برد پردازشگر سیگنال دیجیتال GE IS200DSPXH1D

برد پردازشگر سیگنال دیجیتال IS200DSPXH1D (که از این به بعد برد DSPX نامیده می شود) یک جزء کنترلی حیاتی است که توسط GE Industrial Systems برای سیستم کنترل تحریک EX2100™ پرچمدار خود طراحی شده است. برد DSPX به عنوان 'مغز' کنترل کننده تحریک، وظایف اصلی مانند پردازش سیگنال بلادرنگ، تنظیم حلقه بسته، کنترل منطقی و حفاظت را بر عهده می گیرد. این سنگ بنای سخت افزاری برای تضمین ولتاژ پایانه ژنراتور پایدار، کنترل دقیق توان راکتیو، و عملکرد ایمن و قابل اعتماد کل واحد تولید را تشکیل می دهد.

در EX2100، یک سیستم تحریک کاملاً ایستا، برد DSPX با ماژول لایه کنترل برنامه (ACLA Board) در همان قفسه کار می کند تا یک کنترلر دیجیتال با کارایی بالا را تشکیل دهد. برد DSPX بیشتر بر روی کنترل حلقه داخلی، پاسخ سریع و رابط سخت افزاری سطح پایین تمرکز دارد که مستقیماً مسئول تولید پالس های شلیک تریستور (SCR) برای دستیابی به تنظیم دقیق و سریع جریان میدان ژنراتور است. بر اساس ریزپردازنده پیشرفته و فناوری پردازش سیگنال دیجیتال، توابع کنترل آنالوگ سنتی را دیجیتالی و نرم‌افزاری پیاده‌سازی می‌کند و در نتیجه به دقت، انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان کنترل بالاتری دست می‌یابد.

برد IS200DSPXH1D چه برای توربین‌های بخار جدید، توربین‌های گاز، ژنراتورهای برق آبی یا پروژه‌های مقاوم‌سازی تجهیزات موجود، یک جزء اصلی ضروری برای تحقق کنترل تحریک مدرن و با کارایی بالا است.

2. مشخصات سخت افزاری و خصوصیات فیزیکی

برد IS200DSPXH1D مطابق با استاندارد باس VME طراحی شده است که از قابلیت اطمینان و نگهداری بالا در محیط های کنترل صنعتی اطمینان می دهد.

1. ضریب فرم و ساختار: این برد از طراحی مدولار استاندارد شده با تک شیار و ارتفاع 3U استفاده می کند که نصب، وصل/ جدا کردن و نگهداری آن را در رک کنترل EX2100 جمع و جور و آسان می کند. ابعاد آن با کارت های استاندارد VME سازگار است و امکان ادغام یکپارچه با ماژول کنترلر EX2100 را فراهم می کند.

2. محل نصب: در رک ماژول کنترل EX2100، برد DSPX معمولاً در کنار برد ACLA مربوطه خود قرار دارد. قفسه کنترل به سه بخش مستقل برای کنترلرهای M1، M2 و C تقسیم می شود (فقط در سیستم های اضافی وجود دارد). در یک سیستم کنترل Simplex، تنها یک کنترلر (معمولا M1) وجود دارد که شامل یک مجموعه از بردهای DSPX و ACLA است. در یک سیستم کنترل Dual/Redundant، کنترل‌کننده‌های M1 و M2 هر کدام شامل مجموعه‌ای از بردهای DSPX و ACLA هستند، در حالی که کنترل‌کننده C (که برای نظارت و انتخاب استفاده می‌شود) معمولاً فقط شامل بردهای DSPX، EISB و EMIO است و هیچ برد ACLA.

3. منابع روی برد: این برد دارای یک پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) و ریزپردازنده با کارایی بالا است که قابلیت‌های محاسباتی قدرتمند در زمان واقعی را ارائه می‌کند. همچنین فلش مموری اختصاصی را برای ذخیره سیستم عامل و برنامه های کاربردی و حافظه دسترسی تصادفی (RAM) برای ذخیره سازی متغیر زمان اجرا و پردازش داده ها یکپارچه می کند. این معماری ذخیره سازی کد پایدار و اجرای با سرعت بالا را تضمین می کند.

4. رابط ها و اتصالات: از طریق کانکتورهای اختصاصی در EX2100 Exciter Backplane (EBKP)، برد DSPX داده ها و دستورات با سرعت بالا را با سایر کیبوردهای سیستم مبادله می کند. پانل جلویی آن ممکن است شامل LED های وضعیت باشد که عملکرد برد، ارتباط و وضعیت خطا را نشان می دهد.

3. توابع و ویژگی های اصلی

عملکرد برد IS200DSPXH1D برای کنترل تحریک بهینه شده است و زنجیره کنترل کامل را از دریافت سیگنال تا خروجی توان پوشش می دهد. توابع اصلی آن عبارتند از:

1. تولید و کنترل پالس شلیک پل تحریک:

• این یکی از حیاتی ترین توابع برد DSPX است. بر اساس متغیر کنترل محاسبه شده توسط تنظیم کننده ولتاژ خودکار (AVR) یا تنظیم کننده دستی (FVR/FCR)، شش سیگنال پالس شلیک SCR (دروازه) دقیق را در زمان واقعی تولید می کند.

• این پالس‌های منطقی سطح پایین از طریق صفحه پشتی به برد انتخاب کننده محرک (ESEL) ارسال می‌شوند، که سپس آن‌ها را به بردهای تقویت‌کننده پالس گیت اکسایتر (EGPA) واقع در کابینت تبدیل می‌کند و در نهایت شش تریستور موجود در ماژول تبدیل توان (PCM) را به حرکت در می‌آورد. این امکان کنترل فاز ولتاژ DC و جریان خروجی از پل یکسو کننده تمام موج سه فاز را فراهم می کند.

2. محاسبه تنظیم کننده حلقه داخلی:

• تنظیم کننده ولتاژ میدان (FVR): این حالت تنظیم دستی استاندارد است. برد DSPX با استفاده از ولتاژ سیم پیچ میدان ژنراتور به عنوان بازخورد، الگوریتم FVR را اجرا می کند. از طریق تنظیم تناسبی-انتگرال (PI)، ولتاژ میدان را در نقطه تنظیم حفظ می کند. حتی در حالت خودکار (AVR)، خروجی AVR مستقیماً به خروجی FVR ارسال می شود.

• تنظیم کننده جریان میدانی (FCR): این یک حالت تنظیم دستی برنامه ویژه است که برای برنامه هایی که نیاز به جریان میدان ثابت یا الزامات اجباری خاص دارند استفاده می شود. تنظیم PI را با استفاده از جریان میدان ژنراتور به عنوان بازخورد انجام می دهد. برد DSPX خروجی های کوچکتر FVR و ​​FCR را به عنوان فرمان شلیک پل نهایی انتخاب می کند و به عنوان حفاظت محدود کننده داخلی عمل می کند.

3. منطق شروع/توقف سیستم و کنترل متوالی:

• برد DSPX شروع، توقف و توالی عملیاتی سیستم تحریک را مدیریت می کند. این شامل دریافت دستورات start/stop از صفحه کلید، HMI راه دور یا بزرگراه داده می شود.

• فرآیند فلاشینگ میدانی را کنترل می کند: در طول راه اندازی اولیه ژنراتور، کنتاکتورهای 53A و 53B را برای اتصال منبع DC ایستگاه به سیم پیچ میدان کنترل می کند، میدان مغناطیسی اولیه را تا زمانی که ولتاژ ژنراتور برقرار شود و AVR بتواند کنترل را به دست بگیرد، ایجاد می کند.

4. حفاظت و پردازش منطقی خطا:

• برد DSPX به طور مداوم وضعیت سیستم را کنترل می کند و منطق پیچیده هشدار و سفر را اجرا می کند. سیگنال‌های نقاط نظارتی مختلف را پردازش می‌کند (به عنوان مثال، اضافه جریان، اضافه ولتاژ، دمای بیش از حد، از دست دادن تحریک، خرابی PT/CT) و پیام‌های هشدار مربوطه را تولید می‌کند یا سفرهای حفاظتی را آغاز می‌کند (به عنوان مثال، فعال کردن رله قفل 86G).

• اطلاعات خطا در یک گزارش سابقه ثبت می شود و می توان آن را از طریق صفحه کلید محلی یا نرم افزار Control System Toolbox مشاهده و بازنشانی کرد.

5. اندازه گیری و محاسبه کمیت الکتریکی ژنراتور:

• مقدار ولتاژ ژنراتور (Vmag) و فرکانس (Freq_Hz)

• مقدار جریان ژنراتور (تصویر)

• توان اکتیو (وات) و توان راکتیو/ولت آمپر (Vars)

• یکپارچه قدرت شتاب دهنده (تغییر تقریبی سرعت روتور) برای تثبیت کننده سیستم قدرت (PSS)

• فرکانس سیستم و نسبت ولتاژ/هرتز (V/Hz)، برای جلوگیری از سرریز ژنراتور استفاده می شود.

• سیگنال های ولتاژ ترمینال ژنراتور (PT) و جریان (CT) جدا شده و شرطی شده را از برد PT/CT Exciter (EPCT) دریافت می کند.

• از طریق الگوریتم‌های نرم‌افزار داخلی، مجموعه‌ای از متغیرهای کلیدی سیستم را به صورت بلادرنگ محاسبه می‌کند، از جمله اما نه محدود به:

6. ارتباطات و تبادل داده:

• با سرعت بالا با برد Exciter ISBus (EISB) از طریق backplane ارتباط برقرار می کند. EISB به عنوان رابط برای برد DSPX به سیگنال های فیبر نوری خارجی (به عنوان مثال، بازخورد ولتاژ/جریان DC از بردهای EDCF، سیگنال های تشخیص زمین از EGDM) عمل می کند.

• از طریق EISB، برد DSPX همچنین ارتباطات سریال RS-232C را با رابط تشخیصی محلی (صفحه‌کلید) و جعبه ابزار سیستم کنترل مدیریت می‌کند، از پیکربندی پارامتر، نظارت بر داده‌ها در زمان واقعی و تشخیص خطا پشتیبانی می‌کند.

4. کاربرد در سیستم و عملیات مشارکتی

برد IS200DSPXH1D به صورت مجزا عمل نمی کند. عملکرد قدرتمند آن از طریق همکاری تنگاتنگ با سایر سخت افزارها و نرم افزارها در سیستم EX2100 تحقق می یابد.

1. تقسیم کار و همکاری با هیئت ACLA: یک ساختار کنترلی «حلقه بیرونی داخلی» را تشکیل می دهد.

• DSPX (حلقه داخلی / حلقه سریع): مسئول کنترل سریع و دقیق سطح پایین، مانند تنظیم FVR/FCR، تولید پالس شلیک، حفاظت در زمان واقعی و پردازش سریع سیگنال است. رابط مستقیم با سخت افزار قدرت.

• ACLA (حلقه بیرونی / حلقه آهسته): الگوریتم‌های کنترلی سطح بالاتر و پیچیده‌تر را اجرا می‌کند، مانند تنظیم خودکار ولتاژ (AVR)، تثبیت‌کننده سیستم قدرت (PSS)، محدودکننده تحریک (UEL)، تنظیم VAR/Power Factor، و غیره. دستورات

• این دو در زمان واقعی از طریق اتوبوس پرسرعت backplane تبادل اطلاعات می کنند. ACLA اهداف کنترلی (به عنوان مثال، خروجی AVR) را در اختیار DSPX قرار می دهد که وظیفه ردیابی و اجرای سریع را بر عهده دارد.

2. نقش در سیستم های کنترل اضافی:

• در پیکربندی‌های اضافی (Triple Modular Redundant، TMR) که برای دسترسی بالا طراحی شده‌اند، سیستم شامل سه کنترل‌کننده است: M1، M2، و C.

• تابلوهای DSPX در M1 و M2: به عنوان کنترل‌کننده‌های اصلی/پشتیبان عمل می‌کنند و الگوریتم‌های کنترلی یکسان را به صورت موازی اجرا می‌کنند. با این حال، تنها موردی که توسط کنترلر C به عنوان 'مستر فعال' انتخاب شده است، پالس های شلیک برد ESEL خود را برای ارسال به EGPA فعال می کند.

• برد DSPX در کنترلر C: اگرچه مسئول تولید پالس های شلیک نیست، اما تمام سیگنال های بازخورد را نیز دریافت می کند و نرم افزار نظارت را اجرا می کند. وظیفه اصلی آن مقایسه مداوم خروجی های کنترل و وضعیت M1 و M2 است. به محض تشخیص خطا یا عملکرد خارج از محدوده در اصلی فعال، کنترلر C دستور انتقال بدون ضربه را صادر می کند، کنترل را به آرامی به کنترل کننده پشتیبان واگذار می کند و قابلیت اطمینان سیستم را به طور قابل توجهی افزایش می دهد (MTBF می تواند به 175000 ساعت برسد).

3. پیکربندی و نگهداری نرم افزار:

• کد برنامه (متشکل از بلوک های تابع کنترل) اجرا شده توسط DSPX Board با استفاده از نرم افزار جعبه ابزار کنترل سیستم اختصاصی جنرال الکتریک پیکربندی، کامپایل و دانلود می شود.

• مهندسان می‌توانند از جعبه ابزار از طریق اترنت یا یک اتصال سریال مستقیم برای نظارت بر داده‌های بلادرنگ تمام بلوک‌های عملکردی درون برد DSPX به صورت آنلاین، تغییر پارامترها و انجام آزمایش‌های شبیه‌سازی استفاده کنند. این برای راه اندازی سیستم، بهینه سازی و عیب یابی بسیار مهم است.

5. مزایا و ارزش فنی

1. پردازش سیگنال دیجیتال با کارایی بالا: معماری اختصاصی DSP عملکرد بلادرنگ مورد نیاز برای الگوریتم‌های کنترل پیچیده و پردازش سیگنال سریع را تضمین می‌کند، که قادر به پاسخگویی به نیازهای پاسخ در سطح میلی‌ثانیه دینامیک سیستم قدرت است.

2. دقت و پایداری عالی کنترل: رگولاتورهای دیجیتال PI با پارامترهای پایدار و دقت تنظیم بالا (دقت تنظیم خودکار ولتاژ می تواند به ± 0.25٪ برسد) از مشکلات رانش و پیری مدارهای آنالوگ جلوگیری می کند.

3. انعطاف پذیری و پیکربندی بالا: منطق کنترل مبتنی بر نرم افزار اجازه می دهد تا پلتفرم سخت افزاری یکسان (DSPX Board) از طریق پیکربندی های مختلف متناسب با برنامه های تحریک مختلف، از ساده تا پیچیده، و از حرارتی تا برق آبی، تطبیق داده شود و مدیریت قطعات یدکی و پروژه های ارتقاء را ساده می کند.

4. تشخیص قوی و قابلیت نگهداری: نظارت بر وضعیت غنی، ثبت خطا و دسترسی شفاف از طریق صفحه کلید/جعبه ابزار به طور قابل توجهی میانگین زمان تعمیر (MTTR) را کاهش می دهد و قابلیت نگهداری تجهیزات را افزایش می دهد.

5. از معماری‌های با قابلیت اطمینان بالا پشتیبانی می‌کند: طراحی آن به طور بومی از پیکربندی‌های اضافی پشتیبانی می‌کند، و آن را به یک جزء اصلی برای ساختن سیستم‌های کنترل تولید برق «هرگز شکست نمی‌خورد» تبدیل می‌کند که نیازمندی‌های دقیق در دسترس بودن نیروگاه‌های مدرن را برآورده می‌کند.

6. مطابقت با استانداردهای بین المللی: طراحی و ساخت سیستم EX2100 و اجزای آن (از جمله برد DSPX) با استانداردهای بین المللی برق و ایمنی متعددی از جمله سری IEEE 421.x برای سیستم های تحریک، UL، CSA، IEC و غیره مطابقت دارد و از انطباق جهانی و قابلیت همکاری اطمینان حاصل می کند.