IS200DSPXH1C là Bảng điều khiển bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số được thiết kế bởi General Electric (GE) cho Bộ truyền động Innovation Series™ và Hệ thống điều khiển kích thích EX2100™. Bo mạch này là một bản sửa đổi phần cứng quan trọng trong dòng DSPX, đóng vai trò là bộ điều khiển chính cho các chức năng điều chỉnh cầu và động cơ, chức năng cổng và chức năng điều khiển trường máy phát. Nó đóng vai trò trung tâm trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. So với phiên bản H1B, phiên bản H1C có thể được tối ưu hóa hơn nữa về đặc tính phần cứng và hỗ trợ chức năng để thích ứng với các yêu cầu ứng dụng điều khiển phức tạp hơn.
Bo mạch IS200DSPXH1C tích hợp Bộ xử lý tín hiệu số (DSP) hiệu suất cao, các thành phần bộ nhớ tiêu chuẩn và Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) thực hiện các chức năng logic tùy chỉnh. Nó hoạt động ở tốc độ xung nhịp 60 MHz, cung cấp khả năng tính toán mạnh mẽ để xử lý thời gian thực các thuật toán điều khiển phức tạp. Bo mạch được trang bị nhiều loại bộ nhớ khác nhau, bao gồm bộ nhớ FLASH để khởi động và thực thi mã, RAM để lưu trữ dữ liệu, NVRAM để lưu trữ dữ liệu cố định và bộ nhớ chỉ đọc để nhận dạng sửa đổi bo mạch.
Các tính năng chính của IS200DSPXH1C bao gồm:
DSP hiệu suất cao: Tốc độ xung nhịp 60 MHz, mang đến khả năng xử lý thời gian thực mạnh mẽ.
Nhiều loại bộ nhớ: FLASH, RAM, NVRAM và bộ nhớ chỉ đọc.
ASIC chuyên dụng: Tích hợp các chức năng logic tùy chỉnh, tăng cường khả năng tích hợp và độ tin cậy của hệ thống.
Giao diện truyền thông phong phú: Bao gồm ISBus, giao diện nối tiếp TTL, đầu vào vi sai HIFI, v.v.
Cấu hình I/O linh hoạt: Hỗ trợ bộ đếm VCO, giao diện bộ mã hóa gia tăng cầu phương, đầu vào riêng biệt, v.v.
Chức năng đồng bộ hóa chính xác: Tín hiệu xung tải vòng lặp bên trong và vòng lặp ứng dụng đảm bảo thời gian điều khiển chính xác.
Cơ chế bảo vệ toàn diện: Phát hiện tràn ngăn xếp, hẹn giờ giám sát, đảm bảo hệ thống vận hành an toàn.
Chỉ báo trạng thái: Đèn LED LỖI và TÌNH TRẠNG ở mặt trước cung cấp trạng thái hoạt động trực quan.
Bo mạch kết nối với bảng nối đa năng thông qua đầu nối DIN 4 hàng, 128 chân (P1). Trong hệ thống kích thích EX2100, nó hoạt động cùng với bảng EISB, với hai bảng được gắn vật lý để tạo thành một bộ phận duy nhất. Mặt trước cũng cung cấp cổng mô phỏng DSP (P5) và cổng giám sát kỹ thuật (P6) để phát triển và bảo trì.
II. Chức năng chính
Các chức năng chính của IS200DSPXH1C bao gồm nhưng không giới hạn ở những chức năng sau:
1. Xử lý và điều khiển tín hiệu số
Cốt lõi của bo mạch IS200DSPXH1C là Bộ xử lý tín hiệu số hiệu suất cao chạy ở tần số 60 MHz, chịu trách nhiệm thực thi các thuật toán điều khiển, xử lý tín hiệu đầu vào và tạo lệnh đầu ra. Trong các bộ điều khiển Series Đổi mới, nó điều khiển các chức năng điều chỉnh cầu và động cơ cũng như cổng. Trong hệ thống kích thích EX2100, nó điều khiển các chức năng kích thích trường máy phát.
2. Hỗ trợ nhiều loại bộ nhớ
Bo mạch cung cấp nhiều loại bộ nhớ khác nhau để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng khác nhau:
Bộ nhớ FLASH: Lưu trữ hình ảnh khởi động DSP, mã thực thi, các tham số có thể định cấu hình và bản ghi lịch sử hệ thống.
RAM: Được sử dụng để lưu trữ dữ liệu và thực thi mã.
NVRAM: Dùng để lưu trữ dữ liệu ổn định, đảm bảo lưu giữ dữ liệu sau khi mất điện.
Bộ nhớ chỉ đọc: Lưu trữ thông tin nhận dạng sửa đổi bảng.
3. Logic ASIC chuyên dụng
ASIC trên bo mạch tích hợp hầu hết các chức năng hỗ trợ và chuyên biệt, bao gồm:
Sổ đăng ký nhận dạng sửa đổi ASIC.
Điều khiển giao diện nối tiếp.
Tải đồng bộ tín hiệu xung.
Phát hiện tràn ngăn xếp.
Bộ đếm thời gian của cơ quan giám sát.
Bộ định thời chạy tự do 24 bit.
Bộ đếm và thanh ghi chụp.
Các đầu raPWM.
4. Giao diện truyền thông nối tiếp
IS200DSPXH1C cung cấp bốn giao diện nối tiếp thông qua đầu nối P1:
Hai giao diện ISBus: tốc độ 5 Mb/s, có thể định cấu hình là chính hoặc phụ, để liên lạc với ACL hoặc các chức năng mở rộng cục bộ.
Một giao diện không đồng bộ TTL: Để kết nối công cụ cấu hình dựa trên PC, bao gồm tín hiệu RX, TX và TXEN/RTS.
Một giao diện không đồng bộ TTL: Để kết nối bảng lập trình, bao gồm tín hiệu RX, TX và RTS.
5. Đồng bộ hóa tín hiệu xung tải
Bảng mạch sử dụng tín hiệu xung tải để điều khiển đồng bộ hóa chính xác:
Xung tải vòng trong: Ghi lại các giá trị I/O chẳng hạn như VCO cầu, động cơ hoặc điện áp/dòng điện máy phát, bộ đếm tốc độ kế và đầu vào rời rạc. Nó cũng có thể đồng bộ hóa các kênh ISBus, phần mềm và đầu ra cổng.
Xung tải vòng lặp ứng dụng: Hoạt động ở bội số phụ hoặc bội số của tần số xung tải vòng lặp bên trong, được sử dụng để ghi lại các giá trị của VCO và máy đo tốc độ ứng dụng khác.
Để tạo điều kiện đồng bộ hóa phần sụn, một thanh ghi 6 bit được cung cấp. Nó tăng dần trên mỗi xung tải vòng lặp bên trong và đặt lại trên mỗi xung tải vòng lặp ứng dụng.
6. Phát hiện tràn ngăn xếp
Bo mạch cung cấp khả năng phát hiện tràn cho ngăn xếp nền trước (sử dụng bộ nhớ trong) và ngăn xếp nền (sử dụng SRAM bên ngoài). Sự tràn trong ngăn xếp sẽ tạo ra ngắt INT0. Nếu cả hai ngăn xếp bị tràn đồng thời, thiết lập lại cứng sẽ được tạo ra. Thanh ghi cấu hình cho phép vô hiệu hóa việc thiết lập lại tràn ngăn xếp.
7. Hẹn giờ theo dõi
Bộ hẹn giờ giám sát được bật và phải được DSP bật tắt định kỳ (khoảng thời gian chuyển đổi có thể định cấu hình được). Hết thời gian chờ của cơ quan giám sát sẽ tạo ra một thiết lập lại cứng, đảm bảo hệ thống có thể tự động khôi phục sau những bất thường về phần mềm.
8. Đầu vào vi sai HIFI
Bảng mạch cung cấp năm đầu vào ứng dụng vi sai (HIFI), có thể cấu hình cho một trong ba chế độ:
Hai giao diện bộ mã hóa tăng dần cầu phương: Một giao diện có khả năng đánh dấu, điều khiển hai bộ đếm lên/xuống 16 bit. Bộ đếm duy trì trạng thái của chúng khi đầu vào ở cùng mức và thay đổi trạng thái khi đầu vào khác nhau. Mỗi lần thay đổi bộ đếm đi kèm với việc đặt lại bộ đếm thời gian ở tần số 5 MHz và một thanh ghi trạng thái ghi lại hướng đếm. Các thanh ghi ghi có thể được cấu hình để ghi lại các giá trị khi xuất hiện xung tải vòng lặp bên trong hoặc vòng lặp ứng dụng.
Bộ đếm VCO lớp ứng dụng hoặc Giao diện chốt kênh đơn: Năm bộ đếm 16 bit tăng dần trên các đầu vào được giải mã và lọc khác nhau. Các giá trị bộ đếm này được ghi vào các thanh ghi bằng xung tải vòng lặp ứng dụng để DSP đọc.
Tối đa 10 đầu vào rời rạc: Mỗi đầu vào được lọc trong ba chu kỳ xung nhịp hệ thống và DSP có thể đọc trực tiếp trong bộ đệm.
9. Đầu vào VCO cầu
Sáu đầu vào từ bảng nối đa năng được lọc kỹ thuật số và đưa vào bộ đếm VCO. Đây là các bộ đếm 16 bit có các thanh ghi ghi được chốt bởi xung tải vòng lặp bên trong và có thể đọc được bởi DSP. Đầu vào đến từ các thẻ I/O dành riêng cho công nghệ như BIC (giao diện cầu nối) hoặc thẻ giao diện kích thích.
10. Đầu raPWM
Bảng mạch cung cấp hai đầu raPWM ở tần số cố định 24 kHz với độ phân giải 10 bit mỗi đầu ra, chiếm một thanh ghi 20 bit. Chúng có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị đo hoặc các đầu ra khác.
11. I/O bảng mở rộng
Tín hiệu SYNC OUT được cung cấp để đồng bộ hóa các chức năng ở lớp bảng BIC.
III. Ứng dụng hệ thống
1. Ứng dụng trong chuỗi động lực đổi mới
Trong các ổ đĩa Đổi mới, IS200DSPXH1C đóng vai trò là bộ điều khiển chính, chịu trách nhiệm:
Điều khiển cầu: Điều khiển trạng thái chuyển mạch của cầu điện để đạt được tốc độ động cơ và điều khiển mô-men xoắn.
Điều chỉnh động cơ: Thực thi các thuật toán điều khiển động cơ, xử lý tín hiệu phản hồi và tạo xung kích hoạt cổng.
Xử lý thời gian thực: Thu thập và xử lý đầu vào VCO, bộ đếm tốc độ kế và các tín hiệu khác ở tốc độ cao.
Giao diện truyền thông: Giao tiếp với ACL hoặc các mô-đun mở rộng khác thông qua ISBus.
2. Ứng dụng trong Hệ thống điều khiển kích từ EX2100
Trong hệ thống điều khiển kích thích EX2100, IS200DSPXH1C hoạt động cùng với bảng EISB, chịu trách nhiệm:
Điều khiển trường máy phát điện: Thực thi thuật toán Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) để điều khiển dòng điện trường.
Điều khiển vòng trong: Xử lý điện áp trường và phản hồi dòng điện, tạo ra các lệnh kích hoạt cổng.
Chức năng bảo vệ: Theo dõi trạng thái hệ thống, thực hiện kích thích quá mức, kích thích dưới mức, giới hạn V/Hz và các chức năng bảo vệ khác.
Hỗ trợ dự phòng: Trong các hệ thống TMR, hoạt động với bộ điều khiển M1, M2 và C để đạt được khả năng kiểm soát dự phòng.
3. Phối hợp với Hội đồng EISB
Trong hệ thống EX2100, bo mạch IS200DSPXH1C và EISB được gắn vật lý để tạo thành một bộ phận duy nhất:
Chức năng EISB: Cung cấp giao tiếp ISBus, giao diện cáp quang, bàn phím và cổng công cụ.
Trao đổi tín hiệu: DSPX trao đổi dữ liệu với EISB thông qua bảng nối đa năng để liên lạc với các thiết bị bên ngoài.
Thay thế tích hợp: Trong quá trình bảo trì, DSPX và EISB thường được tháo khỏi giá đỡ dưới dạng một bộ phận duy nhất.
4. Các kịch bản ứng dụng điển hình
Điều khiển truyền động công nghiệp: Điều khiển lõi cho các biến tần AC khác nhau.
Điều khiển kích từ máy phát điện: Tự động điều chỉnh điện áp cho máy phát điện đồng bộ.
Kiểm soát quy trình: Là bộ điều khiển hiệu suất cao để kiểm soát quy trình công nghiệp yêu cầu xử lý theo thời gian thực.
Ổn định hệ thống điện: Hoạt động với các chức năng PSS để cải thiện độ ổn định của hệ thống điện.
IV. Mô tả giao diện chi tiết
1. Đầu nối bảng nối đa năng P1
P1 là đầu nối DIN 4 hàng, 32 chân (tổng cộng 128 chân), cung cấp tất cả các kết nối tín hiệu giữa DSPX và bảng nối đa năng cũng như các bo mạch khác. Các tín hiệu chính bao gồm:
| Loại tín hiệu |
Số lượng |
Mô tả |
| Bus dữ liệu |
32 bit |
D0-D31, bus dữ liệu hai chiều |
| Xe buýt địa chỉ |
14 bit |
A0-A13, bus địa chỉ |
| Lựa chọn chip |
4 |
0CS_BIC, 0CS_IO, 0CS_LAN, 0CS_SPR, lần lượt chọn BIC, I/O, LAN và các bo mạch dự phòng |
| Kiểm soát xe buýt |
2 |
OBUS_RD (Đọc xe buýt), OBUS_WR (Ghi xe buýt) |
| Đầu vào ngắt |
4 |
INT_BIC, INT_IO, INT_LAN, v.v. |
| Đầu vào VCO |
6 |
VCO_1 đến VCO_6, đầu vào VCO cầu 0-2 MHz |
| Đầu vào HIFI |
5 cặp |
HIFI_1P/N đến HIFI_5P/N, đầu vào vi sai |
| Giao diện ISBus |
2 |
GR1_TX/RX, GR2_TX/RX, giao tiếp nối tiếp 5 Mb/s |
| Tải xung |
3 |
Các xung tải vòng lặp bên trong và vòng lặp ứng dụng, v.v. |
| Giao diện bàn phím |
3 |
KYPD_TX, KYPD_RX, KYPD_RTS |
| Giao diện công cụ |
3 |
TOOL_TX, TOOL_RX, TOOL_TXEN |
| Đầu raPWM |
2 |
MTR1_PWM, MTR2_PWM, 24 kHz, độ phân giải 10 bit |
| SYNC_OUT |
1 |
Để đồng bộ hóa mạng LAN |
| Đầu ra đồng hồ |
Nhiều |
CPU_CLK1/2, CLK20_1/2, CLKT0/1/2, v.v. |
| Quyền lực |
Nhiều |
P5 (+5 V), DCOM (Trả lại nguồn kỹ thuật số), ACOM (Trả lại nguồn tương tự) |
2. Cổng giả lập P5
P5 nằm ở mặt trước của bo mạch và cung cấp giao diện cho cổng giả lập TI. Đó là giao diện quét (tương tự JTAG) hỗ trợ mô phỏng và lập trình FLASH.
3. Cổng giám sát kỹ thuật P6
P6 nằm ở mặt trước của bo mạch và kết nối với cổng nối tiếp đồng bộ của DSP (mức TTL). Nó chỉ dành cho kỹ thuật của GE.
4. Điểm kiểm tra trên máy
P6 và P7 (nằm trên bề mặt bo mạch) là các điểm kiểm tra chỉ dùng cho mục đích thử nghiệm/phát triển và không được sử dụng để bảo trì tại hiện trường.
5. Đèn LED ở mặt trước
| LED |
Màu đèn |
Trạng thái bình thường |
Trạng thái bất thường |
| LỖI |
Màu đỏ |
Tắt |
Bật hoặc nhấp nháy: Xảy ra lỗi hoặc trong quá trình reset |
| TRẠNG THÁI |
Màu xanh lá |
Nhấp nháy (Đang chạy) |
Bật ổn định: Đã dừng; Tắt: Xảy ra lỗi hoặc trong quá trình reset |
V. Các chỉ báo và chẩn đoán
1. LED LỖI (Đỏ)
Được điều khiển trực tiếp bởi DSP, cho biết trạng thái lỗi của bo mạch:
Tắt: Không có lỗi, hoạt động bình thường.
Bật hoặc nhấp nháy: Đã xảy ra lỗi hoặc bo mạch đang được đặt lại.
2. Đèn LED TRẠNG THÁI (Xanh lục)
Được điều khiển bởi DSP, cho biết trạng thái hoạt động của bo mạch:
3. Chức năng chẩn đoán
IS200DSPXH1C thực hiện các chức năng chẩn đoán khác nhau thông qua logic và phần sụn bên trong:
Phát hiện tràn ngăn xếp: Ngăn chặn sự cố hệ thống do sự bất thường của phần mềm.
Bộ đếm thời gian giám sát: Đảm bảo phần mềm phản hồi trong thời gian định trước.
Kiểm tra bộ nhớ: Kiểm tra tính toàn vẹn của FLASH và RAM.
Giám sát giao diện truyền thông: Giám sát trạng thái cho ISBus và giao diện nối tiếp.
Giám sát điện áp nguồn điện: Giám sát điện áp nguồn điện quan trọng thông qua bảng nối đa năng.
Kết quả chẩn đoán có thể được đọc qua phần mềm Hộp công cụ và chỉ báo sơ bộ có sẵn từ đèn LED ở mặt trước.
VI. Lắp đặt và thay thế
1. Vị trí lắp đặt
Bo mạch IS200DSPXH1C lắp vào một khe được chỉ định trên giá điều khiển. Trong hệ thống EX2100, DSPX được gắn vật lý vào bảng EISB, với DSPX ở trên và EISB ở dưới. Trong quá trình cài đặt, đảm bảo bo mạch được lắp vào đúng khe; cắm không đúng có thể làm hỏng bo mạch điện tử.
2. Quy trình thay thế ngoại tuyến (Hệ thống đã ngắt điện)
Cảnh báo an toàn:
CẢNH BÁO: Để tránh bị điện giật, hãy tắt nguồn hệ thống và thực hiện theo toàn bộ quy trình ngắt điện và xả điện được nêu trong các hướng dẫn liên quan. Tuân thủ tất cả các thông lệ Khóa/Gắn thẻ ra tại địa phương.
THẬN TRỌNG: Để ngăn ngừa hư hỏng linh kiện do tĩnh điện gây ra, hãy xử lý tất cả các bo mạch bằng kỹ thuật xử lý nhạy cảm với tĩnh điện. Đeo dây nối đất và bảo quản các bảng trong túi chống tĩnh điện.
Các bước thay thế:
Xác minh Tắt nguồn: Đảm bảo hệ thống đã được ngắt điện hoàn toàn. Mở cửa tủ điều khiển và kiểm tra xem đèn báo nguồn trên EPDM (nếu có) và EPSM có tắt không, đồng thời đèn LED trên DSPX cũng tắt.
Ngắt kết nối cáp quang: Ngắt kết nối sáu cáp quang khỏi bảng mặt trước EISB.
Xóa (các) Bảng cũ:
Nới lỏng các vít ở phía trên tấm mặt DSPX và phần dưới cùng của tấm mặt EISB gần các tab đẩy (vít bị cố định).
Tháo DSPX và EISB bằng cách nâng các tab đẩy lên.
Nhẹ nhàng kéo cả hai tấm ván lại với nhau từ giá bằng cả hai tay.
Tách EISB: Tháo EISB khỏi phần dưới cùng của DSPX và gắn nó vào DSPX thay thế.
Cài đặt (các) bảng mới:
Căn chỉnh DSPX mới và EISB đính kèm với khe chính xác và đẩy chúng vào dọc theo các thanh dẫn hướng.
Sử dụng ngón tay cái, ấn mạnh đồng thời vào mặt trên và mặt dưới của tấm mặt để đặt các tấm ván ban đầu.
Lần lượt siết chặt đều các vít ở trên và dưới của cụm tấm mặt để đảm bảo mô-đun được đặt vuông góc.
Kết nối lại Fiber Optics: Kết nối lại tất cả các cáp truyền thông đã ngắt kết nối ở bước 2.
Khôi phục nguồn: Đóng cửa tủ và khôi phục nguồn điện cho hệ thống.
Cấu hình lại: Sau khi DSPX được thay thế, nó phải được cấu hình lại. Tham khảo phần mềm Hộp công cụ để biết các thủ tục cần thiết.
3. Quy trình thay thế trực tuyến (Hệ thống dự phòng)
Trong hệ thống điều khiển dự phòng, bảng DSPX bị lỗi có thể được thay thế trong khi hệ thống đang chạy.
Cảnh báo rủi ro: Trong quá trình thay thế trực tuyến, các bộ điều khiển, nguồn điện và bảng đầu cuối khác vẫn có điện và hoạt động. Phải hết sức thận trọng để tránh chạm vào các bộ phận mang điện khác hoặc gây đoản mạch.
Các bước thay thế:
Xác định bảng bị lỗi: Xác nhận phần (M1, M2 hoặc C) chứa DSPX bị lỗi thông qua các chỉ báo bảng mặt trước.
Phần ngắt điện: Làm theo các quy trình dành cho loại EX2100 cụ thể, tắt nguồn cho phần có chứa DSPX bị lỗi. Kiểm tra xem đèn LED trên phần EPSM tương ứng đã tắt chưa.
Xác minh chuyển điều khiển và tắt nguồn: Kiểm tra đèn LED của bộ điều khiển để xác nhận điều khiển đã được chuyển sang thiết bị chính khác. Xác minh rằng tất cả các đèn báo nguồn trên bo mạch ở khu vực bị ảnh hưởng đều tắt trước khi chạm vào DSPX.
Ngắt kết nối cáp quang: Ngắt kết nối cáp truyền thông cáp quang khỏi bảng mặt trước EISB.
Xóa (các) Bảng bị lỗi: Tương tự như quy trình ngoại tuyến.
EISB riêng biệt: Tương tự như quy trình ngoại tuyến.
Cài đặt (các) Bảng mới: Tương tự như quy trình ngoại tuyến.
Khôi phục nguồn: Cấp lại nguồn cho phần từ EPDM. Kiểm tra xem đèn báo nguồn trên EPDM và EPSM có bật sáng không và đèn LED nguồn màu xanh lục trên bảng điều khiển liền kề có bật sáng hay không.
Kết nối lại Fiber Optics: Kết nối lại tất cả các cáp truyền thông.
Cấu hình lại: Sau khi DSPX được thay thế, nó phải được cấu hình lại. Tham khảo phần mềm Hộp công cụ để biết các thủ tục cần thiết.
Kiểm tra chức năng: Xác minh chức năng DSPX được thay thế bằng cách chuyển quyền điều khiển từ máy chủ đang hoạt động sang máy chủ không hoạt động và quan sát hoạt động chính xác của hệ thống.
