Płyta kontrolera interfejsu mostkowego IS200BICIH1A to podstawowy komponent sterujący zaprojektowany przez firmę GE Industrial Systems dla systemów napędowych Innovation Series™. Jako wysoce zintegrowany i wydajny sterownik, IS200BICIH1A jest używany przede wszystkim do zarządzania i sterowania jednostkami inwerterowymi mostkowymi, które wykorzystują tyrystory z komutacją bramki (IGCT) jako urządzenia przełączające. Płytkę IS200BICIH1A montuje się w standardowym stojaku na płytki Innovation Series™ i dzięki precyzyjnej koordynacji z płytą montażową, różnymi płytkami akwizycji sygnału i obwodami sterowania bramką zapewnia sterowanie w czasie rzeczywistym, kondycjonowanie sygnału i wielowymiarową ochronę dla złożonych systemów konwersji energoelektronicznej.
Podstawową wartością IS200BICIH1A są jego potężne możliwości sterowania maksymalnie 28 urządzeniami IGCT, wspierające generowanie trójpoziomowej logiki sterowania falownikiem, przy jednoczesnym sterowaniu źródłem diod i sekcją hamowania dynamicznego (DB). Jeśli chodzi o sprzęt, IS200BICIH1A integruje wiele układów logicznych FPGA, cyfrowy procesor sygnałowy (DSP) dedykowany do współprzetwarzania i liczne karty rozszerzeń. Tworzy to warstwową, wysoce niezawodną architekturę systemu, od szybkiej ochrony w czasie krótszym niż mikrosekunda po współprzetwarzanie złożonego algorytmu sterującego.
Podstawowe funkcje i architektura sterowania
Płyta IS200BICIH1A łączy się z płytą montażową zespołu sterującego IS200CABP poprzez złącza P1 i P2 na płycie montażowej, umożliwiając interakcję sygnału z głównym kontrolerem systemu i innymi płytami peryferyjnymi. Zasilanie wejściowe dla IS200BICIH1A zapewnia płyta zasilacza DS200RAPA do montażu w szafie, dostarczana przez płytę montażową. Działając jako rdzeń sterujący, IS200BICIH1A odbiera sygnały poleceń bramki i sygnałów zwrotnych stanu z karty interfejsu zasilania mostka IS200BPII, kondycjonując i przesyłając te sygnały.
Jeśli chodzi o lokalne inteligentne przetwarzanie, IS200BICIH1A posiada wbudowany cyfrowy procesor sygnałowy (DSP), który działa jako koprocesor dla głównej płyty sterującej DSPX. Procesem rozruchu zarządza centralnie płyta DSPX: płyta DSPX najpierw ładuje obraz modułu ładującego do dwuportowej pamięci RAM (DPRAM), a następnie wysyła sygnał resetowania dla lokalnego procesora DSP IS200BICIH1A, umożliwiając mu rozpoczęcie wykonywania kodu. Obydwa procesory współdzielą dostęp do lokalnych rejestrów sprzętowych poprzez wbudowany mechanizm arbitrażu w logice rejestru, zapewniając uporządkowaną i spójną interakcję dla poleceń sterujących i danych o stanie.
Przetwarzanie sygnału i precyzyjne mechanizmy sprzężenia zwrotnego
Płyta IS200BICIH1A posiada trzy złącza na panelu przednim – PFBK1, PFBK2 i PSRC – które służą jako kluczowe interfejsy umożliwiające uzyskanie precyzyjnego pozyskiwania sygnału i szybkiej ochrony.
Złącza PFBK1 i PFBK2 : Te dwa 44-pinowe złącza o dużej gęstości są odpowiedzialne za odbieranie sygnałów z płytek obciążenia/źródła ekspandera IS200GGXI. PFBK1 obsługuje sygnały zwrotne z pierwszego pełnego mostka lub pierwszej połowy ogniw w konfiguracji mostka szeregowego, podczas gdy PFBK2 obsługuje sprzężenie zwrotne z opcjonalnego drugiego pełnego mostka lub drugiej połowy ogniw. Typy sygnałów sprzężenia zwrotnego obejmują prądy fazowe, napięcia fazowe i napięcia łącza DC.
Złącze PSRC : To 50-pinowe złącze o dużej gęstości odbiera sygnały zwrotne z płytki źródłowej diody ekspandera IS200GGXD i jest odpowiedzialne za wysyłanie sygnałów sterujących bramką do przełączników IGCT hamowania dynamicznego (DB).
Izolacja sprzężenia zwrotnego napięcia : Sygnały napięciowe z płytki skalującej sprzężenie zwrotne napięcia DS200NATO są bezpiecznie izolowane na płycie IS200BICIH1A poprzez tłumienie.
Wszystkie analogowe sygnały sprzężenia zwrotnego prądu i napięcia są przesyłane w sposób różnicowy za pomocą ekranowanej skrętki dwużyłowej w ekranowanych kablach do IS200BICIH1A. Po wejściu na płytkę sygnały te rozdzielane są na dwie równoległe ścieżki przetwarzania:
Sprzętowa szybka ścieżka ochrony : Sygnały analogowe są bezpośrednio porównywane z wieloma programowalnymi wartościami progowymi w celu wygenerowania sygnałów logicznych zabezpieczeń do natychmiastowego działania sprzętu, takich jak wyłączenie zabezpieczenia nadprądowego, wyłączenie przy błędzie obciążenia i sygnały błędu zamrożenia prądu.
Programowa ścieżka próbkowania o wysokiej precyzji : Każdy analogowy sygnał sprzężenia zwrotnego przechodzi przez synchroniczny oscylator sterowany napięciem (VCO), liniowo przekształcając analogową wartość napięcia na sygnał częstotliwościowy. Częstotliwość wyjściowa waha się liniowo od 0 Hz dla wejścia ujemnego w pełnej skali do 2 MHz dla wejścia dodatniego w pełnej skali. Te sygnały częstotliwości sterują licznikami w układzie FPGA BRDG_IO, które są następnie odczytywane przez aktywny procesor DSP w celu obliczenia z dużą precyzją wartości prądu i napięcia sprzężenia zwrotnego dla złożonych algorytmów sterowania.
Sterowanie bramą i zarządzanie krytycznym czasem
Wszystkie polecenia bramkowania wydawane przez IS200BICIH1A do kart sterownika bramki IGCT (IS200IGPA) podlegają wymuszonym sprzętowo ograniczeniom dotyczącym minimalnego czasu włączenia i minimalnego czasu wyłączenia, aby zapobiec uszkodzeniu kosztownych urządzeń IGCT. Do kluczowych funkcji zarządzania czasem bramkowania należą:
Synchronizacja wewnętrzna-zewnętrzna : Włączanie i wyłączanie zewnętrznych IGCT w odnodze mostu w stosunku do wewnętrznych IGCT jest precyzyjnie opóźniane zgodnie z czasami skosu zdefiniowanymi w oprogramowaniu sprzętowym.
Założenie fazy : Kiedy faza zmienia swój stan wyjściowy, IS200BICIH1A inicjuje zegar, który chwilowo blokuje wszystkie stany faz do czasu, aż dławik komutacyjny będzie miał wystarczająco dużo czasu na zresetowanie, zapobiegając w ten sposób niebezpiecznym zwarciom międzyfazowym.
Wykrywanie błędów sterownika bramki : IS200BICIH1A w sposób ciągły monitoruje informacje zwrotne o stanie technicznym z każdego modułu sterownika bramki IGCT. W przypadku wykrycia nieprawidłowego przepełnienia licznika sprzężenia zwrotnego stanu, natychmiast włącza się zatrzask błędu, powodując wyłączenie awaryjne układu napędowego.
Programowalny rdzeń logiczny
Potężna podstawowa funkcjonalność płyty IS200BICIH1A jest realizowana przez dwie wbudowane tablice bramek programowalnych (FPGA) oparte na pamięci SRAM: BRDG_IO FPGA i CELL_IO FPGA.
CELL_IO FPGA : Ten FPGA jest szczególnie odpowiedzialny za dyskretną kontrolę i ochronę bezpośrednio związaną ze sterownikami bramek IGCT. Zarządza precyzyjnym synchronizacją cykli PWM i wykonuje najważniejsze działania zabezpieczające sprzęt, takie jak reagowanie na błędy przetężenia lub przebicia poprzez natychmiastowe wyłączenie odpowiednich urządzeń i rejestrowanie zdarzeń usterek w rejestrach stanu. Zawiera timery PWM, rejestry stanu początkowego itp. Wszystkie parametry sterujące wykorzystują strukturę podwójnie buforowaną, co pozwala na ich aktualizację w ramach jednego interwału zadaniowego i działanie synchroniczne od następnego impulsu obciążenia.
BRDG_IO FPGA : Pełniąc funkcję interfejsu pomiędzy DSPX/lokalnym DSP i sygnałami sterującymi mostka, ten FPGA zarządza wszystkimi ogólnymi dyskretnymi wejściami/wyjściami, raportowaniem błędów, licznikami VCO, interfejsem tachometru i analogowymi wejściami/wyjściami. Wbudowane liczniki VCO zliczają wartości liczników zatrzasków do odczytania przez którykolwiek procesor. Interfejs tachometru obsługuje precyzyjne obliczenia impulsów ułamkowych. Ponadto dostęp do zapisu do wszystkich rejestrów poleceń jest zablokowany, gdy flaga Power Electronics Enable (PE_ENABLE) jest aktywna, co zapobiega błędnym operacjom podczas pracy przemiennika.
System Zabezpieczeń i Diagnostyki
IS200BICIH1A charakteryzuje się wielowarstwową, wielowymiarową siecią zabezpieczającą i diagnostyczną, zapewniającą skuteczne zabezpieczenie we wszystkich nietypowych warunkach pracy.
Natychmiastowa ochrona sprzętu : Wykonywana głównie przez układ FPGA CELL_IO z niezwykle krótkimi czasami reakcji.
Wyłączenie ochronne (PTO) : Wyzwalane przez błąd obciążenia (zatrzaśnięty), chwilowe przetężenie lub błąd sterownika bramki, natychmiast wyłączające ogniwa poszkodowane.
Zabezpieczenie przed skutkami przebicia : wykrywa niebezpieczne szybkości zmian prądu (di/dt) poprzez monitorowanie napięcia na dławiku obwodu pośredniego. Jeśli stan utrzymuje się dłużej niż czas filtrowania zwarć, zostaje ustawiony zatrzask głównego zwarcia, inicjując akcję zamrożenia wszystkich jednostek fazowych. Zapewnia to wystarczający czas na wyłączenie bezpieczników w uszkodzonej fazie, zapobiegając eskalacji uszkodzenia.
Monitorowanie i raportowanie stanu : Za pośrednictwem rejestrów stanu BRDG_IO i CELL_IO, IS200BICIH1A zgłasza szeroką gamę błędów i informacji o statusie, w tym między innymi: różne awarie zasilania, błędy zegara, błędy sterownika bramki dla wszystkich IGCT, awarie bezpieczników i błędy połączeń kablowych.
Autodiagnostyka pokładowa :
Identyfikacja płytki (BRDID) : IS200BICIH1A zawiera wbudowany szeregowy chip PROM ID, którego sieć identyfikacyjna jest rozszerzona na płytki GGXI. Unikalny mechanizm wykrywania kierunku prądu zapewnia prawidłowe połączenie kabli PFBK i JGATE, zapobiegając krzyżowaniu przewodów.
Wskaźnik na panelu przednim : Pojedynczy wskaźnik LED IMOK zapewnia intuicyjne wizualne wyświetlanie stanu zdrowia płyty; jeśli dioda LED jest wyłączona, sygnalizowany jest stan błędu.
Punkty testowe : Na panelu przednim znajduje się łącznie 8 punktów testowych, od TP1 do TP8 , które wytwarzają kluczowe sygnały analogowe, takie jak prądy fazy A1/B1/C1 i napięcia międzyfazowe VAB1/VBC1, a także dodatnie i ujemne napięcia szyny DC, w celu wygodnej diagnostyki na miejscu.
Analogowe we/wy : System integruje trzy 12-bitowe wejścia analogowe do monitorowania lokalnej temperatury otoczenia płytki, temperatury zewnętrznego termistora i wykonywania autotestu pętli zwrotnej napięć ochronnych. Posiada również jedenaście wyjść analogowych używanych do ustawiania progów zabezpieczeń i zapewniania diagnostycznej konwersji C/A.
