GE IS200DSPXH2D besturingskaart voor digitale signaalprocessor

De IS200DSPXH2D is een digitale signaalprocessorbesturingskaart, ontworpen door General Electric (GE) voor zijn Innovation Series™ Drives en EX2100™ Excitation Control System. Dit bord is een belangrijke hardwarerevisie binnen de DSPX-serie, behorend tot de H2-hardwarefamilie met een D-revisieniveau. Het dient als de primaire controller voor brug- en motorregulatorfuncties, poortfuncties en generatorveldbesturingsfuncties en speelt een centrale rol in industriële besturingssystemen.

Het IS200DSPXH2D-bord integreert een krachtige Digital Signal Processor (DSP), standaard geheugencomponenten en een Application Specific Integrated Circuit (ASIC) dat aangepaste logische functies uitvoert. Het werkt met een kloksnelheid van 60 MHz en biedt krachtige rekenmogelijkheden voor real-time verwerking van complexe besturingsalgoritmen. Het bord is uitgerust met verschillende soorten geheugen, waaronder FLASH-geheugen voor het opstarten en uitvoeren van code, RAM voor gegevensopslag, NVRAM voor niet-vluchtige gegevensopslag en alleen-lezen geheugen voor identificatie van de kaartrevisie.

De belangrijkste kenmerken van de IS200DSPXH2D zijn onder meer:

• Hoogwaardige DSP: kloksnelheid van 60 MHz, voor krachtige real-time verwerkingsmogelijkheden.

• Meerdere geheugentypen: FLASH, RAM, NVRAM en alleen-lezen geheugen.

• Speciale ASIC: integreert aangepaste logische functies, waardoor de systeemintegratie en betrouwbaarheid worden verbeterd.

• Rijke communicatie-interfaces: Inclusief ISBus, TTL seriële interfaces, HIFI differentiële ingangen, enz.

• Flexibele I/O-configuratie: Ondersteunt VCO-tellers, kwadratuur-incrementele encoderinterfaces, discrete ingangen en meer.

• Nauwkeurige synchronisatiefuncties: belastingspulssignalen binnen de lus en applicatielus zorgen voor een nauwkeurige regeltiming.

• Uitgebreide beveiligingsmechanismen: Stack-overflow-detectie, watchdog-timer, zorgt voor een veilige werking van het systeem.

• Statusindicatie: FAULT- en STATUS-LED's op het voorpaneel bieden een intuïtieve operationele status.

Het bord wordt aangesloten op de backplane via een 4-rijige, 128-pins DIN-connector (P1). In het excitatiesysteem EX2100 werkt het samen met het EISB-bord, waarbij de twee fysiek zijn bevestigd om één geheel te vormen. Het voorpaneel biedt ook een DSP-emulatorpoort (P5) en een technische monitorpoort (P6) voor ontwikkeling en onderhoud. Als D-revisie van de H2-hardwarefamilie kan de DSPXH2D, met behoud van de kernfunctionaliteit van de H2-serie, verdere verbeteringen en verfijningen bevatten in bepaalde hardwarekenmerken, firmware-ondersteuning of prestatie-optimalisaties.

---

II. Belangrijkste functies

De primaire functies van de IS200DSPXH2D omvatten, maar zijn niet beperkt tot, het volgende:

1. Digitale signaalverwerking en -controle

De kern van het IS200DSPXH2D-bord is een krachtige digitale signaalprocessor die draait op 60 MHz en verantwoordelijk is voor het uitvoeren van besturingsalgoritmen, het verwerken van ingangssignalen en het genereren van uitgangsopdrachten. Bij frequentieregelaars uit de Innovation Series regelt deze de brug- en motorregeling en poortfuncties. In het excitatiesysteem EX2100 regelt het de excitatiefuncties van het generatorveld.

2. Ondersteuning voor meerdere geheugentypen

Het bord biedt verschillende geheugentypen om aan verschillende toepassingsvereisten te voldoen:

• FLASH-geheugen: slaat DSP-opstartimages, code voor uitvoering, configureerbare parameters en systeemgeschiedenisrecords op.

• RAM: Gebruikt voor gegevensopslag en code-uitvoering.

• NVRAM: Gebruikt voor niet-vluchtige gegevensopslag, waardoor gegevensbehoud na stroomuitval wordt gegarandeerd.

• Alleen-lezen geheugen: Slaat identificatie-informatie van de bordrevisie op.

3. Speciale ASIC-logica

De ASIC op het bord integreert de meeste gespecialiseerde en ondersteunende functies, waaronder:

• ASIC-revisie-identificatieregister.

• Seriële interfacebesturing.

• Synchronisatie van belastingpulssignalen.

• Detectie van stapeloverloop.

• Watchdog-timer.

• 24-bit vrijlopende timer.

• Tellers en registratieregisters.

• PWM-uitgangen.

4. Seriële communicatie-interfaces

De IS200DSPXH2D biedt vier seriële interfaces via de P1-connector:

• Twee ISBus-interfaces: snelheid van 5 Mb/s, configureerbaar als master of slave, voor communicatie met ACL of lokale uitbreidingsfuncties.

• Eén asynchrone TTL-interface: voor het aansluiten van een pc-gebaseerd configuratietool, inclusief RX-, TX- en TXEN/RTS-signalen.

• Eén TTL asynchrone interface: voor het aansluiten van een programmeerbord, inclusief RX-, TX- en RTS-signalen.

5. Synchroniseren van belastingpulssignalen

Het bord maakt gebruik van belastingpulssignalen voor nauwkeurige synchronisatiecontrole:

• Inner Loop Load Pulse: registreert I/O-waarden zoals brug-, motor- of generatorspanning/stroom VCO's, toerentellertellers en discrete ingangen. Het kan ook ISBus-kanalen, software en poortuitgangen synchroniseren.

• Applicatielusbelastingspuls: Werkt op een sub-veelvoud of veelvoud van de belastingspulsfrequentie van de binnenlus, gebruikt om waarden van andere applicatie-VCO's en tachometers vast te leggen.

Om de synchronisatie van de firmware te vergemakkelijken, is er een 6-bits register aanwezig. Het wordt verhoogd bij elke laadpuls van de binnenlus en wordt gereset bij elke laadpuls van de applicatielus.

6. Detectie van stapeloverloop

Het bord biedt overflowdetectie voor de voorgrondstack (met behulp van intern geheugen) en de achtergrondstack (met behulp van extern SRAM). Een overflow in een van beide stapels genereert interrupt INT0. Als beide stapels tegelijkertijd overlopen, wordt een harde reset gegenereerd. Met een configuratieregister kan de stack-overflow-reset worden uitgeschakeld.

7. Watchdog-timer

De watchdog-timer is ingeschakeld en moet periodiek worden geschakeld door de DSP (schakelinterval is configureerbaar). Een watchdog-time-out genereert een harde reset, waardoor het systeem automatisch kan herstellen van softwareafwijkingen.

8. HIFI differentiële ingangen

Het bord biedt vijf differentiële (HIFI) applicatie-ingangen, configureerbaar voor een van de drie modi:

• Twee incrementele kwadratuur-encoderinterfaces: één met markeermogelijkheid, die twee 16-bits op-/aftellers aanstuurt. Tellers behouden hun status wanneer de ingangen zich op hetzelfde niveau bevinden en veranderen van status wanneer de ingangen verschillend tegengesteld zijn. Elke tellerverandering gaat gepaard met een timerreset van 5 MHz en een toestandsregister dat de telrichting registreert. Capture-registers kunnen worden geconfigureerd om waarden vast te leggen bij het optreden van de laadpuls in de binnenlus of in de applicatielus.

• Applicatielaag VCO-tellers of enkelkanaals vergrendelingsinterfaces: Vijf 16-bits tellers worden verhoogd op de differentieel gedecodeerde en gefilterde ingangen. Deze tellerwaarden worden door de laadpuls van de applicatielus in registers vastgelegd, zodat de DSP deze kan lezen.

• Maximaal tien discrete ingangen: elke ingang wordt gefilterd gedurende drie systeemklokcycli en is direct leesbaar door de DSP in een buffer.

9. VCO-ingangen overbruggen

Zes ingangen van de backplane worden digitaal gefilterd en ingevoerd in de VCO-tellers. Dit zijn 16-bits tellers met vangregisters die worden vergrendeld door de laadpuls van de binnenlus en leesbaar zijn door de DSP. De ingangen zijn afkomstig van technologiespecifieke I/O-kaarten zoals BIC (bridge-interface) of exciter-interfacekaarten.

10. PWM-uitgangen

Het bord biedt twee PWM-uitgangen met een vaste frequentie van 24 kHz met elk een resolutie van 10 bits, die één 20-bits register in beslag nemen. Ze kunnen worden gebruikt om instrumentatiemeters of andere uitgangen aan te sturen.

11. I/O van uitbreidingskaart

Er wordt voorzien in een SYNC OUT-signaal voor het synchroniseren van functies op de BIC-kaartlaag.

---

III. Systeemtoepassingen

1. Toepassing in aandrijvingen uit de Innovation Series

Bij drives uit de Innovation Series fungeert de IS200DSPXH2D als hoofdcontroller, verantwoordelijk voor:

• Brugregeling: Regelt de schakelstatus van de vermogensbrug om motortoerental- en koppelregeling te bereiken.

• Motorregulering: Voert motorbesturingsalgoritmen uit, verwerkt feedbacksignalen en genereert poortontstekingspulsen.

• Realtime verwerking: verkrijgt en verwerkt VCO-ingangen, toerentellertellers en andere signalen op hoge snelheid.

• Communicatie-interface: Communiceert met ACL of andere uitbreidingsmodules via ISBus.

2. Toepassing in het EX2100-bekrachtigingscontrolesysteem

In het EX2100-bekrachtigingscontrolesysteem werkt de IS200DSPXH2D samen met het EISB-bord, dat verantwoordelijk is voor:

• Generatorveldcontrole: Voert automatische spanningsregelaaralgoritmen (AVR) uit om de veldstroom te regelen.

• Inner Loop Control: Verwerkt veldspannings- en stroomfeedback, genereert poortontstekingsopdrachten.

• Beveiligingsfuncties: Bewaakt de systeemstatus, implementeert over-excitatie, onder-excitatie, V/Hz-beperking en andere beveiligingsfuncties.

• Ondersteuning voor redundantie: Werkt in TMR-systemen met M1-, M2- en C-controllers om redundante controle te bereiken.

3. Coördinatie met het EISB-bestuur

In het EX2100-systeem zijn de IS200DSPXH2D en de EISB-kaart fysiek bevestigd om één geheel te vormen:

• EISB-functies: Biedt ISBus-communicatie, glasvezelinterfaces, toetsenbord- en toolpoorten.

• Signaaluitwisseling: DSPX wisselt gegevens uit met EISB via de backplane om met externe apparaten te communiceren.

• Geïntegreerde vervanging: Tijdens onderhoud worden de DSPX en EISB doorgaans als één geheel uit het rack verwijderd.

4. Kenmerken van de H2D-revisie

Als D-revisie van de H2-hardwarefamilie kan de IS200DSPXH2D beschikken over:

• Firmware-optimalisaties: Kan bijgewerkte firmwareversies bevatten, bekende problemen uit eerdere revisies oplossen en de systeemstabiliteit en prestaties verbeteren.

• Hardwareverfijningen: Kan optimalisaties omvatten in de PCB-indeling, componentselectie of productieprocessen, waardoor de ruisimmuniteit en betrouwbaarheid worden verbeterd.

• Compatibiliteit: Behoudt hardware- en softwarecompatibiliteit met andere revisies uit de H2-serie, waardoor directe vervanging van versies zoals H2C mogelijk is.

5. Typische toepassingsscenario's

• Industrial Drive Control: Kernbesturing voor verschillende AC-frequentieregelaars.

• Generator Excitation Control: Automatische spanningsregeling voor synchrone generatoren.

• Process Control: Als krachtige controller voor industriële procescontrole die realtime verwerking vereist.

• Stabilisatie van het energiesysteem: Werkt met PSS-functies om de stabiliteit van het energiesysteem te verbeteren.

  
  

---

IV. Gedetailleerde interfacebeschrijving

1. P1-backplaneconnector

P1 is een 4-rijige, 32-pins DIN-connector (in totaal 128 pinnen), die alle signaalverbindingen verzorgt tussen de DSPX en de backplane en andere kaarten. Als laatste herziening van de H2-serie blijven de pindefinities op P1 consistent met de H2C, waardoor compatibiliteit wordt gegarandeerd. De belangrijkste signaalcategorieën zijn onder meer:

2. P5-emulatorpoort

P5 bevindt zich op het voorpaneel van het bord en biedt een interface naar de TI-emulatorpoort. Het is een scaninterface (vergelijkbaar met JTAG) die emulatie en FLASH-programmering ondersteunt.

3. P6 Engineering Monitor-poort

P6 bevindt zich op het voorpaneel van het bord en wordt aangesloten op de synchrone seriële poort van de DSP (TTL-niveaus). Het is alleen bedoeld voor GE-engineeringgebruik.

4. Testpunten aan boord

P6 en P7 (op het bordoppervlak) zijn uitsluitend testpunten voor test-/ontwikkelingsgebruik en mogen niet worden gebruikt voor veldonderhoud.

5. LED's op het voorpaneel

LED-	kleur	Normale toestand	Abnormale toestand
SCHULD	Rood	Uit	Aan of knipperend: fout is opgetreden of tijdens reset
STATUS	Groente	Knipperend (actief)	Continu aan: gestopt; Uit: Fout opgetreden of tijdens reset

---

V. Indicatoren en diagnostiek

1. STORINGS-LED (rood)

Direct aangestuurd door de DSP, geeft de foutstatus van de kaart aan:

• Uit: Geen fouten, normale werking.

• Aan of knipperend: er is een fout opgetreden of de kaart is gereset.

2. STATUS-LED (groen)

Aangestuurd door de DSP, geeft de operationele status van het bord aan:

• Knipperend: Board is actief.

• Continu aan: Bord is gestopt.

• Uit: Er is een fout opgetreden of de kaart is gereset.

3. Diagnostische functies

De IS200DSPXH2D implementeert verschillende diagnostische functies via interne logica en firmware:

• Stack Overflow Detection: Voorkomt systeemcrashes als gevolg van softwareafwijkingen.

• Watchdog Timer: Zorgt ervoor dat software binnen een vooraf bepaalde tijd reageert.

• Geheugencontroles: integriteitscontroles voor FLASH en RAM.

• Communicatie-interfacebewaking: statusbewaking voor ISBus en seriële interfaces.

• Voedingsspanningsbewaking: Bewaakt kritische voedingsspanningen via de backplane.

Diagnostische resultaten kunnen worden gelezen via Toolbox-software en een voorlopige indicatie is beschikbaar via de LED's op het voorpaneel.

---

VI. Installatie en vervanging

1. Montagelocatie

De IS200DSPXH2D-kaart wordt in een daarvoor bestemde sleuf in het besturingsrek geplaatst. In het EX2100-systeem is de DSPX fysiek bevestigd aan het EISB-bord, met DSPX bovenaan en EISB eronder. Zorg er tijdens de installatie voor dat de kaart in de juiste sleuf wordt geplaatst; Een onjuiste plaatsing kan de elektronica van de kaart beschadigen.

2. Offline vervangingsprocedure (systeem spanningsloos)

Veiligheidswaarschuwingen:

• WAARSCHUWING: Om elektrische schokken te voorkomen, schakelt u de stroom naar het systeem uit en volgt u de volledige procedures voor het uitschakelen en ontladen zoals beschreven in de relevante handleidingen. Houd u aan alle lokale Lock-out/Tag-out-praktijken.

• LET OP: Om schade aan componenten veroorzaakt door statische elektriciteit te voorkomen, dient u alle platen te behandelen met statisch gevoelige behandelingstechnieken. Draag een aardingsband en bewaar borden in antistatische zakken.

Vervangingsstappen:

1. Controleer of de stroom is uitgeschakeld: Zorg ervoor dat het systeem volledig spanningsloos is. Open de deur van de schakelkast en controleer of de stroomindicatoren op de EPDM (indien aanwezig) en EPSM uit zijn, en de LED's op de DSPX uit zijn.

2. Glasvezel loskoppelen: Koppel de zes glasvezelkabels los van het EISB-voorpaneel.

3. Oude bord(en) verwijderen:

• Draai de schroeven aan de bovenkant van de DSPX-voorplaat en de onderkant van de EISB-voorplaat bij de uitwerplipjes los (schroeven zitten vast).

• Maak de DSPX en EISB los door de uitwerplipjes omhoog te brengen.

• Trek beide planken voorzichtig met beide handen uit het rek.

4. Afzonderlijke EISB: Verwijder de EISB van de onderkant van de DSPX en bevestig deze aan de vervangende DSPX.

5. Installeer nieuwe bord(en):

• Lijn de nieuwe DSPX en de bevestigde EISB uit met de juiste sleuf en duw ze langs de geleiders naar binnen.

• Druk met uw duimen tegelijkertijd stevig op de boven- en onderkant van de frontplaten om de planken in eerste instantie op hun plaats te zetten.

• Draai de schroeven aan de boven- en onderkant van de frontplaat afwisselend gelijkmatig vast om ervoor te zorgen dat de module goed op zijn plaats zit.

6. Glasvezel opnieuw aansluiten: Sluit alle communicatiekabels opnieuw aan die u in stap 2 hebt losgekoppeld.

7. Herstel de stroom: Sluit de kastdeur en herstel de stroom naar het systeem.

8. Opnieuw configureren: Nadat de DSPX is vervangen, moet deze opnieuw worden geconfigureerd. Raadpleeg de Toolbox-software voor de vereiste procedures.

3. Online vervangingsprocedure (redundant systeem)

In een redundant besturingssysteem kan een defecte DSPX-kaart worden vervangen terwijl het systeem draait.

Risicowaarschuwing: Tijdens online vervanging blijven andere controllers, voedingen en klemmenborden onder spanning en actief. Er moet uiterste voorzichtigheid in acht worden genomen om te voorkomen dat u andere onder spanning staande onderdelen aanraakt of kortsluiting veroorzaakt.

Vervangingsstappen:

1. Identificeer defecte kaart: Bevestig de sectie (M1, M2 of C) met de defecte DSPX via indicatoren op het voorpaneel.

2. Schakel de sectie spanningsloos: Volg de procedures voor het specifieke EX2100-type en schakel de stroom uit naar de sectie met de defecte DSPX. Controleer of de LED-indicatoren op het overeenkomstige EPSM-gedeelte uit zijn.

3. Controleer overdracht van besturing en uitschakeling: Controleer de LED's van de controller om te bevestigen dat de besturing is overgedragen naar de andere master. Controleer of alle voedingsindicatoren op de kaarten in het getroffen gedeelte uit zijn voordat u de DSPX aanraakt.

4. Koppel glasvezel los: Koppel de glasvezelcommunicatiekabels los van het EISB-voorpaneel.

5. Verwijder mislukte bord(en): Hetzelfde als de offline procedure.

6. Afzonderlijke EISB: Hetzelfde als offline procedure.

7. Nieuwe borden installeren: Hetzelfde als de offline procedure.

8. Herstel de stroom: Schakel de stroom opnieuw in naar de sectie vanaf de EPDM. Controleer of de stroomindicatoren op de EPDM en EPSM gaan branden, en of de groene stroom-LED's op aangrenzende controllerkaarten gaan branden.

9. Glasvezel opnieuw aansluiten: Sluit alle communicatiekabels opnieuw aan.

10. Opnieuw configureren: Nadat de DSPX is vervangen, moet deze opnieuw worden geconfigureerd. Raadpleeg de Toolbox-software voor de vereiste procedures.

11. Functionele test: Controleer de vervangen DSPX-functionaliteit door de besturing over te dragen van de actieve master naar de inactieve master en de correcte werking van het systeem te observeren.