SC520 jest krytycznym elementem ABB Advant® OCS (Open Control System) w serii Advant Controller 450. Jest to inteligentny nośnik submodułów wyposażony w lokalną jednostkę centralną (CPU), oznaczony numerem modelu 3BSE003816R1. Moduł ten stanowi kluczową platformę sprzętową w architekturze Advant Controller 450, zaprojektowaną specjalnie do przechowywania i obsługi różnych submodułów komunikacyjnych, znacznie rozszerzając w ten sposób możliwości komunikacyjne sterownika i zakres integracji systemu.
W systemie modułowym Advant Controller 450 nośnik submodułu pełni rolę mostu łączącego rdzeń sterownika (moduł procesora PM511) ze światem zewnętrznym (takim jak inne systemy sterowania, stacje operatorskie, urządzenia magistrali polowej i sprzęt innych firm). SC520 to nie tylko pasywny nośnik mechaniczny, ale inteligentna platforma z niezależnymi możliwościami przetwarzania. Zintegrowany lokalny procesor może odciążyć procesor główny od zadań związanych z przetwarzaniem komunikacji, wykonując określone protokoły komunikacyjne i funkcje wymiany danych. Znacząco poprawia to ogólną wydajność systemu sterowania, szybkość reakcji w czasie rzeczywistym i niezawodność.
SC520 jest zwykle instalowany w subrackie kontrolera Advant Controller 450. Zapewnia zasilanie, połączenia magistrali danych, wsparcie mechaniczne i środowisko przetwarzania współpracującego dla różnych podmodułów interfejsu komunikacyjnego (np. C1531, C1532Vxx, C1543, C1570). Obsługuje funkcjonalność „hot-swap”, ułatwiając konserwację i wymianę modułów podczas pracy systemu. Jego konstrukcja spełnia rygorystyczne wymagania środowisk przemysłowych, charakteryzując się wysoką niezawodnością, doskonałą kompatybilnością elektromagnetyczną oraz łatwością diagnozowania i konserwacji.
II. Funkcje podstawowe
Nośnik podmodułów SC520 może pochwalić się bogatymi i potężnymi funkcjonalnościami, wykazanymi przede wszystkim w następujących aspektach:
1. Wsparcie sprzętowe i funkcjonalność operatora:
Modułowy nośnik: Podstawową funkcją SC520 jest zapewnienie fizycznych gniazd montażowych i połączeń elektrycznych dla maksymalnie dwóch submodułów komunikacyjnych. Łączy się z głównym modułem procesora sterownika (PM511) poprzez magistralę płyty montażowej (np. Futurebus+).
Zarządzanie energią i dystrybucja: Moduł jest odpowiedzialny za odbieranie zasilania +5 V i +24 V DC z zasilania systemu oraz stabilną i niezawodną dystrybucję go do własnych obwodów i znajdujących się w nim submodułów. Jego konstrukcja uwzględnia zmienny pobór mocy poszczególnych submodułów, zapewniając stabilne zasilanie.
Obsługa wymiany podczas pracy: W konfiguracjach, w których pozwala na to projekt, umożliwia instalację lub usunięcie modułów pomocniczych, a w niektórych przypadkach samego nośnika, bez wyłączania zasilania systemu. To znacznie zwiększa łatwość konserwacji i dostępność systemu.
Konstrukcja termiczna: Konstrukcja modułu uwzględnia potrzeby w zakresie rozpraszania ciepła, zapewniając stabilną pracę sobie i jego submodułom w znamionowych zakresach temperatur.
2. Rozszerzanie komunikacji i przetwarzanie protokołów:
Wieloprotokołowy koncentrator komunikacyjny: Dzięki dodaniu różnych submodułów komunikacyjnych SC520 umożliwia Advant Controller 450 obsługę dziesiątek przemysłowych sieci komunikacyjnych i protokołów, w tym między innymi:
Sieć sterująca: MasterBus 300 / 300E (poprzez submoduł CS513) do wymiany danych w czasie rzeczywistym pomiędzy sterownikiem a węzłami wysokiego poziomu, takimi jak stacje operatorskie Advant Station i stacje zarządzania informacjami.
Fieldbus: MasterFieldbus (poprzez submoduł C1570) do podłączenia modułów I/O S400 lub innych kompatybilnych urządzeń; Advant Fieldbus 100 (wymaga innych interfejsów); PROFIBUS-DP (przez podmoduł C1541V1); Sieć LONWORKS (poprzez podmoduły C1572/C1573).
Komunikacja szeregowa: Zapewnia interfejsy RS-232-C/V.24 (poprzez submoduł C1531) do podłączenia drukarek, lokalnych stacji operatorskich (MasterView 320) lub komunikacji z komputerami zewnętrznymi poprzez protokół EXCOM.
Interfejs wielu dostawców (MVI): Obsługuje różne standardowe protokoły przemysłowe, takie jak RCOM, MODBUS, Siemens 3964(R) itp. (poprzez podmoduły C1532Vxx lub C1534Vxx), a także swobodnie programowalny interfejs dla protokołów zdefiniowanych przez użytkownika (poprzez podmoduły C1535/C1538).
Współdzielenie obciążenia poprzez lokalny procesor: to podstawowa zaleta SC520. W przypadku niektórych zadań komunikacyjnych charakteryzujących się dużym obciążeniem lub krytycznych czasowo (np. komunikacja sieciowa MasterBus 300/300E) istnieje opcja wykonania przetwarzania stosu protokołów komunikacyjnych na lokalnym procesorze SC520 zamiast na procesorze głównego sterownika (PM511). Ten tryb „wykonywany w procesorze podrzędnym” może znacznie zmniejszyć obciążenie głównego procesora (dokumentacja wskazuje mniejsze obciążenie głównego procesora przy wysyłaniu/odbieraniu danych podczas korzystania z SC520 w porównaniu z nośnikiem SC510 bez lokalnego procesora). Zwalnia to główne zasoby procesora do wykonywania krytycznej logiki sterującej, algorytmów i obsługi procesów we/wy, optymalizując w ten sposób ogólną wydajność systemu.
Obsługa nadmiarowej komunikacji: SC520 i jego moduły podrzędne można skonfigurować jako część redundantnych łączy komunikacyjnych, takich jak tworzenie redundantnych sieci MasterBus 300 lub sieci Advant Fieldbus 100, zwiększając niezawodność komunikacji systemu.
3. Integracja systemu i funkcje diagnostyczne:
Bezproblemowa integracja systemu: Jako część standardowej architektury Advant OCS, SC520 jest w pełni kompatybilny z oprogramowaniem systemowym (np. modułami programu, takimi jak QC07-BAS41). Hostowane podmoduły są automatycznie rozpoznawane i konfigurowane w systemie. Funkcje komunikacyjne można łatwo programować i uzyskać do nich dostęp za pośrednictwem odpowiednich elementów komputera w języku AMPL (ABB Master Programming Language), takich jak COM-STAT , DSP-R , DSP-S , MFB-IN , MFB-OUT itp.
Monitorowanie stanu i diagnostyka: Moduł posiada wszechstronne możliwości diagnostyczne. Stan łączy komunikacyjnych lub samego submodułu można szybko zidentyfikować poprzez wyświetlacz stanu systemu (widoczny na stacji inżynieryjnej lub operatorskiej) oraz wskaźniki LED na panelu przednim modułu (np. kontrolki pracy/awarii). Komunikaty systemowe dostarczają szczegółowych raportów o błędach sprzętowych (np. niepowodzenie inicjalizacji, błąd sumy kontrolnej, brak modułu), pomagając personelowi konserwacyjnemu w rozwiązywaniu problemów.
Elastyczność konfiguracji: W razie potrzeby w subrackie kontrolera można zainstalować wiele nośników SC520, z których każdy obsługuje inną kombinację submodułów komunikacyjnych. Pozwala to na budowę topologii komunikacyjnych spełniających wymagania złożonych wymagań projektowych.
III. Zasada działania i architektura
Zasada działania SC520 opiera się na zaawansowanej architekturze przetwarzania rozproszonego i filozofii projektowania modułowego. Jego przepływ pracy i mechanizmy wewnętrznej współpracy są następujące:
1. Architektura sprzętowa i interakcja magistrali:
SC520 sam w sobie jest złożoną płytką drukowaną, której rdzeniem jest zintegrowany lokalny mikroprocesor (CPU). Procesor ten jest ściśle połączony z głównym modułem procesora PM511 za pośrednictwem szybkiej magistrali równoległej (opartej na standardzie Futurebus+ w Advant Controller 450). Ta magistrala jest „autostradą” do wymiany danych i poleceń.
Wymiana danych: Główny procesor (PM511) wykorzystuje tę magistralę do zapisywania pakietów danych, poleceń sterujących lub parametrów konfiguracyjnych przeznaczonych dla sieci zewnętrznych w obszarze pamięci współdzielonej SC520 i jego submodułów. I odwrotnie, lokalny procesor SC520 zapisuje dane, informacje o stanie lub raporty o zdarzeniach otrzymane z sieci zewnętrznych w obszarach pamięci dostępnych dla głównego procesora za pośrednictwem tej samej magistrali.
Przerwania i koordynacja: Obie strony mogą powiadamiać się nawzajem o nowych zadaniach lub oczekujących danych za pośrednictwem mechanizmów przerwań, umożliwiając wydajną współpracę.
2. Rola lokalnego procesora i zasada „podziału obciążenia” Zasada:
Lokalny procesor SC520 działa jako „koprocesor komunikacyjny” lub „inteligentna brama”. Jego tryb pracy zależy przede wszystkim od rodzaju zainstalowanego submodułu komunikacyjnego i konfiguracji systemu:
Tryb przetwarzania protokołu: W przypadku niektórych podmodułów komunikacyjnych (np. modułu CS513 MasterBus 300 skonfigurowanego do trybu „wykonywania w trybie slave CPU”) przetwarzanie niższych i środkowych warstw stosu protokołów komunikacyjnych (np. enkapsulacja/dekapsulacja ramek, zarządzanie łączami, wykrywanie błędów, kontrola dostępu do mediów) jest obsługiwane w całości przez lokalny procesor SC520. Lokalny procesor niezależnie zarządza interfejsem sieciowym, przetwarza surowy strumień danych w sieci i przekazuje jedynie wyodrębnione, ważne dane (lub zdarzenia) warstwy aplikacji do głównego procesora poprzez magistralę płyty montażowej. I odwrotnie, pakuje dane aplikacji otrzymane z głównego procesora w ramki zgodne z protokołem sieciowym i przesyła je. Zalety tego trybu to:
Zmniejszone obciążenie głównego procesora: Odciąża czasochłonne i okresowe zadania przetwarzania protokołu komunikacyjnego z głównego procesora, umożliwiając mu skupienie się na cyklach zadań kontrolnych o wyższych wymaganiach determinizmu.
Poprawiona wydajność w czasie rzeczywistym: Lokalny procesor może szybciej reagować na zdarzenia sieciowe, redukując opóźnienia w komunikacji spowodowane przeciążeniem głównych zadań procesora.
Zwiększona wydajność systemu: umożliwia systemowi obsługę gęstszego ruchu komunikacyjnego w sieci bez wpływu na wydajność sterowania.
Zarządzanie interfejsem/Tryb przekazywania: W przypadku innych podmodułów (np. interfejsu C1531 RS-232) lokalny procesor może przede wszystkim obsługiwać inicjalizację interfejsu, konfigurację parametrów, buforowanie danych i kontrolę przepływu. Analizowanie zawartości danych może być wykonywane przez oprogramowanie (np. sterowniki EXCOM) działające na głównym procesorze. Mimo to obecność lokalnego procesora upraszcza obciążenie głównego procesora sterownikami.
3. Współpraca z submodułami:
SC520 zapewnia ustandaryzowany interfejs elektryczny i logiczny dla każdego gniazda submodułu. Lokalny procesor komunikuje się z każdym submodułem poprzez wewnętrzną magistralę lub dedykowany interfejs w celu inicjalizacji, sterowania i monitorowania stanu.
Inicjalizacja i konfiguracja: Podczas uruchamiania systemu główny procesor instruuje lokalny procesor SC520 za pośrednictwem magistrali płyty montażowej, aby włączył zasilanie, przeprowadził autotesty i skonfigurował parametry dla każdego podmodułu.
Dystrybucja zadań i routing danych: Lokalny procesor kieruje dane do odpowiedniego podmodułu w oparciu o miejsce docelowe komunikacji. Przykładowo dane przeznaczone dla sieci MasterBus 300 przekazywane są do submodułu CS513, natomiast dane dla drukarki szeregowej przesyłane są do submodułu C1531.
Izolacja błędu: Jeśli submoduł ulegnie awarii, lokalny procesor SC520 może go wykryć i odizolować, zapobiegając wpływowi błędu na inne submoduły lub magistralę płyty bazowej, i zgłosić to do głównego procesora poprzez mechanizmy diagnostyczne.
4. Rola w redundancji systemu:
W systemach skonfigurowanych z redundantnymi jednostkami Advant Controller 450 (dwa moduły PM511) lub redundantnymi sieciami komunikacyjnymi, SC520 może zapewnić redundancję krytycznych ścieżek komunikacyjnych.
Redundantne interfejsy komunikacyjne: Można zainstalować dwa identyczne submoduły komunikacyjne (np. dwa C1522A dla redundantnej magistrali Advant Fieldbus 100), każdy podłączony do niezależnych sieci fizycznych. Lokalny procesor SC520 może zarządzać stanem obu interfejsów, automatycznie lub ręcznie przełączając się na łącze zapasowe w przypadku awarii łącza podstawowego.
Koordynacja z redundantnymi procesorami: W konfiguracjach z redundantnymi procesorami dwa główne procesory PM511 zazwyczaj współdzielą krytyczne zasoby komunikacyjne. SC520 i jego podmoduły muszą być dostępne i możliwe do zarządzania przez obydwa główne procesory, zapewniając bezproblemowe przesyłanie wszystkich zewnętrznych połączeń komunikacyjnych lub szybkie ich ponowne ustanowienie podczas przełączania głównego/zapasowego.
5. Integracja oprogramowania i oprogramowania sprzętowego:
Działanie SC520 i jego lokalnego procesora opiera się na obsłudze oprogramowania sprzętowego i oprogramowania systemowego. Oprogramowanie to jest zazwyczaj zintegrowane z podstawowym modułem programu systemowego Advant Controller 450 (QC07-BAS41). Podczas uruchamiania systemu, podczas ładowania własnego oprogramowania systemowego, główny procesor ładuje również niezbędne oprogramowanie sprzętowe i sterowniki do lokalnego procesora SC520. Na poziomie programowania aplikacji inżynierowie nie programują bezpośrednio SC520. Zamiast tego korzystają pośrednio z potężnych możliwości komunikacyjnych zapewnianych przez SC520, konfigurując dane systemowe sterownika i programując odpowiednie elementy komunikacyjne komputera PC.
