برد کنترل پردازنده سیگنال دیجیتال GE IS200DSPXH2D

IS200DSPXH2D یک برد کنترل پردازنده سیگنال دیجیتال است که توسط جنرال الکتریک (GE) برای درایوهای سری نوآوری و سیستم کنترل تحریک EX2100 طراحی شده است. این برد یک ویرایش سخت افزاری مهم در سری DSPX است که به خانواده سخت افزار H2 با سطح ویرایش D تعلق دارد. این به عنوان کنترل کننده اصلی برای عملکردهای تنظیم کننده پل و موتور، عملکردهای دروازه، و عملکردهای کنترل میدان ژنراتور عمل می کند و نقش اصلی را در سیستم های کنترل صنعتی ایفا می کند.

برد IS200DSPXH2D یک پردازشگر سیگنال دیجیتال (DSP) با کارایی بالا، اجزای حافظه استاندارد و یک مدار مجتمع ویژه برنامه (ASIC) را یکپارچه می کند که عملکردهای منطقی سفارشی را انجام می دهد. با سرعت کلاک 60 مگاهرتز کار می کند و قابلیت محاسباتی قدرتمندی را برای پردازش بلادرنگ الگوریتم های کنترل پیچیده ارائه می دهد. این برد مجهز به انواع حافظه از جمله حافظه FLASH برای بوت شدن و اجرای کد، رم برای ذخیره سازی داده ها، NVRAM برای ذخیره سازی داده های غیر فرار و حافظه فقط خواندنی برای شناسایی بازبینی برد می باشد.

ویژگی های کلیدی IS200DSPXH2D عبارتند از:

• DSP با کارایی بالا: سرعت کلاک 60 مگاهرتز، ارائه قابلیت پردازش در زمان واقعی قدرتمند.

• چند نوع حافظه: FLASH، RAM، NVRAM و حافظه فقط خواندنی.

• ASIC اختصاصی: توابع منطقی سفارشی را یکپارچه می کند، یکپارچگی و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهد.

• رابط های ارتباطی غنی: شامل ISBus، رابط های سریال TTL، ورودی های دیفرانسیل HIFI و غیره.

• پیکربندی انعطاف پذیر I/O: از شمارنده های VCO، رابط های رمزگذار افزایشی چهارگانه، ورودی های گسسته و موارد دیگر پشتیبانی می کند.

• عملکردهای هماهنگ سازی دقیق: سیگنال های پالس بار حلقه داخلی و برنامه کاربردی زمان بندی دقیق کنترل را تضمین می کنند.

• مکانیسم‌های حفاظتی جامع: تشخیص سرریز پشته، تایمر نگهبان، تضمین عملکرد ایمن سیستم.

• نشانگر وضعیت: FAULT پانل جلویی و LED STATUS وضعیت عملیاتی بصری را ارائه می دهند.

این برد از طریق یک کانکتور DIN 4 ردیفی و 128 پین (P1) به صفحه پشتی متصل می شود. در سیستم تحریک EX2100، همراه با برد EISB کار می کند و این دو به صورت فیزیکی به هم متصل می شوند تا یک واحد واحد را تشکیل دهند. پنل جلویی همچنین یک پورت شبیه ساز DSP (P5) و یک پورت مانیتور مهندسی (P6) را برای توسعه و نگهداری فراهم می کند. DSPXH2D به عنوان یک نسخه D از خانواده سخت‌افزار H2، در حالی که عملکرد اصلی سری H2 را حفظ می‌کند، ممکن است بهبودها و اصلاحات بیشتری را در ویژگی‌های سخت‌افزاری خاص، پشتیبانی سیستم‌افزار یا بهینه‌سازی‌های عملکرد به همراه داشته باشد.

---

II. توابع اصلی

توابع اولیه IS200DSPXH2D شامل موارد زیر است، اما به آنها محدود نمی شود:

1. پردازش و کنترل سیگنال دیجیتال

هسته برد IS200DSPXH2D یک پردازنده سیگنال دیجیتال با کارایی بالا است که با فرکانس 60 مگاهرتز کار می کند و مسئول اجرای الگوریتم های کنترلی، پردازش سیگنال های ورودی و تولید دستورات خروجی است. در درایوهای سری نوآوری، عملکردهای تنظیم پل و موتور و دروازه را کنترل می کند. در سیستم تحریک EX2100، عملکردهای تحریک میدان ژنراتور را کنترل می کند.

2. پشتیبانی از انواع حافظه های متعدد

این برد انواع حافظه های مختلفی را برای برآوردن نیازهای مختلف برنامه فراهم می کند:

• حافظه FLASH: تصاویر بوت DSP، کدهای اجرا، پارامترهای قابل تنظیم و سوابق تاریخچه سیستم را ذخیره می کند.

• RAM: برای ذخیره سازی داده ها و اجرای کد استفاده می شود.

• NVRAM: برای ذخیره سازی داده های غیر فرار استفاده می شود و از حفظ داده ها پس از قطع برق اطمینان می دهد.

• حافظه فقط خواندنی: اطلاعات شناسایی بازبینی برد را ذخیره می کند.

3. منطق ASIC اختصاصی

ASIC روی برد اکثر توابع تخصصی و پشتیبانی را ادغام می کند، از جمله:

• ثبت شناسایی تجدید نظر ASIC.

• کنترل رابط سریال

• همگام سازی سیگنال پالس بار.

• تشخیص سرریز پشته

• تایمر سگ نگهبان

• تایمر 24 بیتی رایگان.

• شمارنده ها و ثبت های ضبط.

• خروجی های PWM

4. رابط های ارتباطی سریال

IS200DSPXH2D چهار رابط سریال را از طریق کانکتور P1 فراهم می کند:

• دو رابط ISBus: نرخ 5 مگابیت بر ثانیه، قابل تنظیم به عنوان master یا slave، برای ارتباط با ACL یا توابع گسترش محلی.

• یک رابط ناهمزمان TTL: برای اتصال یک ابزار پیکربندی مبتنی بر رایانه، از جمله سیگنال‌های RX، TX، و TXEN/RTS.

• یک رابط ناهمزمان TTL: برای اتصال یک برد برنامه نویس، از جمله سیگنال های RX، TX و RTS.

5. همگام سازی سیگنال های پالس بار

این برد از سیگنال های پالس بار برای کنترل هماهنگ سازی دقیق استفاده می کند:

• پالس بار حلقه داخلی: مقادیر ورودی/خروجی مانند VCO های ولتاژ/جریان پل، موتور یا ژنراتور، شمارنده های سرعت سنج و ورودی های گسسته را می گیرد. همچنین می‌تواند کانال‌های ISBus، نرم‌افزار و خروجی‌های دروازه را همگام‌سازی کند.

• Application Loop Load Pulse: در یک فرکانس فرکانس پالس بار حلقه داخلی زیر چند یا چند برابر عمل می کند که برای گرفتن مقادیر دیگر VCO ها و سرعت سنج های کاربردی استفاده می شود.

برای تسهیل همگام سازی سیستم عامل، یک ثبات 6 بیتی ارائه شده است. در هر پالس بار حلقه داخلی افزایش می یابد و در هر پالس بار حلقه برنامه بازنشانی می شود.

6. تشخیص سرریز پشته

این برد تشخیص سرریز را برای پشته پیش زمینه (با استفاده از حافظه داخلی) و پشته پس زمینه (با استفاده از SRAM خارجی) فراهم می کند. سرریز در هر دو پشته وقفه INT0 ایجاد می کند. اگر هر دو پشته به طور همزمان سرریز شوند، یک هارد ریست ایجاد می شود. یک ثبات پیکربندی اجازه می دهد تا تنظیم مجدد سرریز پشته غیرفعال شود.

7. تایمر Watchdog

تایمر Watchdog فعال است و باید به صورت دوره ای توسط DSP جابجا شود (فاصله تعویض قابل تنظیم است). مهلت زمانی نگهبان یک بازنشانی سخت ایجاد می‌کند و اطمینان می‌دهد که سیستم می‌تواند به طور خودکار از ناهنجاری‌های نرم‌افزاری بازیابی شود.

8. ورودی های دیفرانسیل HIFI

این برد پنج ورودی برنامه دیفرانسیل (HIFI) را ارائه می دهد که برای یکی از سه حالت قابل تنظیم است:

• دو رابط رمزگذار افزایشی چهارگانه: یکی با قابلیت نشانگر، دو شمارنده بالا/پایین 16 بیتی را هدایت می کند. شمارنده‌ها وقتی ورودی‌ها در یک سطح هستند حالت خود را حفظ می‌کنند و زمانی که ورودی‌ها به طور متفاوت مخالف یکدیگر باشند، حالت خود را تغییر می‌دهند. هر تغییر شمارنده با تنظیم مجدد تایمر 5 مگاهرتز و ثبت وضعیت جهت شمارش همراه است. ثبت‌های ضبط را می‌توان به گونه‌ای پیکربندی کرد که مقادیر مربوط به وقوع پالس بارگذاری حلقه داخلی یا حلقه کاربردی را ضبط کند.

• شمارنده های لایه کاربردی VCO یا واسط های لچ تک کانالی: پنج شمارنده 16 بیتی بر روی ورودی های رمزگشایی و فیلتر شده متفاوت افزایش می یابد. این مقادیر شمارنده توسط پالس بارگذاری حلقه برنامه برای خواندن DSP در رجیسترها ثبت می شوند.

• حداکثر ده ورودی گسسته: هر ورودی برای سه چرخه ساعت سیستم فیلتر شده و مستقیماً توسط DSP در بافر قابل خواندن است.

9. ورودی های VCO پل

شش ورودی از backplane به صورت دیجیتالی فیلتر شده و به شمارنده های VCO وارد می شوند. این شمارنده‌های 16 بیتی با رجیسترهای ضبط هستند که توسط پالس بار حلقه داخلی بسته شده و توسط DSP قابل خواندن هستند. ورودی‌ها از کارت‌های ورودی/خروجی ویژه فناوری مانند BIC (رابط پل) یا کارت‌های رابط محرک می‌آیند.

10. خروجی های PWM

این برد دو خروجی PWM با فرکانس ثابت 24 کیلوهرتز با رزولوشن 10 بیتی را ارائه می دهد که یک رجیستر 20 بیتی را اشغال می کند. می توان از آنها برای راه اندازی متر ابزار دقیق یا سایر خروجی ها استفاده کرد.

11. ورودی/خروجی تابلوی توسعه

یک سیگنال SYNC OUT برای همگام سازی عملکردها در لایه برد BIC ارائه شده است.

---

III. برنامه های کاربردی سیستم

1. کاربرد در درایوهای سری نوآوری

در درایوهای سری Innovation، IS200DSPXH2D به عنوان کنترل‌کننده اصلی عمل می‌کند و مسئول موارد زیر است:

• کنترل پل: وضعیت سوئیچینگ پل برق را برای دستیابی به کنترل سرعت موتور و گشتاور کنترل می کند.

• تنظیم موتور: الگوریتم های کنترل موتور را اجرا می کند، سیگنال های بازخورد را پردازش می کند و پالس های شلیک گیت را تولید می کند.

• پردازش زمان واقعی: ورودی های VCO، شمارنده های سرعت سنج و سایر سیگنال ها را با سرعت بالا دریافت و پردازش می کند.

• رابط ارتباطی: با ACL یا سایر ماژول های توسعه از طریق ISBus ارتباط برقرار می کند.

2. کاربرد در سیستم کنترل تحریک EX2100

در سیستم کنترل تحریک EX2100، IS200DSPXH2D در ارتباط با برد EISB کار می کند و مسئول موارد زیر است:

• کنترل میدان ژنراتور: الگوریتم های تنظیم کننده خودکار ولتاژ (AVR) را برای کنترل جریان میدان اجرا می کند.

• کنترل حلقه داخلی: ولتاژ میدان و بازخورد جریان را پردازش می کند، دستورات شلیک گیت را تولید می کند.

• توابع حفاظت: وضعیت سیستم را نظارت می کند، تحریک بیش از حد، کم تحریک، محدود کردن V/Hz و سایر عملکردهای حفاظتی را اجرا می کند.

• پشتیبانی افزونگی: در سیستم‌های TMR، با کنترل‌کننده‌های M1، M2 و C برای دستیابی به کنترل اضافی کار می‌کند.

3. هماهنگی با هیئت EISB

در سیستم EX2100، برد IS200DSPXH2D و EISB به صورت فیزیکی متصل شده اند تا یک واحد را تشکیل دهند:

• توابع EISB: ارتباطات ISBus، رابط های فیبر نوری، صفحه کلید و پورت های ابزار را فراهم می کند.

• تبادل سیگنال: DSPX داده ها را با EISB از طریق backplane مبادله می کند تا با دستگاه های خارجی ارتباط برقرار کند.

• جایگزینی یکپارچه: در طول تعمیر و نگهداری، DSPX و EISB معمولاً به عنوان یک واحد از رک حذف می شوند.

4. ویژگی های نسخه H2D

به عنوان نسخه D از خانواده سخت افزار H2، IS200DSPXH2D ممکن است دارای ویژگی های زیر باشد:

• بهینه‌سازی‌های میان‌افزار: ممکن است شامل نسخه‌های به‌روزشده سیستم‌افزار، رفع مشکلات شناخته‌شده از نسخه‌های قبلی، بهبود پایداری و عملکرد سیستم باشد.

• اصلاحات سخت‌افزاری: ممکن است بهینه‌سازی‌هایی را در چیدمان PCB، انتخاب قطعات، یا فرآیندهای تولید بگنجانند، که ایمنی نویز و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد.

• سازگاری: سازگاری سخت افزاری و نرم افزاری را با سایر نسخه های سری H2 حفظ می کند و امکان جایگزینی مستقیم نسخه هایی مانند H2C را فراهم می کند.

5. سناریوهای کاربردی معمولی

• کنترل درایو صنعتی: کنترل اصلی برای درایوهای فرکانس متغیر AC مختلف.

• کنترل تحریک ژنراتور: تنظیم خودکار ولتاژ برای ژنراتورهای سنکرون.

• کنترل فرآیند: به عنوان یک کنترل کننده با عملکرد بالا برای کنترل فرآیند صنعتی که نیاز به پردازش در زمان واقعی دارد.

• تثبیت سیستم قدرت: با عملکردهای PSS برای بهبود پایداری سیستم قدرت کار می کند.

  
  

---

IV. شرح مفصل رابط

1. کانکتور Backplane P1

P1 یک کانکتور DIN 4 ردیفی و 32 پین (در مجموع 128 پین) است که تمام اتصالات سیگنال را بین DSPX و backplane و سایر بردها فراهم می کند. به عنوان آخرین نسخه از سری H2، تعاریف پین در P1 با H2C سازگار است و سازگاری را تضمین می کند. دسته های سیگنال کلیدی عبارتند از:

2. پورت شبیه ساز P5

P5 در پنل جلویی برد قرار دارد و یک رابط برای پورت شبیه ساز TI فراهم می کند. این یک رابط اسکن (شبیه به JTAG) است که از شبیه سازی و برنامه نویسی FLASH پشتیبانی می کند.

3. پورت مانیتور مهندسی P6

P6 در پنل جلویی برد قرار دارد و به پورت سریال همزمان DSP (سطوح TTL) متصل می شود. این فقط برای استفاده مهندسی جنرال الکتریک است.

4. نقاط تست داخلی

P6 و P7 (واقع در سطح تخته) نقاط تست فقط برای استفاده آزمایشی/توسعه هستند و نباید برای نگهداری در میدان استفاده شوند.

5. LED های پنل جلویی

LED	رنگ	حالت عادی	حالت غیر عادی
خطا	قرمز	خاموش	روشن یا چشمک زن: خطا یا در حین تنظیم مجدد رخ داده است
وضعیت	سبز	چشمک زن (در حال اجرا)	ثابت روشن: متوقف شد. خاموش: خطا یا در حین تنظیم مجدد رخ داده است

---

V. شاخص ها و تشخیص

1. LED خطا (قرمز)

به طور مستقیم توسط DSP هدایت می شود، وضعیت خطای برد را نشان می دهد:

• خاموش: بدون ایراد، عملکرد عادی.

• روشن یا چشمک می زند: خطا رخ داده است یا برد در حال تنظیم مجدد است.

2. LED وضعیت (سبز)

هدایت شده توسط DSP، وضعیت عملیاتی برد را نشان می دهد:

• چشمک زن: برد در حال اجرا است.

• ثابت روشن: تابلو متوقف شده است.

• خاموش: خطا رخ داده است یا برد در حال تنظیم مجدد است.

3. توابع تشخیصی

IS200DSPXH2D عملکردهای تشخیصی مختلفی را از طریق منطق داخلی و سفت‌افزار پیاده‌سازی می‌کند:

• تشخیص سرریز پشته: از خرابی سیستم به دلیل ناهنجاری های نرم افزاری جلوگیری می کند.

• Watchdog Timer: اطمینان حاصل می کند که نرم افزار در یک زمان از پیش تعیین شده پاسخ می دهد.

• بررسی حافظه: یکپارچگی FLASH و RAM را بررسی می کند.

• نظارت بر رابط ارتباطی: نظارت بر وضعیت برای ISBus و رابط های سریال.

• نظارت بر ولتاژ منبع تغذیه: ولتاژهای حیاتی منبع تغذیه را از طریق صفحه پشتی نظارت می کند.

نتایج تشخیصی را می توان از طریق نرم افزار Toolbox خواند و نشانه های اولیه از LED های پانل جلویی در دسترس است.

---

VI. نصب و تعویض

1. محل نصب

برد IS200DSPXH2D در یک شکاف مشخص در قفسه کنترل قرار می گیرد. در سیستم EX2100، DSPX به صورت فیزیکی به برد EISB متصل می شود، DSPX در بالا و EISB در زیر. در حین نصب، مطمئن شوید که برد در شکاف صحیح قرار داده شده است. درج نادرست ممکن است به الکترونیک برد آسیب برساند.

2. روش تعویض آفلاین (سیستم بدون انرژی)

هشدارهای ایمنی:

• اخطار: برای جلوگیری از برق گرفتگی، برق سیستم را قطع کنید و مراحل کامل خاموش کردن و دشارژ که در راهنماهای مربوطه ذکر شده است را دنبال کنید. به تمام شیوه های محلی Lock-out/Tag-out پایبند باشید.

• احتیاط: برای جلوگیری از آسیب قطعات ناشی از الکتریسیته ساکن، همه بردها را با تکنیک های جابجایی حساس به استاتیک درمان کنید. یک تسمه اتصال به زمین بپوشید و تخته ها را در کیسه های ضد الکتریسیته ساکن نگهداری کنید.

مراحل تعویض:

1. بررسی خاموش بودن سیستم: مطمئن شوید که سیستم کاملاً قطع شده است. درب کابینت کنترل را باز کنید و بررسی کنید که نشانگرهای برق در EPDM (در صورت وجود) و EPSM خاموش باشند و LED های روی DSPX خاموش باشند.

2. قطع فیبر نوری: شش کابل فیبر نوری را از پنل جلویی EISB جدا کنید.

3. حذف برد(های) قدیمی:

• پیچ های بالای صفحه DSPX و پایین صفحه EISB را در نزدیکی زبانه های اجکتور باز کنید (پیچ ها در محفظه قرار دارند).

• با بالا بردن زبانه های اجکتور، DSPX و EISB را خاموش کنید.

• به آرامی هر دو تخته را با هر دو دست از روی قفسه بکشید.

4. EISB را جدا کنید: EISB را از پایین DSPX بردارید و آن را به DSPX جایگزین متصل کنید.

5. نصب برد(های) جدید:

• DSPX جدید و EISB متصل شده را با شکاف صحیح تراز کنید و آنها را در امتداد راهنماها فشار دهید.

• با استفاده از انگشتان شست، بالا و پایین صفحات را به طور همزمان فشار دهید تا در ابتدا تخته ها قرار گیرند.

• به طور متناوب پیچ ها را در بالا و پایین مجموعه صفحه جلویی به طور یکنواخت ببندید تا مطمئن شوید که ماژول به صورت مربعی قرار گرفته است.

6. فیبر نوری را دوباره وصل کنید: تمام کابل های ارتباطی که در مرحله 2 قطع شده اند را دوباره وصل کنید.

7. Restore Power: درب کابینت را ببندید و برق را به سیستم بازگردانید.

8. پیکربندی مجدد: پس از تعویض DSPX، باید مجدداً پیکربندی شود. برای انجام مراحل لازم به نرم افزار Toolbox مراجعه کنید.

3. رویه تعویض آنلاین (سیستم اضافی)

در یک سیستم کنترل اضافی، یک برد DSPX خراب را می توان در حالی که سیستم در حال اجراست تعویض کرد.

هشدار خطر: در طول تعویض آنلاین، سایر کنترلرها، منابع تغذیه و بردهای ترمینال فعال و فعال می مانند. باید بسیار احتیاط کرد تا از تماس با سایر قطعات برق دار یا ایجاد اتصال کوتاه اجتناب شود.

مراحل تعویض:

1. Identify Failed Board: بخش (M1، M2 یا C) حاوی DSPX ناموفق را از طریق نشانگرهای پانل جلویی تأیید کنید.

2. بخش را خاموش کنید: با دنبال کردن مراحل برای نوع خاص EX2100، برق بخشی را که حاوی DSPX ناموفق است خاموش کنید. بررسی کنید که نشانگرهای LED در بخش EPSM مربوطه خاموش باشند.

3. بررسی انتقال کنترل و خاموش شدن: LED های کنترلر را بررسی کنید تا مطمئن شوید که کنترل به اصلی دیگر منتقل شده است. قبل از اینکه DSPX را لمس کنید، مطمئن شوید که همه نشانگرهای قدرت روی بردها در بخش آسیب دیده خاموش هستند.

4. قطع فیبر نوری: کابل های ارتباطی فیبر نوری را از پنل جلویی EISB جدا کنید.

5. حذف برد(های) ناموفق: مانند روش آفلاین.

6. EISB جداگانه: همانند روش آفلاین.

7. نصب برد(های) جدید: مانند روش آفلاین.

8. Restore Power: دوباره برق را به بخش از EPDM اعمال کنید. بررسی کنید که نشانگرهای برق در EPDM و EPSM روشن شوند و چراغ های LED سبز برق روی بردهای کنترل کننده مجاور روشن شوند.

9. فیبر نوری را دوباره وصل کنید: همه کابل های ارتباطی را دوباره وصل کنید.

10. پیکربندی مجدد: پس از تعویض DSPX، باید مجدداً پیکربندی شود. برای انجام مراحل لازم به نرم افزار Toolbox مراجعه کنید.

11. تست عملکردی: با انتقال کنترل از Master فعال به Master غیرفعال و مشاهده عملکرد صحیح سیستم، عملکرد DSPX جایگزین شده را تأیید کنید.