O SC520 é um componente crítico do ABB Advant® OCS (Open Control System) da série Advant Controller 450. É um portador de submódulo inteligente equipado com uma Unidade Central de Processamento (CPU) local, identificada pelo número de modelo 3BSE003816R1. Este módulo serve como uma plataforma de hardware chave dentro da arquitetura Advant Controller 450, projetado especificamente para abrigar e operar vários submódulos de comunicação, expandindo significativamente as capacidades de comunicação do controlador e o escopo de integração do sistema.
Dentro do sistema modular do Advant Controller 450, o suporte do submódulo atua como uma ponte conectando o núcleo do controlador (Módulo Processador PM511) ao mundo externo (como outros sistemas de controle, estações de operação, dispositivos fieldbus e equipamentos de terceiros). O SC520 não é apenas um transportador mecânico passivo, mas uma plataforma inteligente com capacidades de processamento independentes. Sua CPU local integrada pode descarregar tarefas de processamento de comunicação do processador principal, executando protocolos de comunicação específicos e funções de troca de dados. Isso melhora significativamente o desempenho geral do sistema de controle, a capacidade de resposta em tempo real e a confiabilidade.
O SC520 normalmente é instalado no subrack do controlador do Advant Controller 450. Ele fornece energia, conexões de barramento de dados, suporte mecânico e um ambiente de processamento cooperativo para vários submódulos de interface de comunicação (por exemplo, C1531, C1532Vxx, C1543, C1570). Ele suporta a funcionalidade 'hot-swap', facilitando a manutenção e a substituição do módulo durante a operação do sistema. Seu design atende aos rigorosos requisitos dos ambientes industriais, apresentando alta confiabilidade, excelente compatibilidade eletromagnética e facilidade de diagnóstico e manutenção.
II. Funções Primárias
O SC520 Submodule Carrier possui funcionalidades ricas e poderosas, demonstradas principalmente nos seguintes aspectos:
1. Suporte de hardware e funcionalidade de operadora:
Transportadora Modular: A principal função do SC520 é fornecer slots de montagem física e conexões elétricas para até dois submódulos de comunicação. Ele se conecta ao módulo processador principal do controlador (PM511) através de um barramento de backplane (por exemplo, Futurebus+).
Gerenciamento e distribuição de energia: O módulo é responsável por receber energia de +5V e +24V DC da fonte do sistema e distribuí-la de forma estável e confiável para seu próprio circuito e para os submódulos que ele hospeda. Seu design leva em conta o consumo variável de energia de diferentes submódulos, garantindo um fornecimento de energia estável.
Suporte Hot-Swap: Em configurações onde o projeto permite, suporta a instalação ou remoção de submódulos e, em alguns casos, do próprio portador, sem desligar a alimentação do sistema. Isso melhora muito a capacidade de manutenção e a disponibilidade do sistema.
Projeto térmico: A construção do módulo considera as necessidades de dissipação de calor, garantindo uma operação estável para ele e seus submódulos hospedados dentro das faixas de temperatura nominais.
2. Expansão da Comunicação e Processamento de Protocolo:
Hub de comunicação multiprotocolo: Ao inserir diferentes submódulos de comunicação, o SC520 permite que o Advant Controller 450 suporte dezenas de redes e protocolos de comunicação industrial, incluindo, mas não se limitando a:
Rede de Controle: MasterBus 300/300E (via submódulo CS513) para troca de dados em tempo real entre o controlador e nós de alto nível, como estações de operação Advant Station e estações de gerenciamento de informações.
Fieldbus: MasterFieldbus (via submódulo C1570) para conexão de unidades de E/S S400 ou outros dispositivos compatíveis; Advant Fieldbus 100 (requer outras interfaces); PROFIBUS-DP (via submódulo C1541V1); Rede LONWORKS (via submódulos C1572/C1573).
Comunicação Serial: Fornece interfaces RS-232-C/V.24 (via submódulo C1531) para conexão de impressoras, estações de operação locais (MasterView 320) ou comunicação com computadores externos através do protocolo EXCOM.
Interface multifornecedor (MVI): Suporta vários protocolos industriais padrão, como RCOM, MODBUS, Siemens 3964(R), etc. (via submódulos C1532Vxx ou C1534Vxx), bem como uma interface programável gratuitamente para protocolos definidos pelo usuário (via submódulos C1535/C1538).
Compartilhamento de carga via CPU local: Esta é a principal vantagem do SC520. Para certas tarefas de comunicação de alta carga ou altamente críticas em termos de tempo (por exemplo, comunicação em rede MasterBus 300/300E), existe a opção de executar o processamento da pilha de protocolos de comunicação na CPU local do SC520 em vez da CPU do controlador principal (PM511). Este modo 'executado em CPU escrava' pode reduzir significativamente a carga na CPU principal (a documentação indica menor carga da CPU principal para envio/recebimento de dados ao usar o SC520 em comparação com o portador SC510 sem uma CPU local). Isso libera os principais recursos da CPU para executar lógicas de controle críticas, algoritmos e manipulação de E/S de processos, otimizando assim o desempenho geral do sistema.
Suporte de comunicação redundante: O SC520 e seus submódulos podem ser configurados como parte de links de comunicação redundantes, como a construção de redes MasterBus 300 redundantes ou redes Advant Fieldbus 100, aumentando a confiabilidade da comunicação do sistema.
3. Integração do sistema e funções de diagnóstico:
Integração perfeita do sistema: Como parte da arquitetura padrão do Advant OCS, o SC520 é totalmente compatível com o software do sistema (por exemplo, módulos de programa como QC07-BAS41). Seus submódulos hospedados são automaticamente reconhecidos e configurados no sistema. As funções de comunicação podem ser facilmente programadas e acessadas através de elementos de PC correspondentes em AMPL (ABB Master Programming Language), como COM-STAT , DSP-R , DSP-S , MFB-IN , MFB-OUT , etc.
Monitoramento e diagnóstico de status: O módulo apresenta recursos abrangentes de diagnóstico. O status dos links de comunicação ou do próprio submódulo pode ser rapidamente identificado através do display de status do sistema (visível nas estações de engenharia ou do operador) e indicadores LED no painel frontal do módulo (por exemplo, luzes de funcionamento/falha). As mensagens do sistema fornecem relatórios detalhados sobre erros de hardware (por exemplo, falha de inicialização, erro de soma de verificação, módulo ausente), auxiliando o pessoal de manutenção na solução de problemas.
Flexibilidade de configuração: Vários compartimentos SC520 podem ser instalados em um subrack de controlador conforme necessário, cada um hospedando diferentes combinações de submódulos de comunicação. Isso permite a construção de topologias de comunicação que atendem às demandas de requisitos complexos de projetos.
III. Princípio de funcionamento e arquitetura
O princípio de funcionamento do SC520 é baseado em uma arquitetura avançada de processamento distribuído e filosofia de design modular. Seu fluxo de trabalho e mecanismo de colaboração interna são os seguintes:
1. Arquitetura de hardware e interação de barramento:
O SC520 em si é uma placa de circuito impresso complexa, cujo núcleo é o microprocessador local integrado (CPU). Este processador está firmemente conectado ao módulo principal do processador PM511 através de um barramento paralelo de alta velocidade (baseado no padrão Futurebus+ no Advant Controller 450). Este barramento é a “rodovia” para troca de dados e comandos.
Troca de Dados: A UCP principal (PM511) utiliza este barramento para escrever pacotes de dados, comandos de controle ou parâmetros de configuração destinados a redes externas na área de memória compartilhada do SC520 e seus submódulos. Por outro lado, a CPU local do SC520 grava dados, informações de status ou relatórios de eventos recebidos de redes externas em áreas de memória acessíveis pela CPU principal através do mesmo barramento.
Interrupções e Coordenação: Ambas as partes podem notificar-se mutuamente sobre novas tarefas ou dados pendentes através de mecanismos de interrupção, permitindo um trabalho colaborativo eficiente.
2. Papel da CPU Local e Princípio do 'Compartilhamento de Carga':
A CPU local do SC520 atua como um 'coprocessador de comunicação' ou 'gateway inteligente'. Seu modo de operação depende principalmente do tipo de submódulo de comunicação instalado e da configuração do sistema:
Modo de Processamento de Protocolo: Para certos submódulos de comunicação (por exemplo, um módulo CS513 MasterBus 300 configurado para o modo 'executado em CPU escrava'), o processamento das camadas inferior a intermediária da pilha de protocolo de comunicação (por exemplo, encapsulamento/descapsulação de quadros, gerenciamento de link, detecção de erros, controle de acesso à mídia) é feito inteiramente pela CPU local do SC520. A CPU local gerencia independentemente a interface de rede, processa o fluxo de dados brutos na rede e apenas passa os dados (ou eventos) válidos extraídos da camada de aplicativo para a CPU principal por meio do barramento do backplane. Por outro lado, ele empacota os dados do aplicativo recebidos da CPU principal em quadros compatíveis com o protocolo de rede e os transmite. As vantagens deste modo são:
Carga reduzida da CPU principal: Descarrega tarefas demoradas e periódicas de processamento de protocolo de comunicação da CPU principal, permitindo que ela se concentre em ciclos de tarefas de controle com requisitos de determinismo mais elevados.
Melhor desempenho em tempo real: A CPU local pode responder a eventos de rede mais rapidamente, reduzindo atrasos de comunicação causados pelo congestionamento da tarefa principal da CPU.
Desempenho aprimorado do sistema: permite que o sistema lide com tráfego de comunicação de rede mais denso sem afetar o desempenho do controle.
Modo de gerenciamento/passagem de interface: Para outros submódulos (por exemplo, interface C1531 RS-232), a CPU local pode lidar principalmente com a inicialização da interface, configuração de parâmetros, buffer de dados e controle de fluxo. A análise do conteúdo dos dados pode ser realizada por software (por exemplo, drivers EXCOM) executado na CPU principal. Mesmo assim, a presença da CPU local simplifica a carga do driver na CPU principal.
3. Colaboração com submódulos:
O SC520 fornece uma interface elétrica e lógica padronizada para cada slot de submódulo. A CPU local se comunica com cada submódulo através de um barramento interno ou interface dedicada para inicialização, controle e monitoramento de status.
Inicialização e configuração: Durante a inicialização do sistema, a CPU principal instrui a CPU local do SC520 através do barramento do backplane para ligar, realizar autotestes e configurar parâmetros para cada submódulo.
Distribuição de tarefas e roteamento de dados: A CPU local roteia os dados para o submódulo correto com base no destino de comunicação. Por exemplo, os dados destinados à rede MasterBus 300 são entregues ao submódulo CS513, enquanto os dados de uma impressora serial são enviados ao submódulo C1531.
Isolamento de falha: Se um submódulo falhar, a CPU local do SC520 pode detectá-lo e isolá-lo, evitando que a falha afete outros submódulos ou o barramento do backplane, e reportá-la à CPU principal através de mecanismos de diagnóstico.
4. Função na redundância do sistema:
Em sistemas configurados com unidades Advant Controller 450 redundantes (PM511 duplo) ou redes de comunicação redundantes, o SC520 pode suportar redundância para caminhos de comunicação críticos.
Interfaces de comunicação redundantes: Dois submódulos de comunicação idênticos podem ser instalados (por exemplo, dois C1522A para Advant Fieldbus 100 redundante), cada um conectado a redes físicas independentes. A CPU local do SC520 pode gerenciar o status de ambas as interfaces, alternando automática ou manualmente para o link de backup se o primário falhar.
Coordenação com CPUs Redundantes: Em configurações de processadores redundantes, as duas CPUs principais PM511 normalmente compartilham recursos críticos de comunicação. O SC520 e seus submódulos devem ser acessíveis e gerenciáveis por ambas as CPUs principais, garantindo que todas as conexões de comunicação externa possam ser transferidas sem problemas ou rapidamente restabelecidas durante uma alternância entre primário/backup.
5. Integração de software e firmware:
A operação do SC520 e de sua CPU local depende do suporte de firmware e software do sistema. Este software é normalmente integrado ao módulo de programa do sistema básico do Advant Controller 450 (QC07-BAS41). Durante a inicialização do sistema, enquanto carrega seu próprio software de sistema, a CPU principal também carrega o firmware e os drivers necessários na CPU local do SC520. No nível de programação da aplicação, os engenheiros não programam o SC520 diretamente. Em vez disso, eles utilizam os poderosos recursos de comunicação fornecidos pelo SC520 indiretamente, configurando os dados do sistema do controlador e programando os elementos de comunicação correspondentes do PC.
