ماژول لایه کنترل برنامه GE IS215ACLEH1B

ماژول لایه کنترل برنامه کاربردی IS215ACLEH1B (ACLE) یک کنترل کننده اصلی مبتنی بر ریزپردازنده با کارایی بالا است که توسط GE Energy برای سیستم کنترل تحریک EX2100 توسعه یافته است. ماژول ACLE به عنوان یک واحد هوشمند اصلی سری EX2100، مسئول اجرای الگوریتم های کنترل پیچیده، مدیریت ارتباطات داده و هماهنگی عملکرد بردهای مختلف در سیستم است. این یک جزء حیاتی است که عملکرد پایدار و کارآمد سیستم تحریک ژنراتور را تضمین می کند.

این ماژول دارای طراحی جمع و جور است که دو اسلات را در یک قفسه کنترل استاندارد EX2100 اشغال می کند. می توان آن را در قفسه هایی با پیکربندی های مختلف پشتی نصب کرد، از جمله قفسه های کنترل تریستور سیمپلکس (با صفحه پشتی IS200ESBP)، قفسه های کنترل تریستور پشتیبان گرم (با صفحه پشتی IS200EBKP)، قفسه های کنترل رگولاتور سیمپلکس (با IS200ERBP کنترلر پشتی IS200ERBP (backplaneR200، و redunds) backplane)، سازگاری و انعطاف پذیری عالی را نشان می دهد. به عنوان جایگزینی کامل برای ماژول قبلی IS215ACLAH1A (ACLA)، IS215ACLEH1B دارای ارتقاء قابل توجهی در عملکرد، ذخیره سازی و قابلیت پردازش برای پاسخگویی به نیازهای کنترلی پیچیده تر و محیط های صنعتی خشن تر است. مدل IS215ACLEH1B به طور خاص به نسخه ای مجهز به یک پردازنده با کارایی بالا 400 مگاهرتز و سیستم عامل بلادرنگ QNX 4 اشاره دارد که برای ارائه پشتیبانی محاسباتی قدرتمند و قابلیت های پاسخگویی بلادرنگ قابل اعتماد برای سیستم EX2100 طراحی شده است.

عملکرد اصلی آن دستیابی به تبادل داده با ایستگاه های مهندسی، سیستم های نظارت در سطح کارخانه و ایستگاه های ورودی/خروجی راه دور از طریق شبکه های ارتباطی مختلف مانند اترنت، اجرای منطق کنترل و نظارت بر وضعیت کل سیستم تحریک است. زبان‌ها و کتابخانه‌های بلوک کنترل تخصصی را اجرا می‌کند، از بارگذاری پیکربندی آنلاین، اجبار کردن نقطه ورودی/خروجی، توابع تشخیصی جامع و ثبت رویدادهای غیرفرار پشتیبانی می‌کند و ابزارهای قدرتمند اشکال‌زدایی و نگهداری را در اختیار مهندسان قرار می‌دهد. همراه با نرم افزار جعبه ابزار کنترل سیستم جنرال الکتریک، پیکربندی، ارتقاء سیستم عامل، و اصلاح منطق برنامه برای ماژول ACLE بصری و کارآمد می شود و به طور قابل توجهی راحتی اجرای مهندسی و تعمیر و نگهداری را افزایش می دهد.

2. توابع و ویژگی های اصلی

طراحی ماژول IS215ACLEH1B به طور کامل نیازمندی های سختگیرانه کنترل صنعتی را در نظر می گیرد و چندین ویژگی پیشرفته را برای اطمینان از قابلیت اطمینان سیستم، عملکرد بلادرنگ و قابلیت نگهداری ادغام می کند.

• پلتفرم پردازنده قدرتمند: مجهز به واحد پردازش مرکزی با کارایی بالا 400 مگاهرتز (روی برد PC/104-Plus)، قدرت محاسباتی بسیار بالاتری را در مقایسه با نسخه‌های قبلی ارائه می‌کند، امکان اجرای سریع الگوریتم‌های کنترل پیچیده و پردازش مقادیر زیادی از داده‌های ورودی/خروجی را فراهم می‌آورد، و نیاز به مجموعه کنترل‌های مدرن با سرعت بالا را برآورده می‌کند. این پردازنده به 256 کیلوبایت حافظه نهان L2 مجهز شده است که به طور موثری بازده داده را بهبود می بخشد.

• سیستم عامل بلادرنگ Mature: سیستم عامل بلادرنگ QNX 4 را اجرا می کند که در زمینه کنترل صنعتی به دلیل قابلیت اطمینان بالا، قطعیت و معماری میکروکرنل مشهور است، از اجرای بلادرنگ وظایف کنترلی و عملکرد سیستم پایدار طولانی مدت، به ویژه برای برنامه های تولید برق با الزامات ایمنی و در دسترس بودن بالا مناسب است.

• رابط های ارتباطی غنی: ویژگی های استاندارد شامل دو پورت اترنت با مذاکره خودکار 10/100BaseT و دو پورت ارتباطی سریال RS-232 است. پورت های اترنت از پروتکل هایی مانند TCP/IP، Ethernet Global Data (EGD) و Modbus TCP/IP پشتیبانی می کنند. آنها را می توان برای اتصال به ایستگاه های مهندسی برای پیکربندی و نظارت، دسترسی به بزرگراه داده های واحد سطح کارخانه و گسترش ایستگاه های ورودی/خروجی راه دور مانند GE Fanuc VersaMax از طریق پروتکل EGD استفاده کرد. پورت های سریال را می توان برای اشکال زدایی سیستم یا به عنوان پشتیبان برای ارتباطات Modbus RTU استفاده کرد.

• ماژولار بودن و توسعه پذیری: ماژول ACLE خود از یک برد حامل و یک برد پردازنده PC/104-Plus با کارایی بالا تشکیل شده است که در نتیجه ساختاری فشرده دارد. از طریق رابط اترنت خود، می تواند به راحتی سیستم های کنترل توزیع شده را بسازد، که به طور انعطاف پذیر نیازهای برنامه های کاربردی در مقیاس مختلف را برآورده می کند.

• حافظه محلی بزرگ: حافظه فلش غیرفرار CompactFlash با ظرفیت 16 مگابایت داخلی، سیستم عامل QNX، سیستم فایل، پشته اترنت (نرم افزار Core Load)، کد زمان اجرا و فایل های پیکربندی برنامه را ذخیره می کند. حتی اگر سیستم قدرت خود را از دست بدهد، تمام داده ها به طور ایمن حفظ می شوند و راه اندازی سریع و قابل اعتماد سیستم را تضمین می کنند.

• عملکرد و قطعیت در زمان واقعی: از طریق منطق سخت‌افزاری اختصاصی در صفحه پشتی و رم دو پورت 4k x 32 (DPRAM)، ACLE تبادل داده‌های با سرعت بالا و قطعی را با برد پردازشگر سیگنال دیجیتال (DSPX) در همان رک انجام می‌دهد و از مشاجره اتوبوس جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، سیگنال همگام‌سازی دوره‌ای دقیق 1 میلی‌ثانیه را از طریق سیگنال INT_LAN به برد DSPX ارائه می‌کند و عملکرد بلادرنگ کل حلقه کنترل را تضمین می‌کند.

• تشخیص جامع و نشانگر وضعیت: پنل جلویی دارای چندین نشانگر وضعیت LED از جمله OK، ACTIVE، ENET، FLASH و مجموعه ای از LED های STATUS است. اینها به طور مستقیم وضعیت عملکرد ماژول، فعالیت شبکه، عملیات حافظه فلش و کدهای خطا را در طول فرآیند راه اندازی نمایش می دهند و عیب یابی عیب در محل را تا حد زیادی تسهیل می کنند. به عنوان مثال، LED های STATUS یک الگوی راه رفتن را در حین راه اندازی نشان می دهند تا مراحل اجرای BIOS را نشان دهند، و در صورت بروز خطا کدهای خاصی را فلش می کنند که به پرسنل تعمیر و نگهداری کمک می کند تا مشکلات را پیدا کنند.

• قابلیت اطمینان بالا و پشتیبانی افزونگی: از جایگزینی آنلاین Hot-swap در سیستم های کنترل اضافی (با توجه به شرایط سیستم عامل خاص) پشتیبانی می کند، که امکان تعویض ماژول معیوب را بدون خاموش کردن سیستم فراهم می کند. این امر تأثیر یک نقطه از شکست را بر عملکرد سیستم به حداقل می رساند و به طور قابل توجهی در دسترس بودن کلی سیستم کنترل تحریک را بهبود می بخشد. در سیستم‌های اضافی، ماژول‌های H1A و H1B را می‌توان با هم ترکیب کرد، مشروط بر اینکه حداقل الزامات نسخه سیستم‌افزار برآورده شود (Thyristor Control V11.50.02C، Regulator Control V04.50.02C).

3. معماری سخت افزار و قطعات

ماژول IS215ACLEH1B از معماری دو بردی استفاده می کند: یک برد حامل IS200ACLE و یک برد پردازنده با فرمت PC/104-Plus. این طراحی واحد محاسبات هسته را از رابط های ورودی/خروجی و منطق ارتباطی backplane جدا می کند و عملکرد پیشرفته و پایداری خوب را تضمین می کند. ماژول به صورت مونتاژ کامل عرضه می شود و برای جداسازی قطعات توسط کاربر برای دسترسی جداگانه به بردهای داخلی یا DRAM در نظر گرفته نشده است.

• برد پردازنده: این برد واحد محاسباتی هسته سیستم را یکپارچه می کند. دارای یک واحد پردازش مرکزی با کارایی بالا 400 مگاهرتز (مانند Tualatin Celeron)، مجهز به 256 کیلوبایت حافظه نهان L2. این دارای 128 مگابایت حافظه SODIMM Dynamic Random Access است که در سوکتی در قسمت زیرین برد پردازنده قرار گرفته است که برای اجرای برنامه ها و ذخیره داده های موقت استفاده می شود (DRAM قابل ارتقا است). بعلاوه، برد پردازنده شامل حافظه فلش برای Phoenix BIOS، رابط باس PCI، رابط باس PC/104 (ISA)، یک درگاه اترنت ثانویه 10/100 مگابیت بر ثانیه (برای ENET2 روی برد حامل) و سایر اجزای استاندارد سازگار با PC/AT است. جامپرهای روی برد پردازنده در کارخانه از پیش تنظیم شده اند و نیازی به تنظیم میدانی ندارند.

• برد حامل: به عنوان پل اتصال برد پردازنده به سایر بخش های سیستم EX2100، تعداد زیادی از رابط های کاربردی را فراهم می کند. این دیسک 16 مگابایتی CompactFlash (وصل شده به کانکتور P9)، درگاه اترنت اصلی (ENET1) با کانکتور RJ45، رم 4k x 32 Dual Port (DPRAM) برای ارتباط با صفحه پشتی، 8 کیلوبایت رم غیر فرار، منطق بازنشانی، تراشه‌های درایو درایو LED، بازنشانی، و مدارهای شناسایی برد را یکپارچه می‌کند. برد حامل همچنین شامل هدرهای کابل داخلی برای اتصال به برد پردازنده است، از جمله P6 (رابط بازنشانی 10 پین)، P3 (رابط کارت CF 44 پین)، P13 (رابط ENET2 4 پین)، P5 (رابط COM1 10 پین)، و P4 (رابط COM2 10 پین). تمام اتصالات به درستی در کارخانه نصب و ایمن شده اند.

4. رابط ها و قابلیت های ارتباطی

ماژول IS215ACLEH1B انواع رابط های فیزیکی را ارائه می دهد که امکان ادغام انعطاف پذیر در معماری های مختلف سیستم کنترل را فراهم می کند. تمامی رابط های کاربری برای اتصال آسان در پنل جلویی قرار گرفته اند.

• رابط های پنل جلو:

• پورت های سریال COM1 و COM2: دو کانکتور استاندارد 9 پین D-sub نر (DB9). COM1 در درجه اول در هنگام راه اندازی سیستم استفاده می شود. یک کابل سریال اختصاصی (Part Number 336A3582P1) یک لپ تاپ را برای پیکربندی آدرس TCP/IP ENET1 با استفاده از ویژگی بارگذاری سریال نرم افزار Toolbox متصل می کند. این پورت معمولاً در طول عملیات عادی استفاده نمی شود و باید قطع شود. COM2 می تواند برای برنامه های ارتباطی سریال Modbus استفاده شود. تعاریف پین برای هر دو پورت از مشخصات استاندارد RS-232 (شامل DCD، RXD، TXD، DTR، GND، DSR، RTS، CTS، RI) پیروی می کند.

• پورت های اترنت ENET1 و ENET2: دو کانکتور استاندارد RJ45 که از شبکه های مذاکره خودکار 10/100 مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می کنند. ENET1 معمولاً برای اتصال نرم افزار جعبه ابزار و بزرگراه واحد داده در سطح کارخانه استفاده می شود. از ENET2 می توان برای گسترش I/O در یک شبکه خصوصی استفاده کرد، به عنوان مثال، اتصال به ایستگاه های I/O راه دور GE Fanuc VersaMax از طریق پروتکل EGD. سپرهای هر دو پورت به زمین شاسی سیستم متصل می شوند، اما این ویژگی زمانی که از کابل های جفت تابیده بدون محافظ (UTP) استفاده می شود، استفاده نمی شود. تعاریف پین پورت از مشخصات استاندارد اترنت (1-TPTD+، 2-TPTD-، 3-TPRD+، 6-TPRD-) پیروی می کند.

• رابط Backplane:

• اتصال P1: از طریق این کانکتور، IS215ACLEH1B به صفحه پشتی رک EX2100 متصل می شود. عملکرد اصلی آن تبادل اطلاعات با سرعت بالا با برد DSPX در همان رک از طریق DPRAM آنبورد است. سخت‌افزار به‌طور خودکار تلاش‌های دسترسی هم‌زمان به همان آدرس DPRAM را با نگه‌داشتن یک برد در حالت انتظار (حداکثر 100 ns) داوری می‌کند تا از یکپارچگی داده اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، یک سیگنال همگام‌سازی زمانی دوره‌ای 1 میلی‌ثانیه از طریق سیگنال INT_LAN به برد DSPX ارسال می‌کند. سیگنال‌های این رابط پیچیده هستند و برای اندازه‌گیری به برد توسعه‌دهنده خاصی نیاز دارند، که بخشی از روش‌های استاندارد تعمیر و نگهداری میدان نیست.

• اتصالات داخلی: همانطور که قبلا ذکر شد، کابل های ریبون متعدد، برد حامل و برد پردازنده را به هم متصل می کنند. این اتصالات در کارخانه نصب شده اند و نیازی به دخالت کاربر ندارند. با این حال، دیسک CompactFlash در کانکتور P9 را می توان در صورت نیاز به بارگذاری هسته جدید با دقت توسط پرسنل تعمیر و نگهداری جدا کرد، با استفاده از یک خواننده/نویسنده خارجی مجددا برنامه ریزی کرد و سپس دوباره قرار داد.

5. توابع و پیکربندی نرم افزار

عملکرد IS215ACLEH1B نه تنها با سخت افزار آن، بلکه توسط یک سیستم نرم افزاری لایه ای تعریف شده است. این نرم افزار در چندین سطح ساختار یافته است که انعطاف پذیری، نگهداری و امنیت سیستم را تضمین می کند.

• سیستم ورودی/خروجی پایه (BIOS): این بایوس استاندارد صنعتی Phoenix است که در حافظه فلش برد پردازنده ذخیره شده است. این مسئول اولیه سازی سخت افزار، شناسایی و ارائه خدمات سطح پایین برای بارگذاری سیستم عامل است. BIOS از قبل در کارخانه برنامه ریزی شده است و پارامترهای پیکربندی آن در EEROM ذخیره می شود. این تنظیمات پارامترهای خاصی هستند که برای برد پردازنده PC/104 در محیط ACLE به درستی کار می کند. کاربران معمولاً نیازی ندارند و نیازی به تغییر آنها ندارند. برنامه ریزی مجدد BIOS توسط کاربر توسط GE پشتیبانی نمی شود.

• نرم افزار بارگذاری هسته: روی دیسک CompactFlash ذخیره می شود، این شامل سیستم عامل بلادرنگ QNX 4، سیستم فایل و پشته اترنت TCP/IP است. این پایه‌ای را برای راه‌اندازی سیستم تشکیل می‌دهد و ACLE را با قابلیت‌های اولیه شبکه و ارتباط سریال قادر می‌سازد. پس از راه اندازی موفقیت آمیز تنها با نرم افزار بارگذاری اصلی (قبل از بارگذاری زمان اجرا و کد برنامه)، LED های STATUS در پانل جلویی یک الگوی راه رفتن را نمایش می دهند (چراغ ها یکی پس از دیگری راه می روند)، که نشان می دهد سیستم آماده است تا از طریق COM1 با ویژگی بارگذاری سریال جعبه ابزار برای دریافت تنظیمات اترنت ارتباط برقرار کند. این نرم افزار از قبل روی کارت CF در کارخانه نصب شده است.

• کد زمان اجرا: این نرم افزار ضروری برای IS215ACLEH1B برای پشتیبانی از عملکرد کامل تحریک کننده یا تنظیم کننده استاتیک است. این شامل اجزای اصلی مانند زمانبندی کنترل و کتابخانه های بلوک تابع است. کد زمان اجرا باید از طریق نرم افزار Toolbox از طریق درگاه اترنت ENET1 در ماژول دانلود شود.

• کد برنامه (PCODE): این شامل منطق کنترل خاص، پارامترها و تنظیمات برای یک برنامه خاص است. در یک فرمت باینری به نام PCODE ذخیره می شود و همچنین توسط نرم افزار Toolbox از طریق ENET1 دانلود می شود. جعبه ابزار از اصلاح پارامترهای آنلاین و تنظیمات منطقی جزئی پشتیبانی می کند و تغییرات را در حافظه فلش ماژول ذخیره می کند.

تمام پیکربندی، دانلود و ارتقاء نرم افزار از طریق نرم افزار جعبه ابزار کنترل سیستم جنرال الکتریک مدیریت می شود. اجرا بر روی پلت فرم ویندوز و برقراری ارتباط با ACLE از طریق اترنت، یک محیط مهندسی یکپارچه را در اختیار مهندسان قرار می دهد. توجه به این نکته مهم است که هر زمان که یک ماژول ACLE جایگزین می شود، دانلود سیستم عامل مورد نیاز است. برای IS215ACLEH1B، کد زمان اجرا آن باید با نسخه سیستم عامل برد DSPX (Thyristor Control حداقل V11.50.02C، حداقل کنترل تنظیم کننده V04.50.02C) سازگار باشد.

6. نصب، نگهداری و تعویض

ماژول IS215ACLEH1B با در نظر گرفتن سهولت نصب در محیط صنعتی و نیازهای تعمیر و نگهداری طراحی شده است.

• نصب: قبل از قرار دادن ماژول در قفسه، اطمینان حاصل کنید که تمام کابل های نوار داخلی به طور ایمن وصل شده اند. برای نصب، ابتدا ماژول را در امتداد راهنماهای قفسه بلغزانید، سپس از انگشتان شست خود استفاده کنید تا به طور همزمان روی بالا و پایین پانل جلویی فشار دهید تا ابتدا ماژول را در کانکتور backplane قرار دهید. در نهایت، به طور متناوب پیچ‌های محافظ بالا و پایین مجموعه پانل جلویی را ببندید تا از فشار یکنواخت و قرار گرفتن کامل و مربعی ماژول اطمینان حاصل کنید.

• نشانگر وضعیت و عیب یابی: LED های پنل جلویی نشانگرهای اولیه برای تعیین وضعیت عملکرد ماژول هستند.

• LED OK: سبز پررنگ نشان می دهد که تایمر نگهبان فعال است و به درستی کار می کند. هنگام راه‌اندازی خاموش است و پس از اتمام راه‌اندازی روشن می‌شود.

• LED ACTIVE: سبز، هنگامی که CPU به حافظه دسترسی پیدا می کند چشمک می زند. در حین راه اندازی چشمک می زند و ممکن است پس از شروع اجرای برنامه چشمک بزند یا ثابت بماند.

• LED ENET: سبز، هنگامی که پورت ENET1 متصل است و فعالیت شناسایی می شود چشمک می زند.

• FLASH LED: قرمز، در طول عملیات خواندن/نوشتن CompactFlash (به عنوان مثال، در هنگام راه‌اندازی یا دانلود نرم‌افزار) روشن می‌شود. نکته ویژه: وقتی این LED روشن است هرگز برق ماژول را خاموش نکنید، زیرا ممکن است سیستم فایل را خراب کند و نیاز به بارگذاری مجدد هسته داشته باشد. این LED در حین کار معمولی روشن نمی شود.

• LED های STATUS: گروهی از LED های سبز رنگ که مراحل بایوس را در حین راه اندازی یا کدهای خطا در حین بارگذاری برنامه نمایش می دهند. پس از مقداردهی اولیه مناسب، LED ها هر کدام به مدت 0.5 ثانیه متوالی روشن می شوند و یک الگوی راه رفتن را تشکیل می دهند. اگر LED روشن بماند، ACLE متوقف شده است. اگر در هنگام راه‌اندازی سیستم‌عامل یا بارگذاری کد برنامه، خطا رخ دهد، LEDها الگوی خاصی را چشمک می‌زنند که نشان‌دهنده کد خطا است.

• روش تعویض:

• اقدامات احتیاطی: ماژول ACLE حاوی اجزای حساس به استاتیک است. همیشه از تکنیک‌های دست‌کاری حساس به استاتیک پیروی کنید، هنگام کار با تخته‌ها از بند اتصال به زمین مچ استفاده کنید و تخته‌ها را در کیسه‌های ضد الکتریسیته ساکن نگهداری کنید.

• سیستم‌های اضافی Simplex یا Offline: قبل از تعویض، کل کابینت کنترل را خاموش کنید و بررسی کنید که همه نشانگرهای برق (از جمله نشانگرهای روی EPSM) خاموش باشند. همه کابل‌های پانل جلویی را جدا کنید، پیچ‌های محافظ بالا و پایین صفحه جلویی را باز کنید، زبانه‌های اجکتور را بلند کنید و ماژول را از قفسه بیرون بکشید. پس از نصب ماژول جدید و اتصال مجدد کابل ها، کد زمان اجرا و فایل پیکربندی برنامه (PCODE) باید با استفاده از نرم افزار Toolbox مجددا دانلود شود.

• جایگزینی آنلاین در سیستم‌های اضافی: برای سیستم‌های اضافی که از مبادله داغ آنلاین پشتیبانی می‌کنند (مانند سیستم‌های تنظیم‌کننده کامل استاتیک یا اضافی)، یک ACLE معیوب را می‌توان بدون خاموش کردن سیستم جایگزین کرد. قبل از کار، با استفاده از LED ACTIVE بر روی برد ESEL (برای استاتیک کامل) یا LED GATING روی برد ERDD (برای تنظیم کننده) بررسی کنید که بخش حاوی ماژول برای تعویض (M1 یا M2) اصلی فعال نباشد. سپس، برای کنترل کامل استاتیک، آن بخش خاص را با استفاده از ماژول EPDM مربوطه خاموش کنید. برای رگولاتورها، تمام منابع برق AC و DC را برای رک مربوطه خاموش کنید. پس از اطمینان از خاموش بودن تمام LED های نشانگر قدرت روی بردهای آن بخش، کابل ها را جدا کرده و ماژول قدیمی را بردارید. پس از نصب ماژول جدید و بازیابی پاور، از نرم افزار Toolbox برای پیکربندی و دانلود داده ها در آن استفاده کنید. در نهایت، عملکرد ماژول جدید را با انتقال کنترل از Master فعال تست کنید. در سیستم‌های اضافی، H1B را می‌توان با H1A مخلوط کرد، مشروط بر اینکه سفت‌افزار رک کنترل حداقل الزامات را برآورده کند.