Mark VIe-kontrolsystemet fremstår som en sofistikeret løsning, der er udviklet til at imødekomme de strenge krav fra moderne automatisering på tværs af en bred vifte af applikationer, fra strømproduktion til komplekse fremstillingsprocesser. Denne integrerede platform udmærker sig ved sin avancerede arkitektur, som problemfrit blander højhastighedsdeterministisk netværk med omfattende redundansmuligheder og et samlet softwaremiljø.
I hjertet af Mark VIe-systemet ligger en kraftfuld singleboard-controller. Denne enhed integrerer hovedbehandlingsenheden med redundante Ethernet-drivere, der er specielt designet til styring af netværksinput/output (I/O)-kommunikation. Yderligere dedikerede Ethernet-grænseflader er indbygget til at håndtere kontrol af netværkstrafik, hvilket sikrer adskilt og prioriteret dataflow. Controlleren opererer på et real-time, multi-tasking operativsystem, der garanterer deterministisk ydeevne for tidsfølsomme kontrolsløjfer. Applikationslogik udføres ved hjælp af et konfigurerbart blokbaseret programmeringssprog, gemt i ikke-flygtig hukommelse for at forhindre tab under strømcyklusser. Dette sprog, beslægtet med IEEE 854 32-bit flydende kommaformat, giver ingeniører et kraftfuldt og velkendt miljø til udvikling af komplekse kontrolstrategier. Derudover er Sequential Function Charts (SFC) tilgængelige til at orkestrere indviklede operationelle sekvenser, hvilket forbedrer systemets evne til at styre sofistikerede flertrinsprocesser.
Et centralt element i arkitekturen er I/O-netværket eller IONet. Dette er en dedikeret, fuld-dupleks, punkt-til-punkt-protokol, der etablerer en deterministisk højhastighedskommunikationsinfrastruktur på 100 MB. IONet er konstrueret til at understøtte både lokaliserede og distribuerede I/O-enheder, der fungerer som den kritiske datamotorvej mellem hovedcontrolleren(e) og de forskellige netværksforbundne I/O-moduler. Dens deterministiske karakter sikrer, at datapakker leveres inden for en garanteret tidsramme, hvilket er afgørende for præcise kontrolapplikationer. Netværket understøtter enkelt-, dobbelt- og tredobbelt redundante konfigurationer og tilbyder både kobber- og fiberoptiske grænseflader for at imødekomme forskellige installationskrav, såsom immunitet over for elektromagnetisk interferens i barske anlægsmiljøer.
Det fysiske I/O-undersystem er struktureret omkring modulære I/O-pakker. Hvert modul er sammensat af tre primære elementer: et klemkort, en klemrække og selve I/O-pakken. Afspærrings- eller boksklemmer monteres på klemrækken, som efterfølgende fastgøres til en DIN-skinne eller en bundplade i styreskabet. I/O-pakken er den intelligente komponent, der rummer to Ethernet-porte til tilslutning til IONet, en strømforsyning, en lokal dedikeret processor og et dataindsamlingskort, der er specielt skræddersyet til dets I/O-funktion. Dette modulære design giver mulighed for skalerbar systemudvidelse; I/O-kapaciteten øges blot ved at tilføje flere pakker til netværket. Denne fleksibilitet muliggør implementeringer i simplex-, dual- eller triple modular redundant (TMR)-konfigurationer. Til applikationer, der kræver exceptionel hastighed, såsom servostyring, kan den lokale processor i hver pakke udføre specialiserede algoritmer ved hastigheder, der er væsentligt højere end hovedkontrolsløjfen, aflaste behandlingsbyrden fra den centrale controller og forbedre den samlede systemydelse.
Mark VIe-platformen er kendt for sine omfattende og konfigurerbare redundansfunktioner, som er skræddersyet til kritikaliteten af den proces, der kontrolleres. Redundansfilosofier kan anvendes på sensorer, netværk, controllere og outputmoduler, hvilket giver en dybtgående forsvarstilgang til at maksimere tilgængeligheden og afbøde enkelte fejlpunkter.
Dobbelte redundante systemer er en almindelig konfiguration for applikationer med høj tilgængelighed. I denne opsætning læses inputsignaler fra sensorer af inputpakker (som i sig selv kan være enkelte eller redundante) og transmitteres over dobbelte, uafhængige IONets til et par Mark VIe-controllere. Disse controllere kører identisk applikationssoftware i låsetrin. Output fra controllerne sendes derefter til outputpakker. For de mest kritiske endelige kontrolelementer kan der implementeres et triple-voting output-skema, hvor tre separate output I/O-pakker modtager kommandosignalerne. En hardware- eller softwarebaseret vælger vælger det korrekte output baseret på en flertalsafstemning (2 ud af 3), og sikrer, at en fejl i én outputkanal ikke forårsager en falsk handling i feltenheden. Denne arkitektur kan rumme enkelte, dobbelte eller tredobbelte redundante sensorindgange.
For den største kritikalitet er et triple modular redundant (TMR) system implementeret. Denne konfiguration er designet til at tolerere en fejl i en enkelt komponent uden at forstyrre processen. Tre uafhængige controllere kører parallelt og modtager inputdata fra triple-redundante sensorer via tre separate IONets. Systemet udfører løbende en afstemning (enten et 2-ud-af-3 valg eller et medianværdivalg) på alle kritiske inputsignaler. Hver controller udfører sin logik baseret på denne stemte eller 'korrekte' værdi. Sofistikeret diagnostik overvåger kontinuerligt alle tre kanaler og identificerer hurtigt og alarmerer ved en enhedsfejl. Denne egenskab reducerer den gennemsnitlige tid til reparation (MTTR) dramatisk ved øjeblikkeligt at lokalisere den defekte komponent. Systemets online reparationsfunktion gør det desuden muligt for teknikere at udskifte det fejlbehæftede modul uden at tage hele processen offline, hvorved MTBFO (Mean Time Between Forced Outages) øges betydeligt. Feltsensorer til disse systemer kan konfigureres som enkelt, dobbelt eller tredobbelt, afhængigt af det nødvendige integritetsniveau.
I/O-pakkerne i Mark VIe-systemet er langt mere end simple signalkonvertere; de er intelligente enheder, der bidrager væsentligt til systemets samlede kapacitet. Hver pakke har et lokalt processorkort, der kører et realtidsoperativsystem og et specialiseret dataindsamlingskort. Dette design giver mulighed for distribueret behandling, hvilket muliggør, at funktioner som hurtige PID-sløjfer eller servoventilregulering kan udføres lokalt i modulet ved meget høje hastigheder, uafhængigt af hovedcontrollerens scanningstid.
En nøglefunktion ved disse moduler er en integreret temperatursensor med en nøjagtighed på ±2°C. Denne sensor overvåger løbende I/O-pakkens driftstemperatur. Hvis der registreres en for høj temperatur, genererer den en diagnostisk alarm. Temperaturværdien og alarmstatus gøres tilgængelige i kontrolsystemets database (signalrum), hvilket gør det muligt for kontrollogikken at tage forebyggende handlinger, såsom at starte en kontrolleret nedlukning eller advare operatører med en brugerdefineret alarmmeddelelse, og dermed forhindre hardwareskade.
Standardfunktioner på tværs af I/O-moduler inkluderer to 100 MB fuld-dupleks Ethernet-porte til robust netværksforbindelse, omfattende support til online reparation og udskiftning og automatisk rekonfiguration ved moduludskiftning. Nøjagtighedsspecifikationer er garanteret over hele driftstemperaturområdet. Status indikeres via LED'er for strøm, netværksaktivitet og applikationsspecifikke forhold. Moduler er drevet af en 28 V jævnstrømsforsyning, som har intern solid-state kredsløbsbeskyttelse med et nominelt 2 A trippunkt og et soft-start kredsløb for at forhindre indkoblingsstrømproblemer. Den negative DC-forsyning er jordet gennem metalkabinettet, hvilket forbedrer støjimmunitet og sikkerhed.
Mark VIe-systemet tilbyder to primære typer terminalmoduler (T-Type- og S-Type-moduler) for at imødekomme forskellige lednings- og redundansbehov.
T-Type moduler er designet til applikationer, der kræver høje niveauer af signalredundans og isolation. De distribuerer typisk et enkelt feltindgangssignal til tre separate I/O-pakker til TMR-systemer. Disse moduler indeholder to aftagelige 24-punkts klemrækker af barrieretypen. Hvert punkt kan acceptere to ledninger op til 3,0 mm² (#12 AWG) med 300 V isoleringsevne og understøtter spade- eller ring-type ører, samt fastspændte klemmer til bare ledninger. Skrueafstand er minimum 9,53 mm center-til-center. De er typisk overflademonterede og inkluderer en integreret skærmstrimmel forbundet til monteringsbasen for forbedret elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).
S-Type-moduler giver en mere kompakt og omkostningseffektiv løsning til simplex-, dual- eller dedikerede TMR-applikationer, hvor signalerne ikke udbredes. De er halvt så store som T-moduler og kan DIN-skinne eller overflademonteres. De tilbyder et enkelt termineringspunkt pr. I/O-signal. Faste boksterminaler accepterer en 3,0 mm² ledning eller to 2,0 mm² (#14 AWG) ledninger. En version med aftagelige terminaler er også tilgængelig, hvilket muliggør udskiftning i marken med alternative tilslutningsteknologier som fjederklemme eller isolationsforskydningstyper. Hver blok inkluderer en skjoldstrimmel bundet til funktionel jord.
Mark VIe-komponenter er designet til global implementering under en række forskellige miljøforhold. Kerneelektronik, inklusive controllere, I/O-moduler og strømforsyninger, er normeret til drift fra -30°C til 65°C. For at sikre pålidelighed anbefales det, at moduler med mere restriktive temperaturklassificeringer, såsom visse fieldbus-gateways (f.eks. PROFIBUS Master: -20 til 55°C, FOUNDATION Fieldbus: 0 til 55°C), installeres lavere i styreskabet, hvor temperaturerne er køligere. Kontrolrumsudstyr, som operatørarbejdsstationer, har et mere snævert driftsområde på 20 til 30°C. Alt udstyr er designet til at modstå bredere temperaturområder (-40 til 85°C for controllere, 0 til 30°C for arbejdsstationer) under forsendelse og opbevaring.
Hardwarefunktionerne i Mark VIe låses helt op af ControlST-softwarepakken. Dette integrerede sæt værktøjer giver et samlet miljø for alle aspekter af kontrolsystemets livscyklus. Kernen er ToolboxST-applikationen, som bruges til programmering, konfiguration, trending i realtid og dybdegående diagnostisk analyse på tværs af alle Mark VIe- og Mark VIeS-systemer. Det sikrer, at højkvalitets, tidssammenhængende data er tilgængelige både inden for controllerne og på anlægsniveau, hvilket danner et solidt grundlag for effektiv asset management og operationel beslutningstagning.
Til sikkerhedskritiske applikationer, der kræver certificering i henhold til standarder som IEC 61508, anvendes Mark VIeS Safety-systemet. Dette system bruger den samme velkendte ControlST-softwarepakke og ToolboxST-værktøjssæt til vedligeholdelse og konfiguration, hvilket i høj grad reducerer krav til operatøruddannelse. Den opretholder dog et fysisk og logisk adskilt sæt af certificerede hardware- og softwarefunktionsblokke. ToolboxST giver sikkerhedsfunktioner til at låse eller låse sikkerhedssystemet op til konfiguration og SIF-programmering (Safety Instrumented Function), hvilket sikrer, at sikkerhedslogikkens integritet aldrig kompromitteres.
Systemets I/O-portefølje er enorm og omfatter både generiske moduler som diskrete input (varierende afhængigt af spændingsværdi og isolation) og højt specialiserede applikationsspecifikke moduler. For eksempel giver dedikerede servomoduler den ultrahurtige behandling, der kræves til præcis lukket sløjfestyring af turbineaktuatorer. Tilsvarende er specialiserede vibrationsovervågningsmoduler tilgængelige til nøjagtigt at måle radial og aksial akselforskydning i roterende maskineri, der integrerer beskyttelse direkte i styresystemet. Udvælgelseskriterier for moduler omfatter ikke kun signaltype, men også nødvendig redundans, isolationsniveau, klemrækketype, sikkerhedscertificering (SIL) og godkendelser til brug på farlige steder.
Referencer: 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
