A placa de controle do processador de sinal digital GE IS200DSPXH1BBA é o controlador principal para a ponte e o regulador do motor e funções de disparo para inversores Innovation Series™, e também controla funções de controle de campo do gerador para o controle de excitação EX2100™. A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA fornece funções lógicas, de processamento e de interface, integrando um processador de sinal digital de alto desempenho, componentes de memória padrão e um circuito integrado específico da aplicação que executa funções lógicas personalizadas. A placa foi projetada para aplicações de controle industrial exigentes, onde resposta determinística em tempo real, manuseio abrangente de E/S e comunicação confiável são essenciais.
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA é identificada pela convenção de numeração de peça GE usada em toda a linha de produtos de sistemas de controle industrial. O prefixo “IS200” identifica a placa como um produto da GE Industrial Control Systems, com “200” indicando especificamente que a placa é um conjunto de nível básico. A sigla “DSPX” identifica a designação funcional da placa como Placa de Controle do Processador de Sinais Digitais. A designação “H1” identifica o grupo de hardware e o revestimento isolante, enquanto o sufixo “BBA” identifica a combinação de arte e revisão funcional. Todos os dígitos são importantes ao solicitar ou substituir qualquer placa, pois placas de diferentes níveis de revisão podem não conter hardware idêntico, e a GE garante compatibilidade retroativa de placas de substituição, ao mesmo tempo em que observa que diferentes níveis de revisão podem não conter componentes idênticos. Existem diversas variações da placa DSPX, e o número da peça específico deve ser mencionado ao solicitar ou substituir a placa para garantir configuração e compatibilidade corretas.
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA inclui um processador de sinal digital de alto desempenho operando a 60 MHz, suportado por memória FLASH para imagens de inicialização e execução de código, RAM para armazenamento de dados e execução de código, NVRAM para armazenamento de dados não voláteis e memória adicional para identificação de revisão da placa. A placa também incorpora um ASIC que implementa a maioria das funções especializadas e de suporte, incluindo interfaces seriais, sincronização de pulso de carga, temporizador watchdog, contadores VCO, interfaces de tacômetro, entradas discretas, saídas PWM e lógica de seleção de chip do backplane. A placa se conecta ao backplane através de um conector DIN de 4 linhas e 128 pinos (P1) e na aplicação EX2100 ela é conectada a outra placa, a EISB, com as duas placas destacáveis quando necessário.
Esta introdução ao produto fornece informações técnicas detalhadas, descrições funcionais, atribuições de conectores, orientações de configuração e especificações abrangentes para a placa de controle do processador de sinal digital GE IS200DSPXH1BBA, servindo como uma referência essencial para engenheiros de inversores, técnicos de manutenção e integradores de sistemas que trabalham com equipamentos de controle industrial GE.
Arquitetura Funcional e Processamento de Sinais
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA é construída em torno de uma arquitetura robusta centrada no processador de sinal digital de ponto flutuante e no ASIC personalizado que, juntos, fornecem controle determinístico em tempo real, manuseio abrangente de E/S e comunicação flexível. A placa executa diversas funções distintas que garantem controle confiável e preciso do inversor ou ponte de potência do excitador e aquisição precisa de sinais de feedback.
O processador de sinal digital na placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA funciona a 60 MHz e fornece quatro interrupções externas durante a operação normal. A interrupção de estouro de pilha (INT0) é gerada quando a pilha de primeiro plano ou a pilha de segundo plano estouram; se ambas as pilhas estourarem simultaneamente, uma reinicialização total será gerada e um registro de configuração permitirá que a redefinição de estouro de pilha seja desabilitada. A interrupção de pulso de carga do loop interno (INT1) sincroniza o software de controle com o ciclo de comutação da ponte de potência. Duas entradas configuráveis (INT2 e INT3) fornecem flexibilidade adicional para eventos específicos da aplicação e requisitos de sincronização.
O subsistema de memória da placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA inclui memória FLASH para imagens de inicialização DSP, execução de código, armazenamento de itens configuráveis e registros de histórico do sistema; RAM para armazenamento de dados e execução de código; NVRAM para armazenamento de dados não voláteis; e memória adicional para identificação de revisão da placa. O carregador de boot armazenado em FLASH controla a sequência de inicialização e não deve ser recarregado em campo. O código da aplicação define as funções de controle específicas para o inversor ou produto excitador e é carregado através da porta da ferramenta no excitador. Os parâmetros de configuração são carregados usando a caixa de ferramentas, com os parâmetros do excitador carregados pela Unit Data Highway e os parâmetros do inversor carregados através de uma porta serial, ISBus ou Ethernet para ACL, quando aplicável.
O ASIC personalizado na placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA fornece quatro interfaces seriais para P1: duas interfaces ISBus™ de cinco Mb/s usadas como mestre ou escravo, uma interface TTL assíncrona para uma ferramenta de configuração baseada em PC, incluindo sinais de dados RX, TX e TXEN/RTS, e uma interface TTL assíncrona para uma placa de programador, incluindo sinais de dados RX, TX e RTS. Também é fornecido um registro de identificação de revisão ASIC legível pelo DSP, permitindo que o firmware verifique a revisão ASIC e se configure adequadamente.
A sincronização de sinais de pulso de carga executa funções críticas na placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA. O sinal de pulso de carga do loop interno captura os valores de E/S, como tensões de ponte, motor ou gerador e VCOs de corrente, contadores de tacômetro e entradas discretas. Ele também pode sincronizar os canais ISBus, o software e as saídas de gateway para pontes. Em um submúltiplo ou múltiplo do pulso de carga do circuito interno, o sinal de pulso de carga do circuito de aplicação é usado para capturar valores de outros VCOs de aplicação e, opcionalmente, dos tacômetros. Para facilitar a sincronização do firmware dos sinais de pulso de carga, um registro de 6 bits é incrementado em cada pulso de carga do loop interno e redefinido em cada pulso de carga do loop de aplicação.
Um temporizador de watchdog é ativado e alternado periodicamente pelo DSP com um intervalo de alternância configurável; um tempo limite do temporizador watchdog gera uma reinicialização completa, garantindo que um processador parado não possa deixar a unidade em um estado inseguro. Um temporizador de execução livre de 24 bits também é fornecido e usado como referência para determinadas funções. A detecção de estouro de pilha é fornecida tanto para a pilha de primeiro plano da memória interna quanto para a pilha de segundo plano da SRAM externa, com a interrupção INT0 gerada se alguma das pilhas estourar.
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA possui cinco entradas diferenciais de aplicação de pares HIFI que suportam múltiplas opções de configuração. Essas entradas podem ser usadas como duas interfaces de tacômetro incrementais em quadratura, uma delas com capacidade de marcador. Os sinais acionam dois contadores ascendentes/descendentes de 16 bits que mantêm seu estado atual quando as entradas estão no mesmo nível e mudam de estado quando as entradas são diferencialmente opostas. Um temporizador de cinco MHz é redefinido cada vez que o contador aumenta ou diminui, e um registrador de estado registra a direção da última contagem. Associado a cada um desses contadores, temporizadores e registros está um registro de captura que pode ser configurado para capturar os valores na ocorrência do pulso de carga do loop interno ou do pulso de carga do loop de aplicação. Um pulso de marcador é usado para travar ou zerar o contador ascendente/descendente.
As cinco entradas HIFI diferenciais podem alternativamente ser usadas como contadores VCO de camada de aplicação ou interfaces de tacômetro de canal único. Cinco contadores de 16 bits são incrementados nas entradas decodificadas e filtradas diferencialmente, e esses valores de contador são capturados em registros que o DSP pode ler pelo pulso de carga do loop do aplicativo. As cinco entradas HIFI diferenciais também podem ser usadas como até dez entradas discretas, com cada entrada filtrada para três ciclos de clock do sistema e diretamente legível pelo DSP em um buffer.
Seis entradas do backplane são filtradas digitalmente e inseridas nos contadores VCO na placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA. Estes são contadores de 16 bits com registros de captura travados pelo pulso de carga do loop interno e legíveis pelo DSP. As entradas vêm de placas de E/S específicas de tecnologia, como BIC (interface de ponte) ou placas de interface de excitador, permitindo que o DSPX adquira feedback VCO de ponte de circuitos de detecção de corrente e tensão. Seis entradas VCO de ponte de 0–2 MHz são fornecidas para feedbacks de corrente e tensão.
Capacidades de saída
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA fornece duas saídas PWM operando em uma frequência fixa de 24 kHz com resolução de 10 bits cada, ocupando um registro de 20 bits. Essas saídas podem ser usadas para acionar medidores de instrumentação ou outras saídas, fornecendo indicação analógica flexível sem hardware adicional. Diversas E/S de placa de expansão (SYNC OUT) são fornecidas para funções de sincronização na camada da placa BIC, e uma saída SYNC_LAN é fornecida para sincronização de LAN. Uma saída BIC_disable informa ao BIC para desligar a energia durante a inicialização, com um nível alto desabilitando a ponte. Três saídas de pulso de carga, três sinais de interface de teclado e três sinais de interface de ferramenta ampliam as opções de conectividade da placa.
Interface de backplane e definições de E/S
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA inclui três conectores de E/S: o conector do backplane P1, a porta do emulador P5 DSP e a porta do monitor de engenharia P6. A entrada de alimentação de 5 V (P5, −2%/+5%) também é fornecida através de P1. O conector P1 fornece espaço de endereço de barramento de processo mapeado em memória com quatro sinais de seleção de chip para suportar interfaces para ponte e entrada/saída do cliente, e também contém controles individuais para uma interface serial UART padrão para uma placa de programador e uma ferramenta de configuração, além de duas interfaces seriais proprietárias ISBus adicionais para camada de controle de aplicativo ou funções de expansão local.
O conector backplane P1 na placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA é organizado em quatro linhas (A, B, C e D) de 32 pinos cada. O conjunto de sinais inclui um barramento de dados de 32 bits, um barramento de endereço DSP de 14 bits, dois sinais de saída de controle de barramento (ORD e OWR), quatro saídas de seleção de chip de backplane (BIC_, LAN, IO, SPR), uma entrada de handshake pronto/ocupado para a lógica de estado de espera DSPX, quatro saídas de sinal de clock (2–30 MHz CPU_CLK e 2–20 MHz CLK 20), quatro entradas de interrupção, uma entrada de identificação de placa (serial ID LAN), uma entrada de reinicialização total, seis entradas VCO de ponte de 0–2 MHz, quatro sinais de canal serial ISBus (TX e RX para dois canais), três saídas de pulso de carga, três sinais de interface de teclado, três sinais de interface de ferramenta, uma saída BIC_ desabilitada, dez entradas de aplicação HIFI, duas saídas PWM de medidor, uma saída SYNC_LAN, oito pinos de alimentação P5, dezesseis retornos de fonte de alimentação DCOM, quatro pinos reservados (ACOM, P15, N15) e cinco pinos não utilizados.
A porta do emulador P5, localizada no painel frontal da placa, fornece uma interface para a porta do emulador TI e uma interface de varredura semelhante ao JTAG para permitir a emulação e também a programação FLASH. O conector P5 fornece retornos DCOM, interfaces de ponto de emulador EMU1 e EMU3, alimentação P5 e uma saída de clock DSP de 30 MHz no pino 12. A porta de monitor de engenharia P6, também localizada no painel frontal da placa, conecta-se à porta serial síncrona DSP em níveis TTL e permite a conexão a um terminal para uso exclusivo de engenharia GE. O conector P6 fornece alimentação P5, saída de transmissão de dados (DX0), pulso de sincronização de quadro para transmissão (FSX0), relógio de transmissão (CLKX0), inicialização da porta serial (SERBOOT), pino de flag externo (C31_XF0), relógio de recepção (CLKR0), pulso de sincronização de quadro para recepção (FSR0) e recebimento de dados (DR0). As portas dos pontos de teste P6 e P7 localizadas na superfície da placa são apenas para uso em testes e desenvolvimento.
Luzes indicadoras e diagnósticos
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA inclui dois LEDs em seu painel frontal que fornecem informações essenciais sobre o status operacional. O LED vermelho FAULT (DS1) é acionado pelo DSP; quando aceso ou piscando indica que ocorreu uma falha ou que a placa está em reset. O LED permanece apagado quando não há falhas. O LED verde de STATUS (DS2) é um monitor de status acionado pelo DSP; pisca quando o sistema está em funcionamento, fica continuamente aceso quando o sistema está parado, mas operacional, e apaga quando ocorre uma falha ou durante a reinicialização. Juntos, esses dois indicadores permitem que os operadores e o pessoal de manutenção avaliem rapidamente o status do sistema, sem a necessidade de equipamento de teste externo.
Firmware e configuração integrados
O firmware integrado da placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA é armazenado na memória FLASH e está organizado em três tipos principais. O carregador de inicialização controla a sequência de inicialização e não deve ser recarregado em campo. O código da aplicação define as funções de controle específicas para o inversor ou produto excitador e é carregado através da porta da ferramenta no excitador. Os parâmetros de configuração são carregados usando a caixa de ferramentas, com os parâmetros do excitador carregados pela Unit Data Highway e os parâmetros do inversor carregados através de uma porta serial, ISBus ou Ethernet para ACL, quando aplicável. Após a substituição do DSPX, ele deverá ser reconfigurado e a caixa de ferramentas da GE Control Systems fornecerá os procedimentos necessários.
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA não possui fusíveis, dispositivos de hardware ajustáveis ou pontos de teste do usuário. A placa é montada no rack de placas e conectada ao backplane através do conector DIN de 4 fileiras e 128 pinos (P1). Na aplicação EX2100, o DSPX é conectado à placa EISB e essas duas placas podem ser desconectadas quando necessário para substituição. Como as placas são codificadas para slots de rack específicos, a inserção do DSPX no slot errado pode danificar os componentes eletrônicos, e a placa deve ser encaixada corretamente com os parafusos prisioneiros apertados uniformemente para garantir o encaixe adequado do backplane.
Procedimentos de instalação e substituição
A instalação e substituição adequadas da placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA requerem atenção cuidadosa aos procedimentos de segurança. As placas de fiação impressa podem conter componentes sensíveis à estática, portanto, todas as placas devem ser tratadas com técnicas de manuseio sensíveis à estática, armazenadas em sacos ou caixas antiestáticas e manuseadas com uma cinta de aterramento em uma estação de trabalho normalmente aterrada.
Para inversores da Série Innovation, a alimentação deve ser desligada e verificada antes de tocar na placa ou em qualquer circuito conectado, e as conexões da placa nunca devem ser removidas, inseridas ou ajustadas enquanto a alimentação estiver aplicada. Para remover a placa do rack, o inversor deve ser desenergizado, a porta do gabinete aberta e os circuitos testados quanto à ausência de energia. Os parafusos na parte superior e inferior da placa perto das abas do ejetor são afrouxados (os parafusos são prisioneiros e não devem ser removidos), a placa é desencaixada levantando cada aba do ejetor e a placa é puxada suavemente do rack do barramento usando ambas as mãos.
Para substituição do controle de excitação off-line, o excitador deve ser desenergizado seguindo os procedimentos em GEH-6631 ou GEH-6674 e todas as práticas locais de bloqueio/sinalização. Os indicadores de energia nas fontes de alimentação EPDM e EPSM devem estar desligados e os LEDs DSPX devem estar desligados antes de continuar. Os seis cabos de fibra óptica são desconectados do painel frontal do EISB, o DSPX e o EISB conectado são removidos juntos, afrouxando os parafusos prisioneiros, levantando as abas do ejetor e puxando ambas as placas do rack, e o EISB é então removido da parte inferior do DSPX e conectado ao DSPX substituto. As placas de substituição são inseridas no slot correto, encaixadas pressionando a parte superior e inferior das placas frontais e fixadas apertando alternadamente os parafusos para garantir que o módulo esteja encaixado corretamente. Todos os cabos de comunicação são reconectados e o DSPX deve ser reconfigurado após a substituição usando a caixa de ferramentas da GE Control Systems.
Para substituição on-line em um sistema de controle redundante, é possível substituir o DSPX com falha enquanto o excitador estiver em execução, embora deixar o DSPX com falha no lugar e funcionando no controlador restante acarrete o risco de que uma segunda falha na placa em outro controlador desligue o excitador. O DSPX com falha é confirmado pelos indicadores na parte frontal da placa, e a seção do rack de controle que contém o DSPX a ser substituído é desenergizada seguindo o procedimento para o tipo específico de EX2100. É confirmado que o controle foi transferido para o outro mestre, e todos os indicadores de energia nas placas na seção do rack afetada são confirmados antes de tocar no DSPX ou em qualquer circuito conectado. Os cabos de fibra óptica são desconectados, o DSPX e o EISB conectado são removidos, o EISB é transferido para o DSPX substituto e as placas substitutas são instaladas e encaixadas como no procedimento off-line. A energia é então aplicada à seção apropriada do rack de controle, os LEDs indicadores de energia no EPDM e EPSM são verificados, os LEDs verdes de energia nas placas controladoras adjacentes são verificados e todos os cabos de comunicação são reconectados. O DSPX substituído pode ser testado transferindo o controle do mestre ativo para o mestre inativo e observando a operação correta, e a placa deve ser reconfigurada usando o GE Control Systems Toolbox.
Adequação de aplicativos e integração de sistemas
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA é um componente integral dos inversores Innovation Series™ e dos sistemas de controle de excitação EX2100™ da GE, fornecendo o controle primário, aquisição de sinal e funções de comunicação que são essenciais para a operação do inversor ou excitador. Nos inversores da Série Innovation, a placa serve como controlador primário para a ponte e o regulador do motor e funções de disparo, executando os algoritmos de controle que regulam a velocidade, o torque e a corrente do motor enquanto sincroniza as saídas de disparo para a ponte de potência. No Controle de Excitação EX2100, a placa controla as funções de controle do campo do gerador, regulando a corrente e a tensão do campo para manter a tensão do terminal do gerador e a saída de potência reativa.
Os abrangentes recursos de E/S da placa suportam uma ampla gama de sinais de feedback e controle. As seis entradas VCO da ponte adquirem feedback de corrente e tensão da ponte de alimentação, as cinco entradas HIFI diferenciais suportam tacômetro, VCO e funções de entrada discreta, e as duas saídas PWM fornecem acionamentos de medidores de instrumentação ou outras saídas analógicas. As quatro interfaces seriais, incluindo dois canais ISBus, suportam comunicação com a camada de controle de aplicativos, ferramentas de configuração e placas de programação, enquanto o chip do backplane seleciona e barramentos de endereço/dados suportam interfaces mapeadas em memória para ponte e E/S do cliente.
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA foi projetada para fácil integração ao sistema de inversor ou excitador. Seu conector de backplane padrão, emulador de painel frontal e portas de monitor e indicadores de diagnóstico abrangentes simplificam a instalação e a manutenção. O revestimento isolante da placa oferece proteção contra umidade, poeira e contaminantes químicos, aumentando a confiabilidade em ambientes industriais exigentes. O temporizador watchdog, a detecção de estouro de pilha e a identificação de revisão ASIC fornecem proteção em camadas contra falhas de software e hardware, contribuindo para a alta disponibilidade do sistema.
Manutenção e Ciclo de Vida
A placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA foi projetada para longa vida útil com manutenção mínima. A placa não contém fusíveis, dispositivos de hardware ajustáveis ou pontos de teste do usuário, e sua construção em estado sólido garante alta confiabilidade em operação industrial contínua. A manutenção de rotina consiste na inspeção visual periódica da placa, dos conectores e do hardware de montagem, na verificação das indicações de LED do painel frontal e na confirmação de que os parafusos prisioneiros estão devidamente apertados e que a placa está encaixada corretamente no slot do rack.
Se uma placa falhar, a substituição requer atenção cuidadosa aos procedimentos de segurança descritos na seção de instalação e substituição. Depois de desligar toda a energia e verificar se não existe energia na placa, os cabos de fibra óptica são desconectados do painel frontal do EISB, o DSPX e o EISB conectado são removidos juntos, o EISB é transferido para o DSPX substituto e as placas substitutas são instaladas e encaixadas. A energia é então aplicada, os indicadores LED são verificados, todos os cabos de comunicação são reconectados e a placa é reconfigurada usando a caixa de ferramentas da GE Control Systems.
A GE Industrial Control Systems garante a compatibilidade de suas placas de substituição, mesmo que placas de diferentes níveis de revisão possam não conter hardware idêntico. Ao solicitar uma placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA de reposição, forneça o número completo da peça e a descrição, o número de série do inversor ou excitador e o número da lista de materiais (ML). A fábrica pode substituir versões posteriores com base na disponibilidade e melhorias de design, mas a compatibilidade retroativa das placas de substituição é garantida.
Conclusão
A placa de controle do processador de sinal digital GE IS200DSPXH1BBA é um controlador primário confiável, robusto e altamente integrado para inversores GE Innovation Series™ e sistemas de controle de excitação EX2100™. Seu DSP de ponto flutuante de 60 MHz de alto desempenho, subsistema de memória abrangente e ASIC personalizado fornecem o poder de processamento, flexibilidade de E/S e recursos de comunicação necessários para controle preciso em tempo real da ponte de energia e do campo do gerador. A sincronização de pulso de carga da placa, o temporizador watchdog, a detecção de estouro de pilha e a identificação de revisão ASIC fornecem proteção em camadas e operação determinística, enquanto seu revestimento isolante garante confiabilidade em ambientes industriais exigentes.
Com seu conector de backplane padrão, emulador de painel frontal e portas de monitor, LEDs de diagnóstico claramente marcados e documentação abrangente, a placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA é um componente essencial em inúmeras instalações industriais de inversores e excitadores em todo o mundo. Apoiada pela qualidade de fabricação da GE, pela rede de suporte global e pelo compromisso com a compatibilidade com versões anteriores, a placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA continua a oferecer o desempenho, a durabilidade e a facilidade de uso que os usuários industriais esperam da GE. Seja usada em uma nova instalação ou como substituição de uma placa existente, a placa de controle do processador de sinal digital IS200DSPXH1BBA fornece o controle, o processamento e a funcionalidade de interface necessários para uma operação confiável e eficiente de inversores e excitadores industriais.
