Řídicí systém Mark VIe se objevuje jako sofistikované řešení navržené tak, aby splňovalo přísné požadavky moderní automatizace napříč rozmanitým spektrem aplikací, od výroby energie až po složité výrobní procesy. Tato integrovaná platforma se vyznačuje pokročilou architekturou, která hladce spojuje vysokorychlostní deterministické sítě s komplexními možnostmi redundance a jednotným softwarovým prostředím.
Srdcem systému Mark VIe je výkonný jednodeskový ovladač. Tato jednotka integruje hlavní procesorovou jednotku s redundantními ethernetovými ovladači speciálně navrženými pro správu síťové vstupně/výstupní (I/O) komunikace. Pro řízení síťového provozu jsou začleněna další vyhrazená ethernetová rozhraní, která zajišťují segregovaný a prioritní datový tok. Regulátor pracuje na multitaskingovém operačním systému v reálném čase, který zaručuje deterministický výkon pro časově citlivé regulační smyčky. Aplikační logika se spouští pomocí konfigurovatelného programovacího jazyka založeného na blocích, uloženého v energeticky nezávislé paměti, aby se zabránilo ztrátě během cyklů napájení. Tento jazyk, podobný IEEE 854 32bitovému formátu s plovoucí desetinnou čárkou, poskytuje inženýrům výkonné a známé prostředí pro vývoj komplexních řídicích strategií. Kromě toho jsou k dispozici sekvenční funkční diagramy (SFC) pro orchestraci složitých provozních sekvencí, které zvyšují schopnost systému řídit sofistikované vícefázové procesy.
Stěžejním prvkem architektury je I/O síť neboli IONet. Jedná se o vyhrazený, plně duplexní, point-to-point protokol, který vytváří deterministickou, vysokorychlostní 100 MB komunikační infrastrukturu. IONet je navržen tak, aby podporoval jak lokalizovaná, tak distribuovaná I/O zařízení, která slouží jako kritická datová dálnice mezi hlavním řadičem (kontroléry) a různými síťovými I/O moduly. Jeho deterministický charakter zajišťuje, že datové pakety jsou doručeny v garantovaném časovém rámci, což je nezbytné pro přesné řídicí aplikace. Síť podporuje jednoduché, duální a trojité redundantní konfigurace a nabízí měděná i optická rozhraní, aby vyhovovala různým požadavkům na instalaci, jako je odolnost vůči elektromagnetickému rušení v náročných provozních prostředích.
Fyzický I/O subsystém je strukturován kolem modulárních I/O balíčků. Každý modul se skládá ze tří primárních prvků: svorkovnice, svorkovnice a samotné I/O sady. Bariérové nebo krabicové svorkovnice jsou namontovány na svorkovnici, která je následně připevněna na DIN lištu nebo základovou desku v rozvaděči. I/O pack je inteligentní komponenta, která obsahuje dva ethernetové porty pro připojení k IONetu, napájecí zdroj, místní vyhrazený procesor a desku pro sběr dat speciálně přizpůsobenou pro jeho I/O funkci. Tento modulární design umožňuje škálovatelné rozšíření systému; I/O kapacita se zvýší jednoduše přidáním dalších balíčků do sítě. Tato flexibilita umožňuje nasazení v konfiguracích simplex, dual nebo triple modular redundant (TMR). Pro aplikace vyžadující výjimečnou rychlost, jako je řízení servopohonů, může místní procesor v rámci každé sady spouštět specializované algoritmy s rychlostmi výrazně vyššími než hlavní řídicí smyčka, což snižuje zátěž zpracování od centrální řídicí jednotky a zvyšuje celkový výkon systému.
Platforma Mark VIe je známá svými rozsáhlými a konfigurovatelnými možnostmi redundance, které jsou přizpůsobeny kritičnosti řízeného procesu. Filozofie redundance lze aplikovat na senzory, sítě, řídicí jednotky a výstupní moduly, což poskytuje hloubkový přístup k maximalizaci dostupnosti a zmírnění jednotlivých bodů selhání.
Duální redundantní systémy jsou běžnou konfigurací pro aplikace s vysokou dostupností. V tomto nastavení jsou vstupní signály ze senzorů čteny vstupními sadami (které samy mohou být jednoduché nebo redundantní) a přenášeny přes duální, nezávislé IONety do dvojice ovladačů Mark VIe. Tyto regulátory provozují identický aplikační software v lockstepu. Výstupy z ovladačů jsou pak odesílány do výstupních sad. Pro nejkritičtější koncové ovládací prvky lze implementovat schéma trojitého hlasovacího výstupu, kde tři samostatné výstupní I/O sady přijímají povelové signály. Hardwarový nebo softwarový volič vybere správný výstup na základě většinového hlasování (2 ze 3), čímž zajistí, že porucha v jednom výstupním kanálu nezpůsobí falešnou akci v provozním zařízení. Tato architektura může obsahovat jednoduché, duální nebo trojité redundantní senzorové vstupy.
Pro nejvyšší kritičnost je nasazen trojitý modulární redundantní (TMR) systém. Tato konfigurace je navržena tak, aby tolerovala selhání jakékoli jednotlivé součásti, aniž by narušila proces. Tři nezávislé ovladače běží paralelně a přijímají vstupní data z trojnásobně redundantních senzorů prostřednictvím tří samostatných IONetů. Systém nepřetržitě provádí hlasování (buď výběr 2 ze 3 nebo výběr střední hodnoty) u všech kritických vstupních signálů. Každý řadič vykonává svou logiku na základě této zvolené neboli 'správné' hodnoty. Sofistikovaná diagnostika nepřetržitě monitoruje všechny tři kanály, rychle identifikuje a upozorní na poruchu zařízení. Tato schopnost dramaticky zkracuje střední dobu opravy (MTTR) okamžitým určením vadné součásti. Funkce online opravy systému navíc umožňuje technikům vyměnit vadný modul, aniž by celý proces odpojili, čímž se výrazně prodlouží střední doba mezi vynucenými výpadky (MTBFO). Polní senzory pro tyto systémy mohou být konfigurovány jako jednoduché, duální nebo trojité v závislosti na požadované úrovni integrity.
I/O balíčky v systému Mark VIe jsou mnohem víc než jen jednoduché převodníky signálu; jsou to inteligentní zařízení, která významně přispívají k celkové schopnosti systému. Každá sada obsahuje místní procesorovou desku s operačním systémem v reálném čase a specializovanou desku pro sběr dat. Tato konstrukce umožňuje distribuované zpracování, což umožňuje provádět funkce jako rychlé PID smyčky nebo regulace servoventilu lokálně v rámci modulu při velmi vysokých rychlostech, nezávisle na době skenování hlavního regulátoru.
Klíčovou vlastností těchto modulů je integrované teplotní čidlo s přesností ±2°C. Tento senzor nepřetržitě monitoruje provozní teplotu I/O packu. Pokud je zjištěna nadměrná teplota, generuje diagnostický alarm. Hodnota teploty a stav alarmu jsou zpřístupněny v databázi řídicího systému (signální prostor), což umožňuje řídicí logice provádět preventivní akce, jako je zahájení řízeného odstavení nebo upozornění operátorů vlastní alarmovou zprávou, čímž se zabrání poškození hardwaru.
Mezi standardní funkce I/O modulů patří duální 100 MB plně duplexní ethernetové porty pro robustní síťové připojení, komplexní podpora online oprav a výměny a automatická rekonfigurace při výměně modulu. Specifikace přesnosti jsou zaručeny v celém rozsahu provozních teplot. Stav je indikován pomocí LED pro napájení, aktivitu sítě a podmínky specifické pro aplikaci. Moduly jsou napájeny stejnosměrným zdrojem 28 V, který je vybaven vnitřní polovodičovou ochranou obvodu s nominálním vypínacím bodem 2 A a obvodem měkkého rozběhu, který zabraňuje problémům s náběhovým proudem. Záporné stejnosměrné napájení je uzemněno kovovým krytem, což zvyšuje odolnost proti rušení a bezpečnost.
Systém Mark VIe nabízí dva primární typy terminálových modulů (moduly typu T a moduly typu S), aby vyhovovaly různým potřebám zapojení a redundance.
Moduly typu T jsou navrženy pro aplikace vyžadující vysokou úroveň redundance a izolace signálu. Obvykle distribuují vstupní signál jednoho pole do tří samostatných I/O sad pro systémy TMR. Tyto moduly obsahují dvě odnímatelné 24bodové bariérové svorkovnice. Každý bod může přijmout dva vodiče až do 3,0 mm² (#12 AWG) s izolačním jmenovitým napětím 300 V a podporuje rýhované nebo kruhové očka, stejně jako neztratitelné svorky pro holé vodiče. Rozteč šroubů je minimálně 9,53 mm od středu ke středu. Obvykle se montují na povrch a obsahují integrovaný stínící pásek připojený k montážní základně pro lepší elektromagnetickou kompatibilitu (EMC).
Moduly S-Type poskytují kompaktnější a nákladově efektivnější řešení pro simplexní, duální nebo vyhrazené aplikace TMR, kde signály nejsou rozprostřeny. Mají poloviční velikost než moduly typu T a lze je montovat na lištu DIN nebo na povrch. Nabízejí jeden koncový bod na I/O signál. Pevné svorky krabicového typu akceptují jeden vodič 3,0 mm² nebo dva vodiče 2,0 mm² (#14 AWG). K dispozici je také verze s odnímatelnými svorkami, která umožňuje výměnu v místě použití alternativními technologiemi připojení, jako jsou pružinové svorky nebo typy s posuvnou izolací. Každý blok obsahuje štítový pás přivázaný k funkční zemi.
Komponenty Mark VIe jsou navrženy pro globální nasazení v různých podmínkách prostředí. Základní elektronika, včetně řídicích jednotek, I/O modulů a napájecích zdrojů, je dimenzována pro provoz od -30 °C do 65 °C. Pro zajištění spolehlivosti se doporučuje, aby moduly s přísnějšími teplotními parametry, jako jsou určité brány fieldbus (např. PROFIBUS Master: -20 až 55 °C, FOUNDATION Fieldbus: 0 až 55 °C), byly instalovány níže v rozvaděči, kde jsou teploty nižší. Vybavení velínu, stejně jako pracoviště operátora, má užší provozní rozsah 20 až 30 °C. Všechna zařízení jsou navržena tak, aby vydržela širší teplotní rozsahy (-40 až 85 °C pro řídicí jednotky, 0 až 30 °C pro pracovní stanice) během přepravy a skladování.
Hardwarové možnosti Mark VIe plně odemkne softwarová sada ControlST. Tato integrovaná sada nástrojů poskytuje jednotné prostředí pro každý aspekt životního cyklu řídicího systému. Jeho jádrem je aplikace ToolboxST, která se používá pro programování, konfiguraci, sledování trendů v reálném čase a hloubkovou diagnostickou analýzu napříč všemi systémy Mark VIe a Mark VIeS. Zajišťuje, že jak v rámci kontrolorů, tak na úrovni závodu jsou k dispozici vysoce kvalitní a časově koherentní data, která tvoří pevný základ pro efektivní správu aktiv a operativní rozhodování.
Pro aplikace kritické z hlediska bezpečnosti, které vyžadují certifikaci podle norem jako IEC 61508, se používá bezpečnostní systém Mark VIeS. Tento systém využívá stejnou známou softwarovou sadu ControlST a sadu nástrojů ToolboxST pro údržbu a konfiguraci, což výrazně snižuje požadavky na školení operátorů. Udržuje však fyzicky a logicky oddělenou sadu certifikovaných hardwarových a softwarových funkčních bloků. ToolboxST poskytuje bezpečnostní funkce pro zamykání nebo odemykání bezpečnostního systému pro konfiguraci a programování Safety Instrumented Function (SIF), čímž zajišťuje, že integrita bezpečnostní logiky nebude nikdy narušena.
Portfolio I/O systému je rozsáhlé a zahrnuje jak generické moduly, jako jsou diskrétní vstupy (liší se podle jmenovitého napětí a izolace), tak vysoce specializované moduly specifické pro aplikaci. Například vyhrazené servomoduly poskytují ultrarychlé zpracování potřebné pro přesné řízení pohonů turbín v uzavřené smyčce. Podobně jsou k dispozici specializované moduly pro monitorování vibrací pro přesné měření radiálního a axiálního posunutí hřídele u rotujících strojů, které integrují ochranu přímo do řídicího systému. Kritéria výběru modulů zahrnují nejen typ signálu, ale také požadovanou redundanci, úroveň izolace, styl svorkovnice, bezpečnostní certifikaci (SIL) a schválení pro použití v nebezpečných místech.
Reference： https://www.gevernova.com/content/dam/gepower-new/global/en_US/downloads/gas-new-site/resources/reference/GEA35311-Mark-VIe-Control-Product-Description-Brochure-DRAFT.pdf
