O CI854BK01 é um componente vital da família de controladores de alto desempenho da série ABB AC 800M. É um kit de módulo de expansão de comunicação profissional, composto pelo Módulo de Expansão de Comunicação CI854B (CEM) e pela Placa de Base de Expansão de Comunicação TP854 (CEB). A função principal deste kit é fornecer uma interface mestre de fieldbus PROFIBUS DP (Periferia Descentralizada) poderosa, flexível e confiável para o controlador AC 800M, permitindo a troca de dados em alta velocidade entre o controlador e vários dispositivos escravos inteligentes distribuídos no campo (como E/S remota, drives, sensores, atuadores, etc.).
PROFIBUS DP é um dos padrões de fieldbus mais utilizados em automação industrial, conhecido por seu alto desempenho em tempo real, estabilidade e capacidades robustas de diagnóstico. O CI854BK01 atende totalmente ao padrão do protocolo PROFIBUS DP. Ele não apenas oferece suporte à comunicação mestre-escravo padrão, mas também integra recursos avançados, como redundância de linha, redundância mestre e redundância de escravo, e oferece suporte a Hot Swap. Isso o torna adequado para aplicações de missão crítica com requisitos rigorosos de disponibilidade, como indústrias de processo, geração de energia e transporte.
O módulo é alimentado e conectado através do CEX-Bus (Communication Extension Bus) da unidade do processador AC 800M, eliminando a necessidade de uma fonte de alimentação externa independente, simplificando a fiação do sistema e melhorando a integração. Seu design compacto de montagem em trilho DIN permite fácil integração em gabinetes de controle padrão.
2. Principais recursos e características
O CI854BK01 foi projetado para oferecer o mais alto nível de confiabilidade e flexibilidade de comunicação. Seus principais recursos e características são detalhados abaixo:
1. Mestre PROFIBUS DP de alto desempenho:
Como mestre PROFIBUS DP (em conformidade com os padrões Classe 1 e Classe 2), o CI854BK01 pode trocar ciclicamente dados de processo (entradas/saídas) com dispositivos escravos e fornecer serviços acíclicos para configuração de parâmetros, diagnóstico e leitura.
Suporta velocidades de comunicação selecionáveis de 9,6 kbit/s a 12 Mbit/s, permitindo que os usuários configurem a rede com flexibilidade com base em sua escala e requisitos em tempo real para otimizar o desempenho.
2. Redundância de linha:
A placa de base TP854 integra dois conectores DB9 fêmea independentes (PROFIBUS A e PROFIBUS B), permitindo a conexão de dois cabos PROFIBUS DP fisicamente separados para formar linhas de comunicação redundantes (Linha A e Linha B).
Se uma linha falhar devido a ruptura de cabo, falha no conector ou interferência, a comunicação muda automática e continuamente para a outra linha de backup, garantindo comunicação de barramento ininterrupta e melhorando significativamente a disponibilidade da rede.
3. Redundância mestre – um recurso importante do CI854B:
O módulo CI854B suporta a formação de um par redundante primário-backup com outro módulo do mesmo tipo.
Em uma configuração redundante, um módulo opera como módulo “Primário”, gerenciando toda a comunicação do barramento, enquanto o outro atua como módulo “Backup”.
Se o módulo primário falhar (por exemplo, falha de hardware ou receber um sinal de falha da unidade processadora), o módulo backup comuta automática e rapidamente para assumir o controle da rede PROFIBUS DP, garantindo alta disponibilidade no nível mestre. Este recurso requer configuração correspondente no software CBM (Control Builder M).
4. Suporte para redundância de escravos:
A interface suporta a conexão de dispositivos escravos PROFIBUS DP com funcionalidade de redundância. Se o escravo primário falhar, o sistema pode mudar para o escravo backup, garantindo disponibilidade contínua de pontos de E/S de campo.
5. Suporte para troca a quente:
O módulo CI854B suporta funcionalidade hot swap online. Isso significa que o módulo pode ser removido ou instalado com segurança enquanto o sistema estiver ligado e o controlador principal e outros módulos de barramento estiverem operando normalmente.
Esse recurso facilita muito a manutenção do sistema, a substituição de módulos e a expansão sem a necessidade de desligamento, o que é crucial para plantas em operação contínua. Nota: O modelo CI854 anterior não suporta hot swap.
6. Poderosa capacidade de expansão de rede:
Um único segmento PROFIBUS DP pode conectar até 32 nós (mestres + escravos). Usando repetidores, o número máximo de nós em toda a rede pode ser estendido para 124, atendendo às necessidades de sistemas de controle distribuídos em larga escala.
7. Diagnóstico abrangente e indicação de status:
O painel frontal do módulo está equipado com um conjunto de indicadores LED multicoloridos que fornecem feedback intuitivo sobre o status operacional, informações de falha e atividade de comunicação:
* Run (R) / Verde: O módulo está ligado e operando normalmente.
* Falha (F) / Vermelho: O módulo detectou um erro interno ou de configuração.
* Receber A (RxA) / Amarelo: Indica atividade de comunicação de dados na Linha A (piscando ou constante).
* Receber B (RxB) / Amarelo: Indica atividade de comunicação de dados na Linha B.
* Primário (PRIM) / Amarelo (somente CI854A/B): Em uma configuração redundante, indica que este módulo está atualmente no estado 'Primário'.
* Dual (DUAL) / Amarelo (somente CI854A/B): Indica que o módulo está operando atualmente em modo de configuração redundante.
8. Projeto de segurança mecânica e elétrica:
Mecanismo de bloqueio de código: A placa de base TP854 apresenta um dispositivo de bloqueio de código alfa de duas letras predefinido que evita a instalação de tipos de módulos de comunicação incompatíveis, evitando efetivamente erros de instalação humanos.
Isolamento Galvânico: O isolamento galvânico eficaz é implementado entre a interface PROFIBUS DP e o CEX-Bus interno, aumentando a imunidade a ruídos e protegendo o equipamento do lado do controlador.
Aterramento da blindagem: A blindagem do cabo PROFIBUS DP deve ser conectada ao aterramento funcional em ambas as extremidades do cabo (inclusive no conector CI854BK01) para garantir compatibilidade eletromagnética ideal (EMC), mesmo que o CI854B/TP854 já conecte a blindagem ao aterramento internamente através de seus conectores.
3. Composição e Arquitetura de Hardware
O kit CI854BK01 consiste em dois componentes físicos principais com funções distintas:
1. Placa de base de expansão de comunicação TP854 (CEB):
Este é um componente “passivo”, fixado no trilho DIN.
Sua principal função é fornecer interfaces de conexão física, incluindo:
* Conectores de entrada/saída CEX-Bus para conexão à unidade processadora AC 800M.
* Um slot de conector de borda de 80 pinos para inserir o módulo CI854B.
* Dois conectores DB9 fêmea (A e B) para conexão das redes PROFIBUS DP redundantes.
Depois que a placa de base estiver instalada e conectada, ela permanecerá intacta durante a substituição ou manutenção do módulo, garantindo a estabilidade da fiação de campo.
2. Módulo de expansão de comunicação CI854B (CEM):
Este é o módulo conectável “inteligente” que contém todos os componentes eletrônicos principais.
Sua arquitetura interna é baseada em uma poderosa CPU MPC880 e integra componentes principais:
* FPGA (Field-Programmable Gate Array): Modelo Xilinx XC3S1000, incorporando um processador NIOS soft-core dedicado a lidar com a pilha de protocolos PROFIBUS DP para comunicação eficiente em tempo real.
* Memória: Inclui Flash, RAM DDR2 e Flash PROM serial para armazenar programas, dados e configuração.
* Unidade de Redundância de Linha: Gerencia a comutação e monitoramento entre as duas linhas físicas PROFIBUS DP.
* Conversor DC/DC: Converte a alimentação de +24V DC do CEX-Bus nas diversas tensões requeridas internamente (por exemplo, +5V, +3,3V).
* Indicadores de status LED.
* Lógica de interface CEX-Bus e memória de porta dupla: permite troca rápida de dados com o controlador AC 800M.
Breve fluxo de trabalho: O controlador AC 800M envia comandos de controle e dados para o CI854B através do barramento CEX. A CPU e o FPGA PROFIBUS dentro do módulo CI854B colaboram para encapsular esses dados em telegramas de acordo com o protocolo PROFIBUS DP e enviá-los para a rede fieldbus através dos conectores da placa base do TP854. Simultaneamente, os dados recebidos dos dispositivos escravos na rede são carregados no controlador através do CEX-Bus. A Unidade de Redundância de Linha monitora continuamente a qualidade de ambas as linhas e realiza comutação quando necessário.
4. Pontos-chave de instalação e comissionamento
Instalação Mecânica: Primeiro, fixe a placa de base do TP854 em um trilho DIN padrão. Em seguida, alinhe o módulo CI854B com o slot de 80 pinos da placa de base e insira-o ao longo da direção do trilho até que ele trave no lugar. O mecanismo de bloqueio de código garante que apenas o tipo de módulo correto possa ser instalado.
Conexão de barramento: Utilize cabos de par trançado blindados em conformidade com as especificações PROFIBUS DP. O fio do cabo A (verde, correspondente a RxD/TxD-N) deve ser conectado ao PIN 8 do conector DB9, e o fio B (vermelho, correspondente a RxD/TxD-P) ao PIN 3. É crucial que a blindagem do cabo esteja conectada ao terra funcional em ambas as extremidades do cabo. Embora o conector CI854 forneça aterramento interno, uma conexão de aterramento externo (por exemplo, usando um grampo de aterramento) no ponto de terminação ainda é necessária para cumprir os padrões e obter imunidade ideal a ruídos.
Terminação do barramento: A rede PROFIBUS DP deve ser terminada com resistores nos dois nós finais físicos. Isso normalmente é feito usando plugues DB9 com resistores de terminação comutáveis integrados. Na extremidade do CI854BK01, se estiver localizado em uma extremidade do barramento, coloque a chave do resistor de terminação no conector correspondente em 'ON'; se estiver no meio da rede, configure-o para 'DESLIGADO'.
Fiação de configuração redundante:
Redundância de Linha: Conecte dois cabos PROFIBUS DP independentes às portas 'PROFIBUS A' e 'PROFIBUS B' do TP854, respectivamente.
Redundância Master: Requer dois módulos CI854B instalados em suas respectivas placas de base TP854. Suas portas PROFIBUS A devem ser conectadas em paralelo à mesma Rede física A, e as portas PROFIBUS B à mesma Rede física B. Os resistores de terminação devem ser acionados nas duas extremidades de cada rede física.
Configuração do software: No software de engenharia Control Builder M (CBM) da ABB, o hardware do controlador AC 800M deve ser configurado adicionando o módulo CI854B e definindo seus parâmetros mestre PROFIBUS DP (por exemplo, endereço da estação, taxa de transmissão), a lista de escravos a serem varridos e seu mapeamento de E/S. Os recursos de redundância também exigem configurações específicas de parâmetros de redundância no CBM. Após a configuração, baixe-o para o controlador.
5. Manutenção e solução de problemas
O CI854BK01 fornece indicadores LED abrangentes e diagnósticos do sistema para rápida identificação de problemas:
Nenhum LED está aceso: Verifique se o módulo CI854B está incluído na configuração do controlador e baixado; verifique o fusível CEX-Bus dentro da unidade do processador PM8xx; tente emitir um sinal de reset (INIT) do controlador.
Falha (F) LED vermelho aceso: Pode ser durante a inicialização/configuração do módulo (aguarde a conclusão) ou existe um erro de configuração. Verifique as informações de diagnóstico no CBM. Tente uma reinicialização; se a falha persistir, considere substituir o módulo.
LED RxA ou RxB apagado: Indica que não há comunicação na linha correspondente. Verifique se os escravos estão configurados e conectados nessa linha; verifique se os escravos redundantes estão funcionando corretamente; inspecione os cabos e conectores dessa linha em busca de danos ou conexões ruins.
LED DUAL apagado (em modo redundante): Verifique se a redundância do módulo está configurada corretamente e a configuração foi baixada no CBM.
Graças à capacidade de Hot Swap, se houver suspeita de falha de hardware do módulo, a substituição do módulo pode ser tentada enquanto o sistema está em execução (garantindo que as condições seguras sejam atendidas), permitindo a rápida recuperação da função do sistema.
