IS220PPRAH1A là mô-đun I/O quan trọng trong hệ thống điều khiển GE Mark VIe, được thiết kế để bảo vệ tuabin khẩn cấp. Nó là một phần của dòng PPRA và khi kết hợp với bảng đầu cuối TREA và bảng tùy chọn WREA sẽ tạo thành một hệ thống bảo vệ quá tốc độ dự phòng hoàn toàn độc lập. Hệ thống này có kiến trúc Dự phòng mô-đun ba (TMR) để đảm bảo bảo vệ chuyến đi tuabin đáng tin cậy ngay cả trong trường hợp hệ thống điều khiển chính bị lỗi.
IS220PPRAH1A kết hợp bo mạch xử lý BPPB và hỗ trợ sáu tín hiệu đầu vào tốc độ. Các đầu vào này có thể được cấu hình theo các nhóm khác nhau để phù hợp với các cấu hình tuabin khác nhau (ví dụ: các đơn vị một trục, hai trục, ba trục). Mô-đun này cung cấp các chức năng bảo vệ được triển khai trong cả phần cứng và phần sụn, bao gồm phát hiện quá tốc độ, phát hiện tăng tốc/giảm tốc, giám sát hệ thống điều khiển chính và xử lý đầu vào ngắt tiếp điểm. Nó là thành phần cốt lõi để bảo vệ các máy móc quay như tua bin khí và tua bin hơi nước.
Kiến trúc hệ thống và khả năng tương thích
1.Thành phần hệ thống
Mô-đun I/O IS220PPRAH1A: Chịu trách nhiệm thu thập tín hiệu, xử lý logic và đưa ra các quyết định bảo vệ.
Bảng đầu cuối TREA: Cung cấp đầu ra rơle, giao diện đầu vào ngắt và hỗ trợ chức năng Dừng khẩn cấp (E-Stop) và bảo vệ quá tốc độ.
Bảng tùy chọn WREA: Mở rộng khả năng của hệ thống với đầu ra bộ lặp tín hiệu tốc độ, nâng cao độ tin cậy.
2. Ghi chú tương thích
IS220PPRAH1A là một phần của dòng PPRA cùng với các biến thể PPRAS1A và PPRAS1B. Tuy nhiên, nó không được chứng nhận theo tiêu chuẩn IEC 61508 và do đó không được sử dụng trong các vòng an toàn yêu cầu chứng nhận Mức độ toàn vẹn an toàn (SIL). Đối với các ứng dụng được SIL chứng nhận, phải sử dụng phiên bản PPRAS1A hoặc S1B. PPRAH1A có dải nhiệt độ hoạt động từ -30°C đến 65°C, phù hợp với môi trường công nghiệp nói chung.
3. Yêu cầu cài đặt
Nó phải được sử dụng với bảng đầu cuối TREA và yêu cầu lắp đặt bảng tùy chọn WREA.
Ba mô-đun PPRA phải được cài đặt đồng thời để tạo thành hệ thống TMR; hoạt động gói đơn hoặc gói kép không được hỗ trợ.
Mô-đun cắm trực tiếp vào bảng TREA thông qua đầu nối chân DC-62 và được cố định bằng các trụ ren.
Chức năng cốt lõi chi tiết
1. Tốc độ đầu vào và xử lý tín hiệu
IS220PPRAH1A chấp nhận sáu đầu vào cảm biến tốc độ, có thể cấu hình dựa trên cách bố trí trục tuabin:
Ba nhóm hai cảm biến (hai cảm biến trên mỗi trục, tối đa ba trục)
Hai nhóm ba cảm biến (ba cảm biến trên mỗi trục, tối đa hai trục)
Mỗi tín hiệu tốc độ được xử lý thông qua thuật toán Chọn Cao hoặc Chọn Trung Bình để xuất ra một giá trị tốc độ xung duy nhất biểu thị tốc độ thực tế cho từng trục. Mô-đun thực hiện phát hiện sự khác biệt giữa các cảm biến trên cùng một trục. Nếu chênh lệch vượt quá ngưỡng có thể định cấu hình (ví dụ: 25 vòng/phút), cảnh báo chẩn đoán 'Cảm biến tốc độ kép không khớp' sẽ được tạo.
2. Chức năng bảo vệ quá tốc độ
2.1. Bảo vệ quá tốc độ phần sụn
Thực hiện trong logic lập trình. Điểm thiết lập hành trình vượt quá tốc độ có thể được lấy từ Không gian Tín hiệu hoặc từ một giá trị cấu hình cục bộ.
Hỗ trợ kiểm tra tốc độ quá mức trực tuyến và ngoại tuyến. Trong quá trình thử nghiệm, điểm đặt chuyến đi có thể tạm thời giảm xuống (xuống tới 94% giá trị đã định cấu hình).
Bao gồm kiểm tra thỏa thuận điểm đặt; nếu giá trị cấu hình không khớp với giá trị nhận được từ Không gian tín hiệu khi tốc độ bằng 0 thì sẽ xảy ra lỗi và hoạt động bị ức chế.
2.2. Bảo vệ quá tốc độ phần cứng
Được triển khai hoàn toàn bằng logic phần cứng, độc lập với phần sụn của bộ xử lý, với thời gian phản hồi dưới 20 ms.
Điểm đặt quá tốc độ chỉ được tải khi mô-đun khởi động hoặc được cấp nguồn và không thể thay đổi trong quá trình vận hành.
Mỗi đầu vào trong số sáu đầu vào tốc độ đều được giám sát riêng về tốc độ vượt mức của phần cứng, đảm bảo bảo vệ ngay cả khi phần sụn bị lỗi.
Yêu cầu hai vòng quay trục liền kề vượt quá điểm đặt để bắt đầu ngắt, ngăn chặn các chuyển động giả.
3. Bảo vệ tăng tốc và giảm tốc
Mô-đun này tính toán tốc độ thay đổi tốc độ (gia tốc) theo thời gian thực và hỗ trợ ngưỡng hành trình tăng tốc có thể định cấu hình.
Bảo vệ giảm tốc sử dụng ngưỡng ngắt cố định 100% mỗi giây và không thể cấu hình được.
Gia tốc được tính bằng cách so sánh hai mẫu tốc độ liền kề trong khoảng thời gian có thể định cấu hình (AccelCalTime, 10-100 ms).
4. Chức năng chuyến đi đầu vào liên hệ rời rạc
IS220PPRAH1A hỗ trợ bốn đầu vào ngắt tiếp điểm riêng biệt, có thể hoạt động ở hai chế độ:
Chuyến đi trực tiếp: Tín hiệu đầu vào trực tiếp kích hoạt chuyến đi phần cứng, bỏ qua logic phần sụn để có tốc độ tối đa.
Chuyến đi có điều kiện: Hành động chuyến đi phụ thuộc vào tình trạng liên lạc (được biểu thị bằng tín hiệu duy trì mạng). Nếu mất liên lạc với bộ điều khiển, các chuyến đi có điều kiện sẽ tự động được cho phép.
Tất cả đầu vào tiếp điểm đều bao gồm bộ lọc chống trả lại 8 ms để ngăn chặn việc ngắt nhầm do tiếp xúc bị nhiễu.
5. Chức năng giám sát điều khiển chính
Mô-đun liên tục theo dõi tín hiệu nhịp tim (Device Heartbeat) do bộ điều khiển chính cung cấp.
Nếu không phát hiện thấy sự thay đổi nào về giá trị nhịp tim trong năm khung dữ liệu liên tiếp, thì chuyến đi của cơ quan giám sát điều khiển sẽ bị khóa.
Nếu bộ điều khiển chính khôi phục và giao tiếp chính xác trong 60 giây, tình trạng chuyến đi sẽ tự động được đặt lại.
6. Phát hiện chênh lệch tốc độ và tốc độ cũ
Bảo vệ chênh lệch tốc độ: So sánh tốc độ được tính toán bởi PPRA (PulseRate1) với giá trị tốc độ (Tốc độ1) do bộ điều khiển chính cung cấp. Nếu chênh lệch vượt quá tỷ lệ phần trăm có thể định cấu hình (dựa trên Xếp hạngRPM_TA) cho ba mẫu liên tiếp thì một chuyến đi sẽ được bắt đầu.
Bảo vệ tốc độ cũ: Nếu giá trị tốc độ từ bộ điều khiển chính (Tốc độ1) không thay đổi trong 100 khung dữ liệu liên tiếp (biểu thị sự mất tính toàn vẹn của tín hiệu), thì chuyến đi sẽ bị khóa. Việc bảo vệ này dựa trên nguyên tắc tín hiệu tốc độ trực tiếp luôn thể hiện các biến thể nhỏ ('phối sắc').
7. Giám sát đồng bộ hóa thời gian và đồng bộ khung
Mô-đun này dựa trên sự đồng bộ hóa thời gian trên INet. Nó giám sát số khung đồng bộ hóa.
Nếu phát hiện thấy lỗi nghiêm trọng hoặc mất đồng bộ hóa (ví dụ: các khung không theo thứ tự), chuyến đi Đồng bộ hóa khung sẽ được kích hoạt.
Điều này đảm bảo PPRA vẫn được đồng bộ hóa về mặt thời gian với bộ điều khiển chính, ngăn ngừa sự cố bảo vệ do chậm trễ trong giao tiếp.
8. Đầu ra và phản hồi rơle
IS220PPRAH1A cung cấp tín hiệu truyền động cho ba Rơle hành trình khẩn cấp (ETR1–ETR3) và giám sát tín hiệu trạng thái phản hồi của chúng.
Trạng thái lệnh của mỗi trình điều khiển rơle được so sánh với trạng thái phản hồi thực tế của nó. Sự không khớp sẽ tạo ra cảnh báo chẩn đoán.
Chức năng kiểm tra cho phép ngắt điện từng rơle riêng lẻ cho mục đích kiểm tra mà không gây ra ngắt hệ thống.
Nguyên tắc hoạt động và luồng tín hiệu
Quy ước loại tín hiệu
Kết thúc bằng (SS): Tín hiệu được tạo trong PPRA và được gửi đến Không gian tín hiệu của bộ điều khiển.
Kết thúc bằng SS: Tín hiệu được tạo trong bộ điều khiển và được PPRA nhận thông qua Không gian tín hiệu.
Kết thúc bằng (IO): Tín hiệu được tạo trong PPRA và xuất ra phần cứng.
Kết thúc bằng IO: Tín hiệu là đầu vào phần cứng vào PPRA.
Kết thúc bằng CFG: Biểu thị một tham số cấu hình.
Kết hợp tín hiệu chuyến đi
Tất cả các tín hiệu ngắt riêng lẻ (ví dụ: vượt tốc độ, tăng tốc, đầu vào tiếp điểm, cơ quan giám sát) được kết hợp thành một tín hiệu Hành trình tổng hợp duy nhất (ComposTrip1), được sử dụng trong logic đầu ra rơle. Điều quan trọng là các hành trình vượt quá tốc độ phần cứng và các hành trình tiếp xúc trực tiếp có các đường dẫn được triển khai hoàn toàn bằng phần cứng hoặc logic lập trình chứ không phải phần sụn. Điều này đảm bảo rằng sự cố phần sụn của bộ xử lý không thể ngăn các tín hiệu quan trọng này bắt đầu chuyến đi.
Thiết kế không an toàn
Mô-đun mặc định ở trạng thái 'trip' khi tắt nguồn, trong khi khởi động, trong khi thiết lập lại phần cứng hoặc khi không trực tuyến.
Mạch giám sát phần cứng giám sát hoạt động của phần sụn. Nếu phát hiện thấy sự cố phần sụn, nó sẽ kích hoạt thiết lập lại phần cứng, buộc thiết bị phải dừng hoạt động.
Tất cả các tín hiệu quan trọng (tốc độ, nhịp tim, đồng bộ hóa khung) đều kết hợp các cơ chế phát hiện thời gian chờ hoặc sai lệch, đảm bảo hệ thống gặp sự cố một cách an toàn dẫn đến tình trạng chuyến đi trong các trường hợp bất thường.
Cấu hình và chẩn đoán
Công cụ cấu hình
Mô-đun này được cấu hình bằng phần mềm ToolboxST của GE. Các thông số cấu hình chính bao gồm:
Loại tuabin (ví dụ: Tua bin khí, Tua bin hơi nước)
Nhóm đầu vào tốc độ (ThreeGroups hoặc TwoGroups)
Điểm đặt quá tốc độ, Điểm đặt tăng tốc, Giới hạn chênh lệch
Bật/tắt cài đặt cho các chức năng như Cơ quan giám sát, Chênh lệch tốc độ và Phát hiện tốc độ cũ.
Tự chẩn đoán
Tự kiểm tra khi bật nguồn: Kiểm tra RAM, bộ nhớ flash, cổng Ethernet và phần cứng bộ xử lý.
Giám sát liên tục: Giám sát nguồn điện bên trong, dòng phản hồi tương tự và trạng thái lệnh/phản hồi chuyển tiếp.
Xác minh ID điện tử: Kiểm tra xem mô-đun, bảng đầu cuối và phần cứng bảng tùy chọn có tương thích và khớp với mã ứng dụng đã tải hay không.
Đèn LED chỉ báo trạng thái
Tấm mặt mô-đun có sáu đèn LED trạng thái:
RUN: Màu xanh lá cây khi rơ-le được cấp điện (Chạy), Màu đỏ khi rơ-le ngắt điện (Trip).
ESTP: Màu xanh lục khi đầu vào E-Stop (nếu được hỗ trợ) ở trạng thái chạy, Màu đỏ khi E-Stop hoạt động.
OSPD: Màu đỏ khi phát hiện và chốt tình trạng vượt tốc.
WDOG: Màu đỏ khi chuyến đi dựa trên các chức năng giám sát (Kiểm soát cơ quan giám sát, Chênh lệch tốc độ, v.v.) đang hoạt động.
SIL: PPRAH1A không hỗ trợ chức năng SIL; đèn LED này không được áp dụng.
KREA: Màu xanh lá cây biểu thị nguồn điện được phát hiện trên mô-đun phụ KREA.
