بسته ورودی/خروجی ارتباط سریال GE IS220PSCAH1A PSCA

IS220PSCAH1A یک مؤلفه واسط حیاتی است که توسط جنرال الکتریک (GE) برای سیستم های کنترل توزیع شده Mark VIe و Mark VIeS که به بسته I/O ارتباط سریال PSCA معروف است، طراحی شده است. این ماژول نقش حیاتی در اتوماسیون صنعتی و سیستم های کنترل ایفا می کند و به عنوان هاب تبدیل پروتکل و پل رابط الکتریکی بین شبکه کنترل اترنت لایه بالایی و دستگاه های ارتباطی سریال لایه پایین تر عمل می کند.

ماژول PSCA با ادغام پروتکل‌های ارتباطی سریال سنتی و پرکاربرد (مانند RS-232، RS-422، RS-485) در Mark VIe IONet مدرن مبتنی بر اترنت، به طور موثر مشکلات سازگاری بین تجهیزات قدیمی و جدید را حل می‌کند، از سرمایه‌گذاری‌های کاربر محافظت می‌کند، و امکان جمع‌آوری و مدیریت یکپارچه داده‌های سری را فراهم می‌کند. این به ویژه برای برنامه های صنعتی که نیاز به ارتباط با فرستنده های هوشمند، درایوهای فرکانس متغیر، سیستم های درایو، و سایر دستگاه های پشتیبانی کننده از Modbus یا پروتکل های سریال اختصاصی دارند، مناسب است.

شماره مدل IS220PSCAH1A به طور خاص نشان می‌دهد که دارای یک برد پردازنده مدل BPPB است که به عنوان 'مغز' ماژول، مسئول اجرای پروتکل‌های ارتباطی، مدیریت داده‌ها و انجام تشخیص‌های خود عمل می‌کند.

2. معماری سخت افزار و رابط های فیزیکی

طراحی سخت افزاری ماژول PSCA منعکس کننده یک رویکرد بسیار یکپارچه و ماژولار است که عمدتاً از دو بخش تشکیل شده است:

1. Common Processor Board (BPPx): این پایه مشترک برای همه بسته های I/O توزیع شده Mark VIe است. در IS220PSCAH1A، به طور خاص برد پردازنده BPPB است. این منطق کنترل را اجرا می کند، ارتباطات شبکه را مدیریت می کند، قدرت ماژول را مدیریت می کند و سیستم عامل تشخیصی تعبیه شده را اجرا می کند. این برد پردازنده هسته تبادل اطلاعات بین ماژول و کنترلر Mark VIe است.

2. تابلوی ارتباط سریال اختصاصی: این بخش منحصر به فرد ماژول PSCA است. این برد شش فرستنده و گیرنده کانال ارتباطی سریال مستقل را ادغام می کند که هر کدام به صورت جداگانه از طریق نرم افزار قابل تنظیم هستند تا با استانداردهای ارتباطی مختلف سازگار شوند.

طراحی رابط فیزیکی ماژول فشرده و کاربردی است، که در درجه اول شامل موارد زیر است:

• رابط های ورودی:

• دو پورت اترنت RJ-45 (ENET1 و ENET2): این پورت ها اتصالات شبکه اضافی یا تکی را برای ماژول فراهم می کنند. آنها به Mark VIe IONet متصل می شوند و ستون فقرات تبادل داده با کنترلر را تشکیل می دهند. ماژول می تواند با استفاده از هر یک از پورت ها به تنهایی کار کند. اگر هر دو متصل باشند، روش استاندارد این است که ENET1 را با شبکه کنترل کننده اولیه (R) مرتبط کنیم، اگرچه خود ماژول به انتخاب پورت حساس نیست و عملیات صحیح را به صورت خودکار مذاکره می کند.

• کانکتور ورودی برق 3 پین: برق عملیاتی را تامین می کند. یکی از ویژگی های کلیدی این ماژول قابلیت شروع نرم ذاتی است که جریان هجومی را در هنگام روشن شدن کنترل می کند و امکان تعویض داغ را فراهم می کند و تعمیر و نگهداری را تا حد زیادی تسهیل می کند.

• رابط خروجی:

• اتصال دهنده با چگالی بالا DC-62 پین: در قسمت زیرین بسته قرار دارد و مستقیماً به برد ترمینال ارتباط سریال SSCA مربوطه متصل می شود. این کانکتور سیگنال های هر شش کانال سریال، خروجی برق و سیگنال های شناسایی را بین بسته و برد ترمینال حمل می کند.

• تعمیر و عیب یابی مکانیکی:

• درج های رزوه ای در مجاورت پورت های اترنت امکان ایمن سازی مکانیکی را با استفاده از یک براکت نصب مخصوص نوع تخته ترمینال فراهم می کنند و اتصال پایدار را تضمین می کنند و از نیروی زاویه راست روی کانکتور پین DC-62 جلوگیری می کنند.

• صفحه ماژول دارای LED های نشانگر چند منظوره برای نمایش زمان واقعی وضعیت برق، فعالیت شبکه، وضعیت پردازنده و وضعیت ارتباط کانال فردی است که تشخیص بصری بصری را برای مهندسان میدانی ارائه می دهد.

3. توابع اصلی و اصول کاری دقیق

عملکرد ماژول PSCA فراتر از تبدیل سیگنال ساده است. خدمات ارتباطی پیچیده و قابل تنظیم را پیاده سازی می کند. اصول کار آن را می توان به طور عمیق از سه جنبه درک کرد: جریان داده، پشتیبانی پروتکل، و خدمات خاص.

3.1 کانال های ارتباطی سریال چند پروتکلی

این عملکرد اصلی ماژول PSCA است. شش کانال سریال آن موجودیت های ارتباطی مستقلی هستند که هر کدام به صورت انعطاف پذیر قابل تنظیم هستند:

• استانداردهای پشتیبانی شده:

• RS-232: استاندارد مشترک نقطه به نقطه و تمام دوبلکس برای فواصل کوتاه (حداکثر 15 متر)، با حداکثر نرخ 115.2 کیلوبیت بر ثانیه. مناسب برای اتصال به رایانه های شخصی، واحدهای نمایش محلی و غیره.

• RS-422: یک استاندارد سیگنال دهی دیفرانسیل که از ارتباط نقطه به چند نقطه پشتیبانی می کند، با ایمنی نویز قوی، فاصله انتقال تا 305 متر و حداکثر نرخ بالای 375 کیلوبیت بر ثانیه. ایده آل برای برنامه هایی که به مسافت های طولانی تر و سرعت های بالاتر نیاز دارند.

• RS-485 (فقط Half-Duplex): یک استاندارد ارتباطی چند نقطه ای پرکاربرد که همچنین با استفاده از انتقال دیفرانسیل، ایمنی عالی نویز، فاصله 305 متر و نرخ 115.2 کیلوبیت بر ثانیه را ارائه می دهد. هر کانال RS-485 می تواند تا 8 دستگاه دراپ را با حداکثر 18 دستگاه در هر برد PSCA پشتیبانی کند. ایده آل برای ساخت شبکه های دستگاه های کوچک.

• انعطاف پذیری پیکربندی: ویژگی های لایه فیزیکی هر کانال را می توان به طور مستقل از طریق نرم افزار مهندسی ToolboxST پیکربندی کرد، از جمله:

• نرخ باود (300 تا 115200 bps)

• بیت های داده (7 یا 8)

• بیت های توقف (1 یا 2)

• برابری (هیچ، فرد، زوج)

• آدرس ایستگاه (برای شناسایی چند قطره)

• مکانیسم پیاده‌سازی: ویژگی‌های الکتریکی واقعی و خاتمه نه بر روی بسته PSCA، بلکه در صفحه پایانه SSCA مطابق با آن تنظیم می‌شود. جامپرهای روی برد ترمینال مقاومت های پایانی و پیکربندی خط مورد نیاز برای حالت ارتباط انتخاب شده (RS-232/422/485) را پیکربندی می کنند. بسته PSCA سیگنال ها را از طریق کانکتور پین DC-62 به برد ترمینال ارسال می کند، که سپس به دستگاه های سریال فیلد متصل می شود.

3.2 پردازش جریان داده و تعامل کنترل کننده

جریان داده از PSCA به کنترل کننده در دو نوع مجزا مدیریت می شود که نشان دهنده قابلیت پردازش سلسله مراتبی آن است:

• I/O ثابت:

• مبدل های فشار Honeywell: از RS-422 استفاده کنید که به پورت های 1 و 2 اختصاص دارد. هر پورت تا 6 مبدل را پشتیبانی می کند. این پروتکل شامل تحمل خطای قوی است، مانند شمارنده های خطای ارتباطی. پس از 4 اشتباه متوالی، ماژول فشار ورودی را به یک مقدار مطمئن (1.0 psi) وادار می کند و یک زنگ تشخیصی را به صدا در می آورد. پس از 4 ارتباط موفق متوالی، اجبار را حذف می کند و زنگ هشدار را پاک می کند.

• Kollmorgen Electric Drive: می تواند از هر سه پورت (اما نه بیشتر از سه پورت) استفاده کند، از ارتباط نقطه به نقطه RS-422 در 19200 baud استفاده می کند.

• هر سیگنال در فضای سیگنال کنترلر نگاشت می شود و می تواند مستقیماً توسط منطق کنترل مورد استفاده قرار گیرد.

• هر سیگنال دارای یک بیت سلامت فردی است که کیفیت آن را در زمان واقعی منعکس می کند.

• از مقیاس افست و افزایش برای تبدیل داده های خام به واحدهای مهندسی پشتیبانی می کند.

• بسیاری از این سیگنال‌ها برای بررسی محدودیت‌های سیستم پیکربندی شده‌اند و می‌توانند آلارم‌ها را راه‌اندازی کنند یا محافظت قفل شوند.

• تعریف: این داده‌ها با دستگاه‌های خاص و با کارایی بالا مرتبط هستند که به صراحت در سند به عنوان مبدل‌های فشار هوشمند Honeywell و داده‌های درایو الکتریکی Kollmorgen ذکر شده است.

• مکانیسم پردازش: ورودی/خروجی ثابت بالاترین اولویت پردازش را دریافت می کند. داده ها به طور کامل در هر فریم پردازش می شوند، یکسان با ورودی/خروجی معمولی. این یعنی:

• ویژگی های ارتباطی:

• Modbus I/O (کلاس دوم I/O):

• انسجام داده ها: انسجام فقط در سطح سیگنال تضمین می شود، نه در سطح دستگاه یا برد. این بدان معنی است که سیگنال های یک دستگاه ممکن است به طور همزمان در یک انتقال نمونه برداری نشوند.

• نظارت بر سلامت: بیت های سلامت به نقاط فردی اختصاص داده می شوند. قبل از اینکه یک سیگنال ناسالم اعلام شود، سه تایم اوت متوالی لازم است. مقدار ورودی پس از چهارمین تایم اوت متوالی برای آن سیگنال پاک می شود.

• بدون بررسی محدودیت سیستم: به دلیل پردازش دسته ای و ماهیت غیر واقعی، بررسی محدودیت سیستم در این سیگنال ها انجام نمی شود.

• تعریف: این داده ها از دستگاه های برده مختلفی که از طریق پروتکل Modbus متصل شده اند می آیند. به دلیل حجم بالقوه بزرگ داده، نمی توان آن را به طور کامل در هر فریم پردازش کرد.

• مکانیسم پردازش: داده‌های Modbus به عنوان 'کلاس دوم ورودی/خروجی' طبقه‌بندی می‌شوند. این ماژول سیگنال‌های متعددی را بسته‌بندی می‌کند و آنها را به صورت انبوه از طریق یک سرویس ویژه در IONet با نرخ به‌روزرسانی کمتر (قابل تنظیم: 0.5، 1، 2 یا 4 هرتز) به کنترل‌کننده Mark VIe منتقل می‌کند.

3.3 Serial Modbus Master Service

ماژول PSCA از عملکرد به عنوان Modbus Master در هر شش پورت سریال پشتیبانی می کند. این بدان معنی است که می تواند به طور فعال از دستگاه های برده Modbus در شبکه سریال برای درخواست (خواندن) یا ارسال (نوشتن) داده نظرسنجی کند.

• پارامترهای قابل تنظیم (سطح پورت): علاوه بر پارامترهای سریال اصلی (نرخ باود و غیره)، این موارد شامل:

• لیست آدرس ایستگاه

• تایم اوت (میلی ثانیه) در هر دستگاه.

• ترتیب کلمات 32 بیتی داده (مثلاً ابتدا LSW یا MSW)، برای مدیریت شناورها یا اعداد صحیح طولانی بسیار مهم است.

• زمان تاخیر پاسخگویی دستگاه

• پارامترهای قابل تنظیم (سطح سیگنال): در ToolboxST، برای هر نقطه داده Modbus:

• نوع سیگنال (به عنوان مثال، سیم پیچ، ثبت ورودی، ثبت نام نگهدارنده).

• شماره ثبت.

• دسترسی خواندن/نوشتن

• نرخ انتقال (0.5، 1، 2، 4 هرتز).

• مقیاس بندی: حداقل/حداکثر خام، حداقل/حداکثر مهندسی.

• کدهای تابع پشتیبانی شده: عملیات رایج Modbus مانند Read Coils (01)، Read Input Registers (04)، Write Single Register (06)، Write Multiple Register (16) و غیره را پوشش می دهد.

• تحمل خطا: ماژول به صورت دوره ای (هر 10 ثانیه) تلاش می کند تا ارتباط خود را با یک برده غیر پاسخگو برقرار کند.

3.4 اترنت Modbus Master Service

علاوه بر سریال Modbus، ماژول PSCA می تواند از یکی از دو پورت اترنت خود به طور خاص برای سرویس Ethernet Modbus TCP/IP Master استفاده کند. این تابع برای استفاده در توپولوژی شبکه Simplex محدود شده است.

• پیکربندی شبکه: آدرس IP Modbus TCP باید خارج از محدوده زیرشبکه IONet باشد. تمام ایستگاه‌های Modbus اترنت از طریق 'Port 7' در ToolboxST پیکربندی می‌شوند.

• مقیاس و عملکرد: یک ماژول PSCA می تواند تا 18 ایستگاه مدباس اترنت را پشتیبانی کند. بار CPU در هر ایستگاه بر اساس تعداد ثبت درخواست شده و نرخ به روز رسانی متفاوت است. توان عملیاتی داده باید در حین تست سیستم زمانی که ایستگاه های متعدد و/یا حجم داده های بزرگ درگیر هستند اعتبار سنجی شود.

• مکانیسم ارتباطی: از مشخصات Open Modbus/TCP پیروی می کند. این ماژول یک مکانیسم امتحان مجدد را به کار می‌گیرد: اگر زمان پاسخ تمام شود (1s پیش‌فرض)، دریافت را تا 6 بار تکرار می‌کند، که در نتیجه در مجموع 6 برابر تنظیم مهلت زمانی منفرد، مهلت زمانی مؤثر ایجاد می‌شود. پس از سه رویداد متوالی 'No Response'، ماژول اتصال را می بندد و به طور دوره ای سعی می کند آن را دوباره برقرار کند.

3.5 پردازش سیگنال جامع

برای هر دو ورودی/خروجی ثابت و ورودی/خروجی مدباس، ماژول PSCA و برنامه ToolboxST از نوع ریخته‌گری و مقیاس‌بندی همه سیگنال‌های ورودی/خروجی به/از واحدهای مهندسی پشتیبانی می‌کنند. این اجازه می دهد تا داده های خام دستگاه به طور یکپارچه به مقادیر مهندسی معنی دار تبدیل شوند که به راحتی توسط منطق کنترل قابل استفاده هستند.

4. تشخیص و نگهداری

ماژول PSCA دارای خود تشخیصی جامع برای اطمینان از قابلیت اطمینان سیستم است:

• خودآزمایی پاور: شامل بررسی رم، حافظه فلش، پورت های اترنت و اکثر سخت افزارهای برد پردازنده می شود.

• نظارت مداوم: منابع تغذیه داخلی را برای عملکرد صحیح نظارت می کند.

• اعتبارسنجی سخت‌افزار/نرم‌افزار: شناسه الکترونیکی برد ترمینال، برد جذب و برد پردازنده را برای مطابقت با مجموعه سخت‌افزار بررسی می‌کند و سازگاری کد برنامه را تأیید می‌کند.

• تشخیص پیشرفته: ورودی های آنالوگ از بررسی محدودیت سیستم قابل تنظیم پشتیبانی می کنند. همه سیگنال های تشخیصی را می توان به صورت جداگانه قفل کرد و در صورت سالم بودن از طریق سیگنال RESET_DIA بازنشانی کرد . عیب یابی دقیق در ToolboxST برای عیب یابی سریع موجود است.