Плата контроллера мостового интерфейса IS200BICIH1A — это основной компонент управления, разработанный компанией GE Industrial Systems для приводных систем Innovation Series™. Являясь высокоинтегрированным и мощным контроллером, IS200BICIH1A в основном используется для управления и контроля мостовых инверторных устройств, в которых в качестве переключающих устройств используются тиристоры с интегрированным затвором (IGCT). Плата IS200BICIH1A монтируется в стандартную стойку для плат Innovation Series™ и благодаря точной координации с объединительной платой, различными платами сбора сигналов и схемами управления затворами обеспечивает управление в реальном времени, формирование сигнала и многомерную защиту для сложных систем силового электронного преобразования.
Основная ценность IS200BICIH1A заключается в его мощной способности управлять до 28 устройствами IGCT, поддерживая генерацию трехуровневой логики управления инвертором, одновременно управляя диодным источником и секцией динамического торможения (DB). Что касается аппаратного обеспечения, IS200BICIH1A объединяет несколько логических микросхем FPGA, процессор цифровых сигналов (DSP), предназначенный для совместной обработки, и многочисленные дочерние платы. Это создает многоуровневую, высоконадежную архитектуру системы, начиная от быстрой защиты за доли микросекунды и заканчивая совместной обработкой сложных алгоритмов управления.
Основные функции и архитектура управления
Плата IS200BICIH1A взаимодействует с объединительной платой узла управления IS200CABP через разъемы объединительной панели P1 и P2, обеспечивая взаимодействие сигналов с главным контроллером системы и другими периферийными платами. Входное питание для IS200BICIH1A обеспечивается платой источника питания стойки DS200RAPA, подаваемой через объединительную панель. Выступая в качестве ядра управления, IS200BICIH1A получает команды управления воротами и сигналы обратной связи о состоянии от платы интерфейса питания моста IS200BPII, обрабатывая и пересылая эти сигналы.
Что касается локальной интеллектуальной обработки, IS200BICIH1A оснащен встроенным процессором цифровых сигналов (DSP), который работает как сопроцессор для основной платы управления DSPX. Процесс загрузки централизованно управляется платой DSPX: плата DSPX сначала загружает образ загрузчика в двухпортовую ОЗУ (DPRAM), затем выдает сигнал сброса для локального DSP IS200BICIH1A, позволяя ему начать выполнение кода. Два процессора разделяют доступ к локальным аппаратным регистрам через встроенный механизм арбитража в логике регистров, обеспечивая упорядоченное и последовательное взаимодействие команд управления и данных о состоянии.
Обработка сигналов и высокоточные механизмы обратной связи
Плата IS200BICIH1A имеет три разъема на передней панели — PFBK1, PFBK2 и PSRC, которые служат ключевыми интерфейсами для обеспечения высокоточного сбора сигналов и быстрой защиты.
Разъемы PFBK1 и PFBK2 : эти два 44-контактных разъема высокой плотности отвечают за прием сигналов от плат нагрузки/источника расширения IS200GGXI. PFBK1 обрабатывает сигналы обратной связи от первого полного моста или первой половины ячеек в конфигурации последовательного моста, а PFBK2 обрабатывает сигналы обратной связи от дополнительного второго полного моста или второй половины ячеек. Типы сигналов обратной связи включают фазные токи, фазные напряжения и напряжения звена постоянного тока.
Разъем PSRC : этот 50-контактный разъем высокой плотности принимает сигналы обратной связи от платы источника расширительного диода IS200GGXD и отвечает за отправку сигналов управления затвором на переключатели IGCT динамического торможения (DB).
Изоляция обратной связи по напряжению . Сигналы напряжения от платы масштабирования обратной связи по напряжению DS200NATO надежно изолируются на плате IS200BICIH1A посредством ослабления.
Все аналоговые сигналы обратной связи по току и напряжению передаются дифференциально по экранированной витой паре внутри экранированных кабелей к IS200BICIH1A. При входе на плату эти сигналы разделяются на два параллельных пути обработки:
Путь быстрой аппаратной защиты : аналоговые сигналы напрямую сравниваются с несколькими программируемыми пороговыми значениями для генерации логических сигналов защиты для немедленных действий оборудования, таких как отключение защиты от перегрузки по току, отключение при неисправности нагрузки и сигналы о неисправности замораживания тока.
Программный высокоточный путь выборки : каждый аналоговый сигнал обратной связи проходит через синхронный генератор, управляемый напряжением (ГУН), линейно преобразуя значение аналогового напряжения в частотный сигнал. Выходная частота изменяется линейно от 0 Гц для полномасштабного отрицательного входа до 2 МГц для полномасштабного положительного входа. Эти частотные сигналы управляют счетчиками в FPGA BRDG_IO, которые затем считываются активным DSP для вычисления высокоточных значений обратной связи по току и напряжению для сложных алгоритмов управления.
Командование воротами и управление критическим временем
На все команды управления, выдаваемые IS200BICIH1A платам драйвера затвора IGCT (IS200IGPA), распространяются аппаратные ограничения минимального времени включения и минимального времени выключения, чтобы предотвратить повреждение дорогостоящих устройств IGCT. Его ключевые функции управления временем открытия включают в себя:
Внутренняя-внешняя синхронизация : включение и выключение внешних IGCT в ветви моста относительно внутренних IGCT точно задерживаются в соответствии со временем асимметрии, определенным в встроенном программном обеспечении.
Перекрытие фаз : когда фаза меняет свое выходное состояние, IS200BICIH1A запускает таймер, который на мгновение замораживает все состояния фаз до тех пор, пока у коммутирующего реактора не будет достаточно времени для сброса, тем самым предотвращая опасные межфазные короткие замыкания.
Обнаружение неисправности драйвера затвора : IS200BICIH1A постоянно контролирует обратную связь о состоянии работоспособности от каждого модуля драйвера затвора IGCT. Если обнаруживается переполнение счетчика обратной связи о ненормальном состоянии, немедленно устанавливается фиксация неисправности, вызывающая отключение системы привода.
Программируемое логическое ядро
Мощная основная функциональность платы IS200BICIH1A реализуется с помощью двух встроенных программируемых вентильных матриц (FPGA) на базе SRAM: FPGA BRDG_IO и FPGA CELL_IO.
CELL_IO FPGA : эта FPGA конкретно отвечает за дискретное управление и защиту, непосредственно связанную с драйверами затворов IGCT. Он управляет точной синхронизацией циклов ШИМ и выполняет наиболее важные действия по защите оборудования, такие как реагирование на перегрузки по току или сквозные сбои путем немедленного отключения затронутых устройств и записи событий сбоев в регистры состояния. Он содержит таймеры ШИМ, регистры начального состояния и т. д. Все параметры управления используют структуру с двойной буферизацией, что позволяет им обновляться в пределах одного интервала задачи и синхронно вступать в силу при следующем импульсе нагрузки.
BRDG_IO FPGA : служит интерфейсом между DSPX/локальным DSP и сигналами управления мостом. Эта FPGA управляет всем общим дискретным вводом-выводом, отчетами о неисправностях, счетчиками VCO, интерфейсом тахометра и аналоговым вводом-выводом. Его встроенные счетчики VCO фиксируют значения счетчика для чтения любым процессором. Интерфейс тахометра поддерживает высокоточные вычисления дробных импульсов. Кроме того, доступ для записи ко всем командным регистрам блокируется, когда активен флаг включения силовой электроники (PE_ENABLE), что предотвращает ошибочные операции во время работы привода.
Система защиты и диагностики
IS200BICIH1A имеет многоуровневую многомерную сеть защиты и диагностики, обеспечивающую эффективную защиту при любых нештатных условиях эксплуатации.
Мгновенная аппаратная защита : в основном выполняется FPGA CELL_IO с чрезвычайно быстрым временем отклика.
Защитное отключение (PTO) : Запускается при неисправности нагрузки (с фиксацией), мгновенной перегрузкой по току или неисправности драйвера затвора, немедленно отключая пострадавшую ячейку(и).
Защита от сквозного замыкания : обнаруживает опасные скорости изменения тока (di/dt) путем мониторинга напряжения на реакторе звена постоянного тока. Если состояние сохраняется дольше, чем время фильтра неисправностей, устанавливается фиксация основного повреждения, инициирующая действие замораживания для всех фазовых блоков. Это дает достаточно времени для размыкания предохранителей в поврежденной фазе, предотвращая эскалацию неисправности.
Мониторинг состояния и отчетность : через регистры состояния BRDG_IO и CELL_IO IS200BICIH1A сообщает о широком спектре неисправностей и информации о состоянии, включая, помимо прочего: различные неисправности источника питания, неисправности часов, неисправности драйверов затворов для всех IGCT, неисправности предохранителей и ошибки кабельного подключения.
Бортовая самодиагностика :
Идентификация платы (BRDID) : IS200BICIH1A включает в себя встроенный чип последовательного идентификатора PROM, сеть идентификации которого расширена до плат GGXI. Уникальный механизм определения направления тока обеспечивает правильное подключение кабелей PFBK и JGATE, предотвращая перепутывание проводов.
Индикатор на передней панели : одиночный светодиодный индикатор IMOK обеспечивает интуитивно понятное визуальное отображение состояния работоспособности платы; если светодиод не горит, это указывает на неисправность.
Контрольные точки : на передней панели имеется в общей сложности 8 контрольных точек, от TP1 до TP8 , которые выдают ключевые аналоговые сигналы, такие как токи фаз A1/B1/C1 и линейные напряжения VAB1/VBC1, а также положительные и отрицательные напряжения шины постоянного тока, для удобной диагностики на месте.
Аналоговый ввод/вывод : система объединяет три 12-битных аналоговых входа для мониторинга локальной температуры окружающей среды платы, температуры внешнего термистора и выполнения самотестирования пороговых защитных напряжений. Он также имеет одиннадцать аналоговых выходов, используемых для установки порогов защиты и обеспечения диагностического цифро-аналогового преобразования.
