IS200BICIH1A Bridge Interface Controller Board je základní řídicí komponent navržený společností GE Industrial Systems pro její systémy pohonů Innovation Series™. Jako vysoce integrovaný a výkonný kontrolér se IS200BICIH1A primárně používá k řízení a řízení můstkových invertorových jednotek, které využívají integrované hradlové komutované tyristory (IGCT) jako spínací zařízení. Deska IS200BICIH1A se montuje do standardního stojanu desky Innovation Series™ a díky přesné koordinaci se základní deskou, různými deskami pro získávání signálu a obvody pohonu hradla provádí řízení v reálném čase, úpravu signálu a vícerozměrnou ochranu pro komplexní systémy elektronické konverze výkonu.
Základní hodnota IS200BICIH1A spočívá v jeho výkonné schopnosti řídit až 28 zařízení IGCT, podporuje generování tříúrovňové invertorové řídicí logiky a současně ovládá diodový zdroj a sekci dynamického brzdění (DB). Pokud jde o hardware, IS200BICIH1A integruje více logických čipů FPGA, digitální signálový procesor (DSP) určený pro společné zpracování a četné dceřiné desky. To vytváří vrstvenou, vysoce spolehlivou systémovou architekturu, od submikrosekundové rychlé ochrany až po komplexní řídicí algoritmus společné zpracování.
Základní funkce a řídicí architektura
Deska IS200BICIH1A se propojuje se základní deskou řídicí sestavy IS200CABP prostřednictvím konektorů propojovací desky P1 a P2, což umožňuje interakci signálu s hlavním ovladačem systému a dalšími periferními deskami. Vstupní napájení pro IS200BICIH1A zajišťuje napájecí deska DS200RAPA Rack Power Supply Board, napájená přes propojovací desku. IS200BICIH1A, fungující jako řídicí jádro, přijímá signály povelů brány a stavové zpětné vazby z desky IS200BPII Bridge Power Interface Board, upravuje a předává tyto signály.
Pokud jde o místní inteligentní zpracování, IS200BICIH1A obsahuje integrovaný digitální signálový procesor (DSP), který funguje jako koprocesor pro hlavní řídicí desku DSPX. Jeho bootovací proces je centrálně řízen deskou DSPX: deska DSPX nejprve nahraje obraz boot loaderu do Dual-Port RAM (DPRAM), poté uvolní resetovací signál pro místní DSP IS200BICIH1A, což mu umožní zahájit provádění kódu. Tyto dva procesory sdílejí přístup k lokálním hardwarovým registrům prostřednictvím vestavěného arbitrážního mechanismu v rámci registrové logiky, což zajišťuje řádnou a konzistentní interakci pro řídicí příkazy a stavová data.
Zpracování signálu a vysoce přesné mechanismy zpětné vazby
Deska IS200BICIH1A poskytuje tři konektory na předním panelu – PFBK1, PFBK2 a PSRC – které slouží jako klíčová rozhraní pro dosažení vysoce přesného získávání signálu a rychlé ochrany.
Konektory PFBK1 a PFBK2 : Tyto dva 44kolíkové konektory s vysokou hustotou jsou zodpovědné za příjem signálů ze zátěžových/zdrojových desek expandéru IS200GGXI. PFBK1 zpracovává zpětnovazební signály z prvního úplného můstku nebo první poloviny článků v konfiguraci sériového můstku, zatímco PFBK2 zpracovává zpětnou vazbu z volitelného druhého úplného můstku nebo druhé poloviny článků. Typy signálů zpětné vazby zahrnují fázové proudy, fázová napětí a napětí meziobvodu.
Konektor PSRC : Tento 50kolíkový konektor s vysokou hustotou přijímá zpětnovazební signály ze zdrojové desky expandérové diody IS200GGXD a je zodpovědný za odesílání řídicích signálů brány do spínačů IGCT dynamického brzdění (DB).
Izolace napěťové zpětné vazby : Napěťové signály z desky DS200NATO Voltage Feedback Scaling Board jsou bezpečně izolovány na desce IS200BICIH1A prostřednictvím útlumu.
Všechny analogové proudové a napěťové zpětnovazební signály jsou do IS200BICIH1A přenášeny diferenciálně přes stíněné kroucené dvoulinky v rámci stíněných kabelů. Po vstupu na desku jsou tyto signály rozděleny do dvou paralelních cest zpracování:
Hardwarová rychlá cesta ochrany : Analogové signály jsou přímo porovnávány s více programovatelnými prahovými hodnotami pro generování logických ochranných signálů pro okamžitou hardwarovou akci, jako je nadproudové ochranné vypnutí, vypnutí při chybě zátěže a chybové signály zamrznutí proudu.
Softwarová cesta vzorkování s vysokou přesností : Každý analogový zpětnovazební signál prochází synchronním oscilátorem řízeným napětím (VCO), který lineárně převádí hodnotu analogového napětí na frekvenční signál. Výstupní frekvence se pohybuje lineárně od 0 Hz pro záporný vstup v plném rozsahu do 2 MHz pro kladný vstup v plném rozsahu. Tyto frekvenční signály řídí čítače v rámci BRDG_IO FPGA, které jsou pak čteny aktivním DSP pro výpočet vysoce přesných hodnot proudové a napěťové zpětné vazby pro komplexní řídicí algoritmy.
Gate Command a Critical Timing Management
Všechny příkazy hradlování vydávané IS200BICIH1A deskám IGCT Gate Driver (IS200IGPA) podléhají hardwarově vynuceným minimálním omezením doby zapnutí a minimálního času vypnutí, aby se zabránilo poškození nákladných zařízení IGCT. Mezi jeho klíčové funkce řízení časování hradlování patří:
Vnitřní-Vnější časování : Zapínání a vypínání vnějších IGCT v můstkové větvi vzhledem k vnitřním IGCT je přesně zpožděno podle časů zkreslení definovaných ve firmwaru.
Phase Underlap : Když fáze změní svůj výstupní stav, IS200BICIH1A inicializuje časovač, který na chvíli zmrazí všechny fázové stavy, dokud nemá komutační tlumivka dostatek času na resetování, čímž se zabrání nebezpečným mezifázovým zkratům.
Detekce chyb ovladače brány : IS200BICIH1A nepřetržitě monitoruje zpětnou vazbu o zdravotním stavu z každého modulu ovladače brány IGCT. Pokud je detekováno abnormální přetečení počítadla zpětné vazby stavu, okamžitě se nastaví chybová západka a spustí se vypnutí systému pohonu.
Programovatelné logické jádro
Výkonná základní funkčnost desky IS200BICIH1A je realizována jejími dvěma vestavěnými SRAM na bázi Field Programmable Gate Arrays (FPGA): BRDG_IO FPGA a CELL_IO FPGA.
CELL_IO FPGA : Toto FPGA je specificky zodpovědné za diskrétní řízení a ochranu přímo související s ovladači brány IGCT. Řídí přesné načasování cyklů PWM a provádí nejkritičtější akce hardwarové ochrany, jako je reakce na nadproudové nebo přestřelkové poruchy okamžitým vypnutím postižených zařízení a zaznamenáváním chybových událostí do stavových registrů. Obsahuje PWM časovače, registry počátečních stavů atd. Všechny řídicí parametry využívají strukturu s dvojitou vyrovnávací pamětí, což umožňuje jejich aktualizaci v rámci jednoho intervalu úlohy a synchronní účinek při dalším pulzu zatížení.
BRDG_IO FPGA : Toto FPGA slouží jako rozhraní mezi DSPX/lokálním DSP a řídicími signály můstku a spravuje všechny obecné diskrétní I/O, hlášení poruch, čítače VCO, rozhraní tachometru a analogové I/O. Jeho vestavěné čítače VCO zachycují hodnoty počtu pro čtení oběma procesory. Rozhraní tachometru podporuje vysoce přesné výpočty frakčních pulzů. Kromě toho je přístup pro zápis do všech příkazových registrů zablokován, když je aktivní příznak Power Electronics Enable (PE_ENABLE), což zabraňuje chybným operacím během provozu měniče.
Ochranný a diagnostický systém
IS200BICIH1A se vyznačuje vícevrstvou, vícerozměrnou ochranou a diagnostickou sítí pro zajištění účinné ochrany za všech abnormálních provozních podmínek.
Okamžitá hardwarová ochrana : Primárně prováděna pomocí CELL_IO FPGA s extrémně rychlou dobou odezvy.
Ochranné vypnutí (PTO) : Spuštěno poruchou zátěže (zablokováno), okamžitým nadproudem nebo chybou ovladače brány, okamžitě vypne oběť(y).
Ochrana proti výpadku proudu : Detekuje nebezpečné rychlosti změny proudu (di/dt) sledováním napětí na tlumivce stejnosměrného meziobvodu. Pokud stav přetrvává déle, než je doba filtru poruchy, nastaví se blokování hlavní poruchy a spustí akci zmrazení pro všechny fázové jednotky. To poskytuje dostatek času na vymazání pojistek v poruchové fázi, čímž se zabrání eskalaci poruchy.
Sledování stavu a hlášení : Prostřednictvím stavových registrů BRDG_IO a CELL_IO IS200BICIH1A hlásí širokou škálu poruchových a stavových informací, včetně, ale bez omezení na: různé poruchy napájecího zdroje, poruchy hodin, poruchy ovladače brány pro všechny IGCT, poruchy pojistek a chyby připojení kabelů.
Palubní autodiagnostika :
Identifikace desky (BRDID) : IS200BICIH1A obsahuje integrovaný sériový čip PROM ID, jehož identifikační síť je rozšířena na desky GGXI. Jedinečný mechanismus detekce směru proudu zajišťuje správné připojení kabelů PFBK a JGATE a zabraňuje křížení.
Indikátor na předním panelu : Jediný indikátor IMOK LED poskytuje intuitivní vizuální zobrazení zdravotního stavu desky; pokud LED nesvítí, je indikován poruchový stav.
Testovací body : Přední panel poskytuje celkem 8 testovacích bodů, TP1 až TP8 , které přinášejí klíčové analogové signály, jako jsou proudy fáze A1/B1/C1 a napětí mezi linkami VAB1/VBC1, stejně jako kladná a záporná napětí DC sběrnice, pro pohodlnou diagnostiku na místě.
Analogové I/O : Systém integruje tři 12bitové analogové vstupy pro monitorování místní okolní teploty desky, teploty externího termistoru a provádění autotestu zpětné smyčky ochranných prahových napětí. Má také jedenáct analogových výstupů používaných pro nastavení prahových hodnot ochrany a poskytování diagnostického D/A převodu.
