Slow Control System SCS3000 / Midas Slow Control Bus (MSCB)
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- Mareke Baumgartner
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1 WIR SCHAFFEN WISSEN HEUTE FÜR MORGEN Lukas Künzi :: Entwicklungsingenieur:: Paul Scherrer Institut Slow Control System SCS3000 / Midas Slow Control Bus (MSCB) Freitag, 4. März 2016
2 Inhalt Übersicht MSCB Protokoll Systemübersicht / HW-Konzept Display Einheit Firmware Konzept Facts «Demo» Seite 2
3 Übersicht Steuerung und Überwachung der Experimente z.b.: Temperatur, Druck, Hochspannungen, Pumpen, Ventile, usw. Slow Control Datenerfassung / Verarbeitung bei 10ms 10s Seite 3
4 MSCB Protokoll MSCB MIDAS 1 Slow Control Bus Asynchroner RS-485 Feldbus, half-duplex, 115kBaud Proprietäres Protokoll: 16 Bit Adressierung (65k Knoten), CRC, Acknowledge Ursprünglich als kostengünstige CAN-Alternative hauptsächlich für MEG am PSI entwickelt Commandline und LabView (.dll) Interface Grafik: Stefan Ritt 1) MIDAS = Maximum Integrated Data Acquisition System : entwickelt am PSI und TRIUMF Seite 4
5 160 pin header SCS3000 Systemübersicht SPI Bus Ethernet Temp Watchdog Slot 0 Slot 1 Trace SWD 8 8 DIP-SW Config NV-RAM 8MBit 6 16 CPU Cortex M4F STM32F Cmd Addr Data Spare CPLD XC2C Slot 2 Slot 3 Slot 4 Slot 5 Display and Touch Controller SPI 8 8 Slot 6 Slot (Factory) Reset LEDs Beeper Power Supply Monitoring 2 Primary RS Secondary RS External Bus Seite 5
6 SCS3000 Systemübersicht Ethernet PHY 64 IOs CPLD uc Seite 6
7 Verfügbare Karten ADC (16/18Bit): - Spannung ±10V, ±2V, single, differentiell, isoliert - Strom ±20mA, +2mA, single, differentiell DAC (16Bit): - Strom 0-2.5mA, 0-25mA, - Spannung ±10V - Spannung ±10V/0.5A Relais PT100 / PT1000 AD590 Temp. Sensor Digital Output (3.3V / 5V / 24V) Digital Input +einige Karten für Spezielle Anwendungen Seite 7
8 SCS3000 Hardware Konzept Ziel: robustes System für raue Umgebungen Schützen aller Eingänge und Ausgänge (TVS-Dioden, Filter, usw.) Strikte Potentialtrennung bei RS-485 Schnittstellen Überwachung der Systemspannungen Watchdog(s) Seite 8
9 SCS3000 Display Einheit EVE - Embedded Video Engine: 3 Funktionen in einem Chip Low Cost MCU SPI/QSPI Interface Bis 800 x 600 Pixel 24 Bit Farbe (RGB 8,8,8) Kein Frame Buffer Quelle: FTDI Chip Seite 9
10 SCS3000 Display Einheit FT81x Block Diagramm: Quelle: FTDI Chip Seite 10
11 SCS3000 Display Einheit Grafik Daten Pfad: Quelle: FTDI Chip Seite 11
12 SCS3000 Display Einheit High-Level Kommando via CMD FIFO oder Direkt in Display-Liste schreiben Integrierte Widgets Beispiel: Cmd_dlstart() Cmd_clock(current time) Cmd_display() Cmd_swap() Quelle: FTDI Chip Seite 12
13 SCS3000 Firmware Konzept Deterministisches System erfordert definiertes Abtastintervall Ts = 8ms; Fs= 125Hz; mögliche Regelbandbreite von wenigen Hz Abtastintervall durch Timer-Interrupt Überwachen der Systemlast = CPU Zeit (100% entspricht 8ms) Quasi Paralleles bearbeiten gleicher Karten, max. 1ms pro Slot Ereignis/Fehler Log auf persistent Firmware Spiegelung Firmware Check bei Laufzeit Seite 13
14 SCS3000 Firmware Spiegelung Flash Bank 2 Spiegelung Image Mirror 2 Flash Bank 1 Spiegelung Image Mirror 1 Seite 14
15 SCS3000 Firmware Spiegelung Firmware Upgrade: Flash Bank 2 Spiegelung Image Mirror 2 Flash Bank 1 Spiegelung Image Mirror 1 Seite 15
16 SCS3000 Firmware Spiegelung Firmware Upgrade: Stoppe Firmware-Spiegelung Flash Bank 2 Image Mirror 2 Flash Bank 1 Image Mirror 1 Seite 16
17 SCS3000 Firmware Spiegelung Firmware Upgrade: Stoppe Firmware Spiegelung Schreibe neue FW auf nv-ram, und überprüfe FW Flash Bank 2 Neue FW Image Mirror 2 Flash Bank 1 Neue FW Image Mirror 1 Seite 17
18 SCS3000 Firmware Spiegelung Firmware Upgrade: Stoppe Firmware Spiegelung Schreibe neue FW auf nv-ram, überprüfe FW Kopiere neue FW auf Flash Bank, überprüfe FW Flash Bank 2 Image Mirror 2 Flash Bank 1 kopiere Image Mirror 1 Seite 18
19 SCS3000 Firmware Spiegelung Firmware Upgrade: Stoppe Firmware Spiegelung Schreibe neue FW auf nv-ram, überprüfe FW Kopiere neue FW auf Flash Bank Neustart Flash Bank 2 Spiegelung Image Mirror 2 Flash Bank 1 Spiegelung Image Mirror 1 Seite 19
20 SCS3000 Firmware Spiegelung Vorteile: Erhöhte Sicherheit «Selbstheilung» Upgrade während des Betriebes ohne Funktionseinschränkung Seite 20
21 SCS3000 Facts System mit erhöhter Zuverlässigkeit Bootet in weniger als 8ms Upgrade Zeit: 6s RTC mit NTP-Server synchronisiert Aktuelle Auslastung: Flash ca. 140kB (25%), RAM ca. 89kB (34%) CPU Last: 1%, 35% Peak Stromaufnahme: ca. 140mA an 24V (ohne Karten) Stromschaltvermögen: 24V Produktionskosten: 940 CHF (inkl. Backplane) Seite 21
22 Wir schaffen Wissen heute für morgen Seite 22
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