Bảng điều khiển giao diện cầu nối IS200BICIH1A là thành phần điều khiển cốt lõi được GE Industrial Systems thiết kế cho các hệ thống truyền động Innovation Series™ của họ. Là bộ điều khiển mạnh mẽ và tích hợp cao, IS200BICIH1A chủ yếu được sử dụng để quản lý và điều khiển các bộ biến tần cầu sử dụng Thyristor chuyển mạch cổng tích hợp (IGCT) làm thiết bị chuyển mạch. Bo mạch IS200BICIH1A được gắn vào giá bo mạch tiêu chuẩn Innovation Series™ và thông qua sự phối hợp chính xác với bảng nối đa năng, các bảng thu tín hiệu khác nhau và mạch truyền động cổng, thực hiện điều khiển thời gian thực, điều hòa tín hiệu và bảo vệ đa chiều cho các hệ thống chuyển đổi điện tử công suất phức tạp.
Giá trị cốt lõi của IS200BICIH1A nằm ở khả năng mạnh mẽ điều khiển tới 28 thiết bị IGCT, hỗ trợ tạo logic điều khiển biến tần ba cấp, đồng thời điều khiển nguồn diode và phần Phanh động (DB). Về phần cứng, IS200BICIH1A tích hợp nhiều chip logic FPGA, Bộ xử lý tín hiệu số (DSP) dành riêng cho việc đồng xử lý và nhiều bo mạch con. Điều này thiết lập một kiến trúc hệ thống phân lớp, có độ tin cậy cao, từ bảo vệ nhanh dưới micro giây đến đồng xử lý thuật toán điều khiển phức tạp.
Chức năng cốt lõi và kiến trúc điều khiển
Bảng mạch IS200BICIH1A giao tiếp với Bảng mạch đa năng của cụm điều khiển IS200CABP thông qua các đầu nối bảng nối đa năng P1 và P2, cho phép tương tác tín hiệu với bộ điều khiển chính của hệ thống và các bảng ngoại vi khác. Nguồn đầu vào cho IS200BICIH1A được cung cấp bởi Bảng cung cấp điện giá đỡ DS200RAPA, được cung cấp qua bảng nối đa năng. Đóng vai trò là lõi điều khiển, IS200BICIH1A nhận tín hiệu phản hồi trạng thái và lệnh cổng từ Bảng giao diện nguồn cầu IS200BPII, điều hòa và chuyển tiếp các tín hiệu này.
Về xử lý thông minh cục bộ, IS200BICIH1A có Bộ xử lý tín hiệu số (DSP) tích hợp hoạt động như một bộ đồng xử lý cho bảng điều khiển DSPX chính. Quá trình khởi động của nó được quản lý tập trung bởi bảng DSPX: bảng DSPX trước tiên tải hình ảnh bộ tải khởi động vào RAM cổng kép (DPRAM), sau đó giải phóng tín hiệu đặt lại cho DSP cục bộ của IS200BICIH1A, cho phép nó bắt đầu thực thi mã. Hai bộ xử lý chia sẻ quyền truy cập vào các thanh ghi phần cứng cục bộ thông qua cơ chế phân xử tích hợp trong logic thanh ghi, đảm bảo sự tương tác có trật tự và nhất quán cho các lệnh điều khiển và dữ liệu trạng thái.
Cơ chế xử lý tín hiệu và phản hồi có độ chính xác cao
Bảng IS200BICIH1A cung cấp ba đầu nối bảng mặt trước – PFBK1, PFBK2 và PSRC – đóng vai trò là các giao diện chính để đạt được khả năng thu tín hiệu có độ chính xác cao và bảo vệ nhanh chóng.
Đầu nối PFBK1 và PFBK2 : Hai đầu nối mật độ cao 44 chân này chịu trách nhiệm nhận tín hiệu từ Bảng nguồn/Tải mở rộng IS200GGXI. PFBK1 xử lý tín hiệu phản hồi từ cầu đầy đủ đầu tiên hoặc nửa đầu của các ô trong cấu hình cầu nối tiếp, trong khi PFBK2 xử lý phản hồi từ cầu đầy đủ thứ hai tùy chọn hoặc nửa sau của các ô. Các loại tín hiệu phản hồi bao gồm dòng điện pha, điện áp pha và điện áp liên kết DC.
Đầu nối PSRC : Đầu nối mật độ cao 50 chân này nhận tín hiệu phản hồi từ Bảng nguồn Điốt mở rộng IS200GGXD và chịu trách nhiệm gửi tín hiệu điều khiển cổng đến các công tắc IGCT Phanh động (DB).
Cách ly phản hồi điện áp : Tín hiệu điện áp từ Bảng tỷ lệ phản hồi điện áp DS200NATO được cách ly an toàn trên bảng IS200BICIH1A thông qua sự suy giảm.
Tất cả tín hiệu phản hồi dòng điện và điện áp tương tự được truyền khác nhau thông qua cáp xoắn đôi có vỏ bọc bên trong cáp có vỏ bọc tới IS200BICIH1A. Khi vào bảng, các tín hiệu này được chia thành hai đường xử lý song song:
Đường dẫn bảo vệ nhanh phần cứng : Các tín hiệu tương tự được so sánh trực tiếp với nhiều giá trị ngưỡng có thể lập trình để tạo ra các tín hiệu logic bảo vệ cho hành động tức thời của phần cứng, chẳng hạn như tắt bảo vệ quá dòng, tắt lỗi tải và tín hiệu lỗi đóng băng hiện tại.
Đường dẫn lấy mẫu có độ chính xác cao của phần mềm : Mỗi tín hiệu phản hồi tương tự đi qua Bộ tạo dao động điều khiển điện áp (VCO) đồng bộ, chuyển đổi tuyến tính giá trị điện áp tương tự thành tín hiệu tần số. Tần số đầu ra dao động tuyến tính từ 0 Hz đối với đầu vào âm toàn thang đo đến 2 MHz đối với đầu vào dương toàn thang đo. Các tín hiệu tần số này điều khiển bộ đếm trong BRDG_IO FPGA, sau đó được DSP hoạt động đọc để tính toán các giá trị phản hồi dòng điện và điện áp có độ chính xác cao cho các thuật toán điều khiển phức tạp.
Lệnh cổng và quản lý thời gian quan trọng
Tất cả các lệnh cổng do IS200BICIH1A đưa ra cho bảng điều khiển Cổng IGCT (IS200IGPA) đều phải tuân theo các hạn chế về thời gian bật và tắt tối thiểu được thực thi bằng phần cứng để tránh làm hỏng các thiết bị IGCT đắt tiền. Các chức năng quản lý thời gian cổng chính của nó bao gồm:
Định thời bên trong-bên ngoài : Việc bật và tắt IGCT bên ngoài ở chân cầu so với IGCT bên trong bị trì hoãn chính xác theo thời gian lệch được xác định trong phần sụn.
Sự chồng chéo pha : Khi một pha thay đổi trạng thái đầu ra, IS200BICIH1A sẽ khởi tạo bộ hẹn giờ đóng băng tạm thời tất cả các trạng thái pha cho đến khi bộ kháng chuyển mạch có đủ thời gian để đặt lại, nhờ đó ngăn ngừa đoản mạch giữa các pha nguy hiểm.
Phát hiện lỗi trình điều khiển cổng : IS200BICIH1A liên tục theo dõi phản hồi trạng thái sức khỏe từ mỗi mô-đun trình điều khiển cổng IGCT. Nếu phát hiện tràn bộ đếm phản hồi trạng thái bất thường, chốt lỗi sẽ được cài đặt ngay lập tức, khiến hệ thống truyền động bị ngắt.
Lõi logic lập trình được
Chức năng cốt lõi mạnh mẽ của bo mạch IS200BICIH1A được hiện thực hóa nhờ hai Mảng cổng lập trình trường (FPGA) dựa trên SRAM trên bo mạch: BRDG_IO FPGA và CELL_IO FPGA.
CELL_IO FPGA : FPGA này chịu trách nhiệm đặc biệt về điều khiển và bảo vệ riêng biệt liên quan trực tiếp đến trình điều khiển cổng IGCT. Nó quản lý thời gian chính xác của các chu kỳPWM và thực hiện các hành động bảo vệ phần cứng quan trọng nhất, chẳng hạn như ứng phó với các lỗi quá dòng hoặc lỗi chập mạch bằng cách tắt ngay các thiết bị bị ảnh hưởng và ghi lại các sự kiện lỗi vào sổ đăng ký trạng thái. Nó chứa bộ định thờiPWM, thanh ghi trạng thái ban đầu, v.v. Tất cả các tham số điều khiển đều sử dụng cấu trúc bộ đệm đôi, cho phép chúng được cập nhật trong một khoảng thời gian tác vụ và có hiệu lực đồng bộ ở xung tải tiếp theo.
BRDG_IO FPGA : Đóng vai trò là giao diện giữa DSPX/DSP cục bộ và tín hiệu điều khiển cầu, FPGA này quản lý tất cả I/O rời rạc chung, báo cáo lỗi, bộ đếm VCO, giao diện máy đo tốc độ và I/O tương tự. Bộ đếm VCO tích hợp của nó chốt các giá trị đếm để đọc bởi một trong hai bộ xử lý. Giao diện máy đo tốc độ hỗ trợ tính toán xung phân đoạn có độ chính xác cao. Hơn nữa, quyền truy cập ghi vào tất cả các thanh ghi lệnh bị khóa khi cờ Kích hoạt Điện tử Công suất (PE_ENABLE) đang hoạt động, ngăn chặn các hoạt động sai sót trong quá trình vận hành biến tần.
Hệ thống bảo vệ và chẩn đoán
IS200BICIH1A có mạng chẩn đoán và bảo vệ đa chiều, nhiều lớp để đảm bảo bảo vệ hiệu quả trong mọi điều kiện hoạt động bất thường.
Bảo vệ phần cứng tức thời : Được thực thi chủ yếu bởi CELL_IO FPGA với thời gian phản hồi cực nhanh.
Tắt bảo vệ (PTO) : Được kích hoạt bởi lỗi tải (chốt), quá dòng tức thời hoặc lỗi trình điều khiển cổng, tắt ngay (các) tế bào nạn nhân.
Bảo vệ lỗi bắn xuyên : Phát hiện tốc độ thay đổi dòng điện nguy hiểm (di/dt) bằng cách theo dõi điện áp trên cuộn kháng liên kết DC. Nếu tình trạng này tồn tại lâu hơn thời gian lọc lỗi, thì chốt lỗi chính sẽ được đặt, bắt đầu hành động đóng băng cho tất cả các bộ pha. Điều này cung cấp đủ thời gian để các cầu chì trong giai đoạn bị lỗi ngắt điện, ngăn ngừa lỗi leo thang.
Giám sát và báo cáo trạng thái : Thông qua các thanh ghi trạng thái BRDG_IO và CELL_IO, IS200BICIH1A báo cáo nhiều thông tin trạng thái và lỗi khác nhau, bao gồm nhưng không giới hạn ở: nhiều lỗi nguồn điện, lỗi đồng hồ, lỗi trình điều khiển cổng cho tất cả IGCT, lỗi cầu chì và lỗi kết nối cáp.
Tự chẩn đoán trên tàu :
Nhận dạng bảng (BRDID) : IS200BICIH1A kết hợp chip ID PROM nối tiếp trên bo mạch, với mạng nhận dạng được mở rộng tới các bảng GGXI. Cơ chế phát hiện hướng dòng điện độc đáo đảm bảo kết nối chính xác của cáp PFBK và JGATE, ngăn chặn tình trạng đấu dây chéo.
Chỉ báo mặt trước : Một đèn chỉ báo LED IMOK duy nhất cung cấp màn hình hiển thị trực quan về tình trạng sức khỏe của bo mạch; nếu đèn LED tắt, tình trạng lỗi sẽ được chỉ báo.
Điểm kiểm tra : Bảng mặt trước cung cấp tổng cộng 8 điểm kiểm tra, TP1 đến TP8 , đưa ra các tín hiệu tương tự quan trọng như dòng điện Pha A1/B1/C1 và điện áp giữa các dây VAB1/VBC1, cũng như điện áp bus DC dương và âm, để chẩn đoán tại chỗ thuận tiện.
I/O analog : Hệ thống tích hợp ba đầu vào analog 12 bit để theo dõi nhiệt độ môi trường cục bộ của bo mạch, nhiệt độ nhiệt điện trở bên ngoài và thực hiện tự kiểm tra vòng lặp ngược của điện áp ngưỡng bảo vệ. Nó cũng có 11 đầu ra analog được sử dụng để thiết lập ngưỡng bảo vệ và cung cấp chuyển đổi D/A chẩn đoán.
