm vi hoạt động). Vượt quá các giới hạn này sẽ ngừng quét kênh đó và tạo cảnh báo chẩn đoán tổng hợp, L3DIAG_VAIC.

• Mỗi đầu vào đều có các kiểm tra giới hạn hệ thống phần mềm có thể định cấu hình, có thể được sử dụng để tạo cảnh báo và được định cấu hình là chốt hoặc không chốt.

• Trong các hệ thống TMR, mỗi tín hiệu đầu vào được theo dõi độ lệch so với giá trị trung bình. Vượt quá giới hạn đặt trước sẽ tạo ra lỗi, đưa ra cảnh báo sớm về các sự cố kênh tiềm ẩn.

• Đầu ra D/A, dòng điện đầu ra, dòng điện tổng, rơle tự sát và rơle chia tỷ lệ 20/200 mA được theo dõi để đảm bảo tính hợp lý.

• Thiết bị ID trên bảng đầu cuối được VAIC thẩm vấn. Sự không khớp sẽ tạo ra lỗi không tương thích phần cứng.

6. Chỉ báo trạng thái

Mặt trước có ba đèn LED:

• RUN (Xanh): Nhấp nháy trong quá trình hoạt động bình thường.

• THẤT ​​BẠI (Đỏ): Bật ổn định cho biết bo mạch bị lỗi.

• TRẠNG THÁI (Cam): Chiếu sáng ổn định khi tồn tại tình trạng cảnh báo chẩn đoán (thường tắt).

  
  

---

III. Ứng dụng hệ thống

1. Ứng dụng trong Hệ thống điều khiển Mark VI

IS200VAICH1C là bo mạch xử lý I/O analog cốt lõi trong hệ thống điều khiển Mark VI, được sử dụng rộng rãi trong điều khiển, bảo vệ và giám sát quá trình tuabin khí và tuabin hơi. Vai trò của nó trong hệ thống bao gồm:

• Thu thập thông số quy trình: Thu thập tín hiệu tương tự từ các cảm biến đo nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, tốc độ, v.v., chuyển đổi chúng thành giá trị kỹ thuật số để bộ điều khiển sử dụng.

• Điều khiển bộ truyền động: Xuất tín hiệu 4-20 mA hoặc 0-200 mA để điều khiển bộ định vị van, van servo, bộ điều khiển tần số thay đổi và các bộ truyền động khác.

• Bảo vệ ngừng hoạt động: Theo dõi áp suất xả của máy nén trong thời gian thực, nhanh chóng phát hiện các dấu hiệu báo hiệu ngừng hoạt động và kích hoạt tắt máy khẩn cấp để bảo vệ máy tuabin.

• I/O dự phòng: Trong hệ thống TMR, cung cấp ba đầu vào và đầu ra tương tự dự phòng, đảm bảo hoạt động của hệ thống không bị ảnh hưởng bởi lỗi một điểm.

2. Cấu hình hệ thống Simplex và TMR

Hệ thống Simplex: Sử dụng một bo mạch IS200VAICH1C và hai bo mạch đầu cuối TBAI. Tín hiệu đầu vào được kết nối trực tiếp và đầu ra được điều khiển bởi VAIC đơn.

Hệ thống TMR: Sử dụng 3 bo mạch IS200VAICH1C (nằm lần lượt ở các rack R, S, T) và 2 bo mạch đầu cuối TBAI. Tín hiệu đầu vào được phát song song trên bảng đầu cuối tới ba giá đỡ. Các đầu ra sử dụng dự phòng chọn lọc trung bình, trong đó mỗi VAIC đóng góp một phần dòng điện. Tổng sản lượng là trung bình của ba. Nếu một bảng bị lỗi, hai bảng còn lại sẽ tự động tiếp quản.

3. Các kịch bản ứng dụng điển hình

• Điều khiển tuabin khí: Điều khiển cánh dẫn hướng đầu vào máy nén, kiểm soát nhiên liệu, giám sát nhiệt độ khí thải, bảo vệ chết máy.

• Điều khiển tuabin hơi: Điều khiển van điều tốc, giám sát áp suất/nhiệt độ hơi.

• Kích thích máy phát điện: Giám sát điện áp/dòng điện kích thích.

• Kiểm soát quy trình công nghiệp: Thu thập và kiểm soát áp suất, lưu lượng, mức độ, v.v.

  
  

---

IV. Mô tả giao diện chi tiết

1. Giao diện bảng đầu cuối

IS200VAICH1C kết nối với hai bo mạch đầu cuối TBAI thông qua hai đầu nối cáp 50 chân (J3 và J4). Mỗi bảng đầu cuối cung cấp 10 đầu vào và 2 đầu ra. Jumpers trên bảng đầu cuối chọn loại đầu vào (dòng điện/điện áp) và phạm vi đầu ra (20/200 mA).

2. Giao diện bảng nối đa năng

Bo mạch giao tiếp với bo mạch VCMI và các thẻ khác thông qua đầu nối bảng nối đa năng VME, truyền dữ liệu đầu vào được số hóa và nhận lệnh đầu ra. Bảng nối đa năng cũng cung cấp nguồn điện 24 V dc để cấp nguồn cho các máy phát bên ngoài (thông qua bảng đầu cuối).

3. Các chỉ báo ở mặt trước

4. Giao diện chức năng chẩn đoán

Thông tin chẩn đoán chi tiết, bao gồm trạng thái giới hạn của từng kênh đầu vào, giá trị dòng điện đầu ra, trạng thái rơle và độ lệch TMR, có thể được đọc qua phần mềm Hộp công cụ.

---

V. Chẩn đoán và bảo trì

1. Danh sách chức năng chẩn đoán

2. Khuyến nghị bảo trì

• Thường xuyên kiểm tra các cảnh báo chẩn đoán thông qua Hộp công cụ và giải quyết kịp thời các điểm bất thường.

• Đảm bảo các chân cắm của bảng đầu cuối phù hợp với các loại cảm biến thực tế.

• Trong hệ thống TMR, hãy theo dõi các đèn LED trạng thái trên mỗi bo mạch và thay thế kịp thời các bo mạch bị lỗi.

• Chú ý đến khả năng tương thích khi thay thế bo mạch: VAICH1C phải sử dụng TBAIH1B hoặc các bo mạch đầu cuối cũ hơn.

  
  

---

VI. Phát hiện gian hàng máy nén

1. Tổng quan về thuật toán

Phần sụn VAIC bao gồm hai thuật toán phát hiện tình trạng ngừng hoạt động, quét bốn đầu vào đầu tiên ở tần số 200 Hz:

• Thuật toán tuabin khí LM nhỏ: Sử dụng hai bộ chuyển đổi áp suất (ví dụ: PS3A, PS3B).

• Thuật toán tuabin khí hạng nặng: Sử dụng ba bộ chuyển đổi áp suất (ví dụ: PS3A, PS3B, PS3C).

Thuật toán giám sát áp suất xả của máy nén (PS3) và tốc độ thay đổi của nó (dPS3dt), so sánh chúng với các thông số ngừng hoạt động có thể định cấu hình. Các thông số bao gồm:

2. Kích hoạt và bảo vệ

Khi thuật toán phát hiện tiền thân ngừng hoạt động, VAIC sẽ phát tín hiệu dừng máy nén (CompStall) trong vòng 30 mili giây. Tín hiệu này được gửi đến bộ điều khiển để tắt tất cả các van ngắt nhiên liệu (FSOV), thực hiện tắt khẩn cấp. Độ nhạy của việc phát hiện tình trạng ngừng hoạt động có thể được điều chỉnh thông qua các thông số cấu hình.

---

VII. Khả năng tương thích và cấu hình

1. Khả năng tương thích của bảng đầu cuối

IS200VAICH1C thuộc VAIC thế hệ đầu tiên và phải được sử dụng với các bo mạch đầu cuối sau:

• TBAIH1B hoặc cũ hơn (ví dụ: TBAIH1A)

• DTAI bất kỳ sửa đổi nào

Các bo mạch đầu cuối không tương thích: TBAIH1C trở lên (chúng được thiết kế cho VAICH1D, hỗ trợ tải cao hơn).

2. Phương pháp cấu hình

• Loại đầu vào được chọn thông qua các nút nhảy trên bảng đầu cuối.

• Phạm vi đầu ra (20/200 mA) được chọn thông qua các nút nhảy trên bảng đầu cuối.

• Các thông số phát hiện chết máy, giới hạn hệ thống, giới hạn độ lệch TMR, v.v. được cấu hình thông qua phần mềm Toolbox.

• Các thông số lọc, kích hoạt cảnh báo, v.v. cũng được cấu hình qua phần mềm.

3. Kết hợp phần cứng và phần cứng

Chip ID trên bo mạch lưu trữ thông tin về loại bo mạch và bản sửa đổi, được hệ thống đọc để đảm bảo khả năng tương thích phần cứng. Khi thay thế bo mạch, hãy xác minh số model phù hợp và cập nhật tệp cấu hình (tệp tre) để khớp với phiên bản chương trình cơ sở.

---