بسته ورودی/خروجی Gateway Master GE IS220PPRFH1A PROFIBUS

IS220PPRFH1A PROFIBUS Master Gateway یک دستگاه رابط ارتباطی حیاتی در سیستم کنترل Mark VIe است که متعلق به عضو ویژه خانواده ماژول I/O توزیع شده است. این در اصل یک PROFIBUS DP-V0 Class 1 Master است که به عنوان یک پل تبدیل پروتکل بین کنترلرهای Mark VIe از طریق شبکه IONet و دستگاه های برده PROFIBUS که به طور گسترده در این زمینه توزیع شده اند عمل می کند. عملکرد اصلی این بسته ورودی/خروجی این است که به طور یکپارچه داده های پردازش را از شبکه PROFIBUS در پایگاه داده کنترل کننده Mark VIe نگاشت می کند و به طور قابل توجهی قابلیت دسترسی به دستگاه سیستم کنترل و دامنه یکپارچه سازی فیلدباس را گسترش می دهد.

IS220PPRFH1A از یک برد پردازنده BPPB و یک برد حامل مجهز به ماژول ارتباطی Hilscher GmbH COM-C PROFIBUS تشکیل شده است. از طریق برد ترمینال اختصاصی SPIDG1A نصب و تغذیه می شود. طراحی آن نیازهای بالای محیط‌های صنعتی را برای قابلیت اطمینان، عملکرد بلادرنگ و انعطاف‌پذیری برآورده می‌کند و آن را به یک جزء کلیدی برای ادغام شبکه‌های ناهمگن در اتوماسیون کارخانه و کنترل فرآیند تبدیل می‌کند.

2. معماری سیستم و توابع اصلی

2.1 تبدیل پروتکل و هسته نگاشت داده ها
ارزش اصلی IS220PPRFH1A در قابلیت تبدیل پروتکل قدرتمند آن نهفته است. تعامل بین دو دامنه شبکه را در یک دستگاه فیزیکی تسهیل می کند:

• دامنه IONet: به عنوان بخشی از سیستم Mark VIe، IS220PPRFH1A از طریق یک یا دو پورت اترنت به IONet متصل می‌شود و امکان تبادل اطلاعات با سرعت بالا با کنترل‌کننده‌هایی مانند UCVx را فراهم می‌کند و به دوره فریم سیستم و قوانین ارتباطی پایبند است.

• دامنه PROFIBUS DP: به عنوان استاد شبکه PROFIBUS، یک رابط RS-485 را از طریق یک کانکتور DE-9 D-sub فراهم می کند و تمام ارتباطات در شبکه PROFIBUS را مدیریت می کند.

نگاشت داده ها اصل عملیاتی اصلی آن است: IS220PPRFH1A داده های ورودی خوانده شده از دستگاه های برده PROFIBUS را بسته بندی می کند و از طریق IONet به کنترل کننده Mark VIe منتقل می کند. برعکس، دستورات خروجی ارسال شده توسط کنترلر از طریق IONet را باز می کند و آنها را در دستگاه های برده مربوطه PROFIBUS می نویسد. این رابطه نگاشت در نرم افزار ToolboxST پیکربندی شده است. از دیدگاه منطق کنترل، بردهای PROFIBUS راه دور به اندازه نقاط ورودی/خروجی محلی قابل مشاهده و قابل اجرا هستند.

2.2 PROFIBUS DP-V0 Master Function
به عنوان یک Master کلاس 1، IS220PPRFH1A مسئول مدیریت و کنترل فعال شبکه PROFIBUS است:

• مدیریت و راه‌اندازی شبکه: مسئول راه‌اندازی و راه‌اندازی شبکه PROFIBUS، از جمله تشخیص نرخ باود (پشتیبانی از 9.6 کیلوبیت بر ثانیه تا 12 مگابیت در ثانیه)، تشخیص آدرس برده، و پیکربندی پارامتر شبکه.

• تبادل چرخه ای داده: تبادل چرخه ای داده را با تمام بردهای پیکربندی شده در یک چرخه نظرسنجی قطعی انجام می دهد. این هسته پروتکل DP-V0 است که به روز رسانی در زمان واقعی داده های فرآیند را تضمین می کند.

• Slave Diagnostics: به طور فعال اطلاعات تشخیصی گزارش شده توسط دستگاه های Slave را می خواند و آن را به سیستم کنترل سطح بالایی ارسال می کند و محلی سازی سریع خطا و نظارت بر سلامت دستگاه را امکان پذیر می کند.

• مقیاس شبکه قوی: تا 124 اسلیو را پشتیبانی می کند، که هر برد تا 244 بایت ورودی و 244 بایت خروجی قابل تنظیم است، که قابلیت گسترش شبکه قوی را نشان می دهد.

2.3 پیکربندی افزونگی انعطاف‌پذیر
IS220PPRFH1A از پیکربندی‌های مختلف سیستم برای برآوردن نیازهای در دسترس بودن سناریوهای مختلف برنامه پشتیبانی می‌کند:

• پیکربندی Simplex: از یک ماژول IS220PPRFH1A استفاده می کند که با اتصالات IONet تک یا دوتایی قابل تنظیم است. اتصالات دوگانه IONet، افزونگی مسیر شبکه را فراهم می کند و قابلیت اطمینان ارتباطات را افزایش می دهد.

• پیکربندی Hot Backup: این راه حل کلیدی برای دسترسی بالا است. این سیستم از دو ماژول IS220PPRFH1A استفاده می کند، یکی به عنوان اصلی فعال، مسئول تمام ارتباطات PROFIBUS، و دیگری به عنوان اصلی پشتیبان، که در حالت آماده به کار عمل می کند و به طور مداوم بر وضعیت اصلی و شبکه فعال نظارت می کند.

• مکانیسم سوئیچ اور: اگر Master Active از کار بیفتد، پشتیبان اصلی می تواند به طور خودکار در عرض 200 میلی ثانیه کنترل را به دست گیرد و تبدیل به Master Active جدید شود و در نتیجه وقفه تولید را به حداقل برساند.

• کنترلر-شفاف سوئیچور: کنترلر Mark VIe یک متغیر کاربردی برای هر نقطه PROFIBUS I/O تعریف می کند. صرف نظر از اینکه کدام ماژول PPRF فعال است، کنترلر داده ها را با این اصلی فعال مبادله می کند. فرآیند جابجایی برای برنامه کنترل شفاف است و نیاز به پیکربندی متغیرهای جداگانه برای هر استاد را حذف می‌کند و طراحی مهندسی و نگهداری را ساده می‌کند.

3. ترکیب سخت افزار و مشخصات

3.1 ترکیب سخت افزار ماژول

• برد پردازنده: از برد پردازنده BPPB استفاده می کند که مسئول اجرای سیستم عامل PPRF، مدیریت ارتباط IONet با کنترلر و مدیریت ماژول COM-C است.

• برد حامل ارتباطی و ماژول COM-C: برد حامل پردازنده ارتباطی COM-C PROFIBUS هیلشر را ادغام می کند. این ماژول، بر اساس فناوری اثبات شده ASPC2 زیمنس، به طور خاص مسئول اجرای پشته پروتکل PROFIBUS زیربنایی، تخلیه پردازنده اصلی است.

• برد ترمینال: برد ترمینال SPIDG1A در درجه اول پشتیبانی از نصب مکانیکی، رابط برق و شناسایی الکترونیکی ماژول را فراهم می کند. خود به کابل های میدان PROFIBUS متصل نمی شود. شبکه PROFIBUS مستقیماً به رابط D-sub در کنار ماژول متصل می شود.

3.2 مشخصات سخت افزاری کلیدی

• رابط PROFIBUS: RS-485، از طریق یک رابط DE-9 D-sub.

• رابط IONet: 1 یا 2 پورت اترنت 10/100Base-TX، کانکتورهای RJ-45.

• منبع تغذیه: 28 ولت DC خارجی، ورودی از طریق کانکتور جانبی. این ماژول دارای قابلیت شروع نرم برای سرکوب جریان هجومی است.

• ابعاد: 8.26 سانتی‌متر (ح) x 4.19 سانتی‌متر (W) x 12.1 سانتی‌متر (D)، طراحی جمع‌وجور.

• دمای عملیاتی: -20 درجه سانتیگراد تا 55 درجه سانتیگراد، مناسب برای محیط های کابینت کنترل صنعتی استاندارد.

4. اصل عملیات و جریان داده

4.1 معماری جریان داده
جریان داده بین IS220PPRFH1A و کنترل کننده Mark VIe را می توان به دو نوع تقسیم کرد:

1. ورودی/خروجی ثابت: این مجموعه داده از پیش تعریف شده مشترک برای همه ماژول های ورودی/خروجی، از جمله وضعیت تشخیصی و دمای خود ماژول است. این حجم داده مستقل از پیکربندی شبکه PROFIBUS است.

2. PROFIBUS I/O: این داده های پیکربندی دینامیکی وابسته به برنامه است، به عنوان مثال، متغیرهای فرآیندی که از بردهای PROFIBUS نگاشت شده اند. مقدار و نوع آن کاملاً به پیکربندی شبکه PROFIBUS بستگی دارد.

4.2 دوره فریم و خروجی ورودی/خروجی
عملکرد IS220PPRFH1A به شدت با دوره فریم سیستم همراه است. از دوره‌های فریم مختلف (20، 40، 80، 160، 320 میلی‌ثانیه) پشتیبانی می‌کند، اما ظرفیت پردازش ورودی/خروجی آن تحت تأثیر دوره فریم قرار می‌گیرد.

• زمان تبادل داده: در ابتدای هر دوره فریم، IS220PPRFH1A داده های ورودی PROFIBUS دریافتی را بسته بندی کرده و از طریق IONet به کنترل کننده ارسال می کند. به طور همزمان، داده های خروجی محاسبه شده توسط کنترلر در دوره فریم قبلی را دریافت می کند.

• زمان‌بندی ارتباط PROFIBUS: در بازه زمانی فریم، IS220PPRFH1A داده‌های خروجی را به‌طور ناهمزمان به بردهای PROFIBUS و نظرسنجی‌ها برای داده‌های ورودی از طریق ماژول COM-C ارسال می‌کند. سرعت این فرآیند به نرخ باود شبکه PROFIBUS، تعداد بردها، اندازه بسته داده و زمان پاسخ دهی بستگی دارد.

• ظرفیت ورودی/خروجی پیشنهادی: به عنوان مثال، در یک دوره فریم 40 میلی‌ثانیه، IS220PPRFH1A برای مدیریت حداکثر 1000 کل نقطه ورودی/خروجی توصیه می‌شود. توجه به این نکته ضروری است که کل داده های ورودی نمی تواند از 3584 بایت تجاوز کند و کل داده های خروجی نمی تواند از 3584 بایت تجاوز کند، در حالی که مجموع داده های ورودی از 7168 بایت تجاوز نمی کند. در حالی که هیچ محدودیت معماری سختی در تعداد نقاط وجود ندارد، فراتر از مقادیر توصیه شده نیاز به اعتبارسنجی دقیق دارد.

4.3 تشخیص رویداد ورودی
IS220PPRFH1A یک ویژگی پیشرفته را ارائه می دهد - تشخیص رویداد ورودی، که می تواند برای ثبت توالی رویدادها استفاده شود. این می تواند تغییرات حالت ورودی بولی را با وضوح 10 میلی ثانیه نشان دهد و به تجزیه و تحلیل پس از رویداد توالی خطا و شناسایی سریع علت ریشه کمک کند.

5. تشخیص و وضعیت نشان می دهد

IS220PPRFH1A اطلاعات عیب یابی جامع و نشانگرهای LED بصری را ارائه می دهد و پرسنل تعمیر و نگهداری را قادر می سازد تا به سرعت وضعیت سیستم را درک کنند.

5.1 جزئیات نشانگر LED

• SYS RUN: سبز.

• Solid On: ماژول COM-C با حداقل یک Slave PROFIBUS ارتباط برقرار کرده است.

• فلش چرخه ای سریع: استاد PROFIBUS پیکربندی شده است اما نمی تواند با بردگان ارتباط برقرار کند.

• چشمک زن غیر چرخه ای: ماژول COM-C فاقد پیکربندی یا مهلت زمانی نگهبان نیست.

• NOT RDY: زرد.

• چشمک زدن آهسته: در انتظار بارگیری سیستم عامل.

• فلش سریع: دانلود سیستم عامل در حال انجام است.

• چشمک زن غیر چرخه ای: خطای سخت افزاری یا سیستم عامل COM-C جدی.

• COMM OK: سبز. ال ای دی COM ماژول COM-C را تقلید می کند (زمانی که زرد باشد).

• Solid On: توکن PROFIBUS را نگه می دارد و می تواند تلگرام را ارسال کند.

• فلش غیر چرخه ای: اشتراک گذاری توکن PROFIBUS با دیگر استادان در شبکه.

• COMM ERR: قرمز. ال ای دی COM ماژول COM-C را تقلید می کند (زمانی که قرمز باشد).

• Solid On: یک خطای ارتباطی رخ داده است.

• ACTIVE / STANDBY: سبز. نمایش متقابل منحصر به فرد، نشان دهنده نقش ماژول در یک جفت پشتیبان داغ.

5.2 نظارت بر سلامت
هر نقطه ورودی PROFIBUS یک بیت 'سلامت' مرتبط در تبادل داده EGD دارد. IS220PPRFH1A بیت سلامت ورودی را روی 'ناسالم' تنظیم می کند وقتی:

• از دست دادن ارتباط با برده مربوطه.

• ماژول COM-C در وضعیت READY/RUN نیست.

• خطای اعتبارسنجی ورودی استاندارد IONet.
  این مکانیسم تضمین می کند که کنترل کننده از اعتبار داده ها آگاه است و می تواند اقدامات ایمنی را انجام دهد.

5.3 دسترسی به داده های تشخیصی
با استفاده از ابزار 'Advanced Diagnostics' در نرم افزار ToolboxST، کاربران می توانند بایت های تشخیصی دقیق گزارش شده توسط دستگاه های برده را بررسی کنند. این اطلاعات تشخیصی از استاندارد PROFIBUS پیروی می کند که حاوی بیت های وضعیت بحرانی است و اطلاعات دست اولی برای عیب یابی مشکلات دستگاه میدانی است.

6. نکات کلیدی پیکربندی و نصب

6.1 فرآیند پیکربندی شبکه
کلید استفاده از IS220PPRFH1A در پیکربندی صحیح شبکه PROFIBUS نهفته است. این فرآیند در نرم افزار ToolboxST تکمیل می شود:

1. مدیریت فایل GSD: ابتدا باید فایل های GSD ارائه شده توسط فروشندگان دستگاه های برده PROFIBUS را وارد کنید. این فایل ویژگی های برده، ماژول های پشتیبانی شده و اطلاعات تشخیصی را شرح می دهد.

2. پیکربندی شبکه: ماژول PPRF را به درخت سخت افزار اضافه کنید، سپس یک شبکه PROFIBUS در زیر آن ایجاد کنید و پارامترهایی مانند نرخ باود را تنظیم کنید.

3. Slave Addition and Module Selection: دستگاه های برده مورد نیاز را به شبکه اضافه کنید و ماژول های ورودی/خروجی را برای هر برده پیکربندی کنید، که اندازه و ساختار نگاشت داده ها را تعیین می کند.

4. دانلود و راه‌اندازی مجدد: پیکربندی کامل و میان‌افزار را در IS220PPRFH1A دانلود کنید. اگر پیکربندی PROFIBUS تغییر کند، معمولاً ماژول PPRF مجدداً راه اندازی می شود تا اعمال شود.

6.2 نصب فیزیکی و سیم کشی

• کابل PROFIBUS: باید از کابل جفت پیچ خورده محافظ اختصاصی استفاده کنید. حداکثر طول قطعه به نرخ باود بستگی دارد.

• مقاومت‌های پایان‌دهنده: مقاومت‌های پایان‌دهنده باید در هر دو انتهای شبکه فعال شوند تا بازتاب‌های سیگنال حذف شوند.

• کانکتورها: از کانکتورهای D-sub استاندارد 9 پین استفاده کنید. به سیم کشی توجه کنید.