کنترلر GE IS215UCVEM01A

IS215UCVEM01A یک کامپیوتر تک برد باس VME (SBC) با کارایی بالا است که توسط جنرال الکتریک (GE) برای سیستم کنترل توربین Mark VI طراحی شده است. به عنوان یک مدل چند منظوره در کنترل‌کننده‌های سری UCVE، این واحد دارای ارتفاع 6U، ضریب شکل تک شیار است و در یک رک VME به نام ماژول کنترل نصب می‌شود و به عنوان واحد پردازش هسته‌ای که کد برنامه کاربردی توربین را اجرا می‌کند، عمل می‌کند. سیستم عامل آن QNX است، یک سیستم عامل همزمان و چند وظیفه ای که برای کاربردهای صنعتی با سرعت بالا و با قابلیت اطمینان بالا مهندسی شده است.

IS215UCVEM01A یک مدل پیشرفته در سری UCVE است که بر اساس تمام ویژگی‌های کنترل‌کننده استاندارد UCVEH2 ساخته شده است و یک رابط اترنت 10BaseT/100BaseTX دوم برای استفاده در یک زیرشبکه منطقی IP جداگانه اضافه می‌کند و پیکربندی‌های شبکه انعطاف‌پذیرتری را ممکن می‌سازد. این پردازنده از یک پردازنده Celeron اینتل با فرکانس 300 مگاهرتز، مجهز به 32 مگابایت DRAM و 16 یا 128 مگابایت حافظه فلش استفاده می کند که منابع محاسباتی فراوانی را برای برنامه های کاربردی کنترل زمان واقعی فراهم می کند. رابط اترنت اولیه به بزرگراه داده های جهانی (UDH) متصل می شود و امکان ادغام یکپارچه با جعبه ابزار، HMI، سیستم نظارت CIMPLICITY، PLC های سری 90-70 و DCS های شخص ثالث را فراهم می کند. رابط اترنت کمکی را می توان برای Modbus یا یک شبکه خصوصی EGD پیکربندی کرد که انعطاف پذیری و امنیت ارتباط را بیشتر می کند.

این محصول برای کنترل تجهیزات حیاتی دوار مانند توربین‌های گاز، توربین‌های بخار، کمپرسورها و ژنراتورها مناسب است و به‌ویژه برای کاربردهایی که نیاز به جداسازی چند شبکه یا ارتباطات اضافی دارند مناسب است. به طور گسترده ای در بخش های صنعتی از جمله تولید برق، نفت و گاز، فرآوری شیمیایی و متالورژی استفاده می شود.

II. توابع کلیدی

1. اجرای منطق را کنترل کنید

کنترل‌کننده IS215UCVEM01A با نرم‌افزاری خاص برای کاربرد خود بارگذاری می‌شود (به عنوان مثال، توربین بخار، توربین گاز، توربین مشتق‌کننده هوا، یا تعادل کارخانه). این می تواند منطق کنترل را با نرخ تا 100000 پله یا بلوک در ثانیه اجرا کند. این پردازشگر هم از پردازش آنالوگ و هم از پردازش گسسته پشتیبانی می‌کند، با انواع داده‌هایی که شامل اعداد صحیح بولی، 16 بیتی/32 بیتی و نقاط شناور 32 بیتی/64 بیتی می‌شوند که الزامات کنترل صنعتی پیچیده را برآورده می‌کنند.

2. ارتباطات دوگانه اترنت

• رابط اترنت اصلی: یک رابط 10BaseT/100BaseTX (RJ-45) برای اتصال به UDH، پشتیبانی از:

• پروتکل TCP/IP: برای پیکربندی و ارتباط نظیر به نظیر با جعبه ابزار.

• پروتکل EGD (Ethernet Global Data): برای تبادل داده با سرعت بالا با CIMPLICITY HMI و PLC های سری 90-70.

• پروتکل Modbus: برای ارتباط با DCS های شخص ثالث.

• رابط اترنت کمکی: دومین رابط 10BaseT/100BaseTX (RJ-45) قابل تنظیم برای یک زیرشبکه منطقی IP جداگانه، که پشتیبانی می کند:

• پروتکل EGD

• پروتکل Modbus
  این رابط از طریق جعبه ابزار پیکربندی شده است. هر بار که رک روشن می شود، کنترلر پیکربندی جعبه ابزار خود را در برابر سخت افزار موجود تأیید می کند. یک آدرس زیرشبکه جداگانه به کنترل کننده اجازه می دهد تا این پورت اترنت را به طور منحصر به فرد شناسایی کند و آن را برای برنامه هایی که نیاز به جداسازی شبکه یا ارتباطات اضافی دارند مناسب می کند.

3. VME Bus Communication

تبادل اطلاعات با بردهای I/O از طریق برد ارتباطی VCMI. در یک سیستم سیمپلکس، داده ها شامل ورودی ها و خروجی های فرآیند از بردهای I/O می شود. در یک سیستم سه‌گانه مدولار اضافی (TMR)، داده‌ها شامل ورودی‌های رای‌دهی شده، خروجی‌های محاسبه‌شده برای رای‌گیری سخت‌افزار خروجی و مقادیر حالت داخلی رد و بدل شده بین کنترل‌کننده‌ها است.

4. ارتباط سریال

دو رابط RS-232C (COM1 و COM2):

• COM1: برای تشخیص، 9600 باود، 8 بیت داده، بدون برابری، 1 بیت توقف رزرو شده است.

• COM2: برای ارتباط سریالی Modbus Slave استفاده می شود که از 9600 یا 19200 baud پشتیبانی می کند.

5. همگام سازی سیستم و عملکرد در زمان واقعی

کنترلر می تواند از طریق یک وقفه ساعت خارجی با ساعت روی برد ارتباطی VCMI همگام شود و دقتی در 100 ± میکروثانیه به دست آورد و از الزامات همگام سازی دقیق در سیستم های چند کنترلر اطمینان حاصل کند.

6. برنامه نویسی و تشخیص آنلاین

از اصلاح آنلاین نرم افزار کاربردی بدون نیاز به راه اندازی مجدد سیستم پشتیبانی می کند. هنگامی که خرابی تشخیص داده می شود، کنترل کننده یک کد خطای داخلی قابل خواندن از طریق جعبه ابزار تولید می کند. هر بار که رک روشن می شود، کنترلر پیکربندی جعبه ابزار خود را در برابر سخت افزار موجود تأیید می کند.

7. پشتیبانی از افزونگی و تحمل خطا

در سیستم‌های TMR، IS215UCVEM01A می‌تواند همراه با دو کنترل‌کننده دیگر برای انجام رأی‌گیری ورودی، رأی‌گیری خروجی، و تبادل حالت عمل کند و قابلیت اطمینان سیستم را به طور قابل توجهی افزایش دهد.

III. معماری سخت افزار

1. پردازنده و حافظه

• پردازنده: Intel Celeron 300 MHz

• حافظه اصلی: 32 مگابایت DRAM

• فضای ذخیره سازی: 16 مگابایت یا 128 مگابایت ماژول فلش فشرده

• کش: 128 کیلوبایت کش L2

• NVRAM: 8 کیلوبایت SRAM با باتری که برای عملکردهای کنترلر اختصاص داده شده است

2. نشانگرهای پنل جلو

کنترلرهای سری UCVE دارای LED های وضعیت پانل جلویی برای نشان دادن وضعیت عملیاتی هستند. برخلاف سری های قبلی UCVD، سری UCVE از LED های دو ستونی برای نمایش کدهای خطا استفاده نمی کند. در عوض، کدهای خطای داخلی از طریق نرم افزار جعبه ابزار خوانده می شود.

3. رابط ها و رابط ها

• رابط اترنت اصلی: 1 کانکتور RJ-45، 10BaseT/100BaseTX

• رابط اترنت کمکی: 1 کانکتور RJ-45، 10BaseT/100BaseTX

• رابط های سریال: 2 کانکتور میکرو مینیاتوری 9 پین نوع D (COM1، COM2)

• اتصالات اتوبوس VME: کانکتورهای پشتی P1/J1 و P2/J2 برای ارتباط برق و اتوبوس

• سایت توسعه PMC: یک سایت مطابق با استاندارد IEEE 1386.1 5 ولت PCI برای نصب ماژول های عملکرد اضافی

4. سوئیچ باتری و پیکربندی

این کنترلر حاوی یک باتری لیتیومی نوع 1 با ولتاژ 3.3 ولت، 200 میلی آمپر است که برای حفظ ساعت بلادرنگ و پشتیبان‌گیری از داده‌های SRAM در زمان قطع برق استفاده می‌شود. نکته مهم: باتری در حالت غیرفعال در کارخانه ارسال شده است. برای فعال کردن باتری، سوئیچ SW10 را همانطور که در نمودار نشان داده شده است در وضعیت بسته قرار دهید. هنگام تعویض باتری، از نوع مشابه استفاده کنید.

IV. شرح مفصل رابط

1. رابط اترنت اولیه

رابط اترنت اولیه برای تبادل داده با جعبه ابزار، HMI و سایر تجهیزات کنترلی به UDH متصل می شود. این رابط از مذاکره خودکار برای سرعت های 10BaseT/100BaseTX پشتیبانی می کند. هر بار که رک روشن می شود، کنترلر پیکربندی جعبه ابزار را در برابر سخت افزار تأیید می کند.

2. رابط اترنت کمکی

رابط اترنت کمکی ویژگی اصلی است که IS215UCVEM01A را از UCVEH2 استاندارد متمایز می کند. می توان آن را برای یک زیرشبکه منطقی IP مجزا پیکربندی کرد، که جداسازی شبکه یا ارتباط اختصاصی را فعال می کند. کاربردهای معمولی عبارتند از:

• اتصال به شبکه جداگانه ای از دستگاه های برده Modbus.

• ساخت یک شبکه خصوصی EGD برای تبادل داده با سرعت بالا بین کنترلرها.

• خدمت به عنوان یک کانال اترنت اضافی برای بهبود قابلیت اطمینان ارتباطات.

این رابط از طریق نرم افزار جعبه ابزار پیکربندی شده است و باید یک آدرس زیر شبکه جداگانه به آن اختصاص داده شود (مثلاً 192.168.2.0). کنترلر پیکربندی را هنگام راه اندازی تأیید می کند.

3. رابط های سریال (COM1 و COM2)

هر دو اینترفیس سریال کانکتورهای 9 پین D میکرو مینیاتوری هستند، با تخصیص پین ها مطابق با استانداردهای RS-232C.

• COM1: برای تشخیص عیب، 9600 باود، 8 بیت داده، بدون برابری، 1 بیت توقف. کاربران می توانند وضعیت کنترلر و اطلاعات خطا را از طریق یک ترمینال سریال به دست آورند، که اشکال زدایی و عیب یابی در محل را تسهیل می کند.

• COM2: قابل تنظیم برای ارتباطات Slave Modbus، پشتیبانی از 9600 یا 19200 baud. برای اتصال به سیستم های کنترل توزیع شده یا سایر دستگاه های سریال برای تبادل داده استفاده می شود.

4. رابط اتوبوس VME

کنترلر از طریق کانکتورهای backplane P1 و P2 به گذرگاه VME متصل می شود و تبادل اطلاعات با بردهای I/O و برد ارتباطی VCMI را تسهیل می کند. P1 سیگنال های گذرگاه اصلی و توان را ارائه می دهد، در حالی که P2 برای خطوط آدرس و داده توسعه یافته استفاده می شود. کنترلر به عنوان یک گذرگاه VME عمل می کند و می تواند انتقال داده ها را آغاز کند.

5. سایت توسعه PMC

IS215UCVEM01A مجهز به یک سایت توسعه PMC مطابق با استاندارد IEEE 1386.1 5V PCI است. از این سایت می توان برای نصب ماژول های تابع اضافی مانند:

• رابط های ارتباطی اضافی (به عنوان مثال، Profibus، یک پورت اترنت دیگر).

• ماژول های پردازش I/O اختصاصی.

• رمزگذاری یا ماژول های امنیتی

این انعطاف پذیری و مقیاس پذیری کنترلر را افزایش می دهد و با ارتقاهای عملکردی آینده سازگار است.

6. سوئیچ باتری و پیکربندی

این کنترلر حاوی یک باتری لیتیومی نوع 1 با ولتاژ 3.3 ولت، 200 میلی آمپر است که برای حفظ ساعت بلادرنگ و پشتیبان‌گیری از داده‌های SRAM در زمان قطع برق استفاده می‌شود. نکته مهم: باتری در حالت غیرفعال در کارخانه ارسال شده است. برای فعال کردن باتری، سوئیچ SW10 را همانطور که در نمودار نشان داده شده است در وضعیت بسته قرار دهید. هنگام تعویض باتری، از نوع مشابه استفاده کنید.

V. عملیات و تشخیص

1. وضعیت عملیاتی

پس از بارگذاری نرم افزار کاربردی خاص، کنترلر IS215UCVEM01A اجرای منطق کنترل را آغاز می کند. در طول عملکرد عادی، کنترلر ارتباط خود را با سیستم های خارجی از طریق اترنت و رابط های سریال حفظ می کند. اگر LED های وضعیت چرخشی پشتیبانی می شوند (در مدل های خاص)، LED های پانل جلویی الگوی چرخشی را نشان می دهند. در غیر این صورت، وضعیت باید از طریق نرم افزار جعبه ابزار نظارت شود.

2. عیب یابی

اگر هنگام اجرای کد برنامه در کنترلر خرابی رخ دهد، موارد زیر رخ می دهد:

• LED های وضعیت چرخشی متوقف می شوند (در صورت پشتیبانی).

• یک کد خطای داخلی تولید می شود که از طریق جعبه ابزار قابل خواندن است.

• آلارم های تشخیصی در جعبه ابزار نمایش داده می شوند و اعداد خطا و توضیحات را نشان می دهند.

برای کنترلرهای سری UCVE، کدهای خطا دیگر از طریق LED های صفحه جلویی چشمک زن نمایش داده نمی شوند، بلکه از طریق نرم افزار Toolbox خوانده می شوند. اطلاعات تکمیلی را می توان از طریق پورت سریال COM1 به دست آورد.

3. کدهای خطای رایج

به کدهای خطای فهرست شده در مستندات مراجعه کنید (قابل استفاده برای همه انواع کنترلر)، از جمله اما نه محدود به:

کاربران می توانند اطلاعات دقیق خطا را در بافر ردیابی کنترلر از طریق جعبه ابزار مشاهده کنند (به عنوان مثال، مشاهده عمومی تخلیه بافر ردیابی).

VI. نصب و نگهداری

1. آماده سازی قبل از نصب

• مطمئن شوید که رک VME به درستی نصب شده و به زمین متصل شده است.

• بررسی کنید که شکاف مورد نیاز در قفسه آزاد باشد و با عرض تک شکاف مطابقت داشته باشد.

• یک مچ بند ضد الکتریسیته ساکن برای جلوگیری از آسیب الکترواستاتیک به برد آماده کنید.

• اگر باتری باید فعال شود، سوئیچ SW10 را بر اساس آن از قبل تنظیم کنید.

2. مراحل نصب

1. خاموش کردن رک: مطمئن شوید که برق رک قبل از قرار دادن یا برداشتن هر بردی خاموش است.

2. پیکربندی سوئیچ باتری: در صورت فعال کردن باتری، SW10 را در وضعیت بسته قرار دهید.

3. کنترل کننده را وارد کنید: IS215UCVEM01A را با راهنماهای قفسه تراز کنید و آن را به آرامی به داخل فشار دهید تا کانکتورهای صفحه پشتی کاملاً درگیر شوند.

4. پانل جلویی را محکم کنید: پیچ های سربسته را در بالا و پایین پانل جلویی ببندید تا تخته محکم شود.

5. اتصال کابل های خارجی: کابل اترنت اولیه، کابل اترنت کمکی، کابل های سریال و غیره را در صورت نیاز وصل کنید.

6. روشن و تأیید: پس از روشن شدن، از نرم افزار Toolbox استفاده کنید تا بررسی کنید که کنترلر به درستی شناسایی شده و ارتباط برقرار می کند و بررسی کنید که پیکربندی رابط اترنت کمکی درست است.

3. توصیه های تعمیر و نگهداری

• بررسی های منظم وضعیت سیستم: وضعیت کنترلر، بار پردازنده، دما و سایر پارامترها را از طریق جعبه ابزار نظارت کنید.

• از تهویه کافی اطمینان حاصل کنید: برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کنترلر، مطمئن شوید که فن های رک کار می کنند و فیلترها تمیز هستند.

• اقدامات احتیاطی ضد الکتریسیته ساکن: همیشه هنگام دست زدن به تخته، از بند مچ دستی به زمین استفاده کنید. وقتی از تخته استفاده نمی کنید، آن را در یک کیسه ضد الکتریسیته ساکن نگهداری کنید.

• تعمیر و نگهداری باتری: از عمر باتری آگاه باشید. به صورت دوره ای بررسی کنید و در صورت لزوم تعویض کنید (فقط با استفاده از یک نوع معادل).

• ارتقاء سیستم عامل: اگر ارتقاء سیستم عامل ضروری است، به شدت از رویه های رسمی جنرال الکتریک پیروی کنید تا در طول فرآیند وقفه ایجاد نشود.

• مدیریت قطعات یدکی: توصیه می شود حداقل یک کنترلر یکسان را به عنوان یدکی در محل نگهداری کنید تا در صورت خرابی زمان خرابی به حداقل برسد.

4. ملاحظات ارتقا

هنگام تعویض کنترلر UCVB یا UCVD قدیمی با IS215UCVEM01A، به نکات زیر توجه کنید:

• ارتقاء Backplane مورد نیاز: سری UCVE مستقیماً با backplane برای کنترلرهای قبلی سازگار نیست.

• ارتقا کابل اترنت: از 10Base2 (کواکسیال) به 10Base-T/100BaseTX (جفت پیچ خورده) ارتقا دهید.

• بررسی سازگاری پیکربندی: مطمئن شوید که پیکربندی جعبه ابزار با سخت افزار جدید، به ویژه پیکربندی رابط اترنت کمکی مطابقت دارد.

VII. برنامه های کاربردی

کنترلر IS215UCVEM01A به طور گسترده در سناریوهای زیر استفاده می شود:

• کنترل توربین گاز: به عنوان کنترل کننده اصلی در سیستم های Mark VI، اجرای کنترل سوخت، کنترل سرعت، نظارت بر دما، نظارت بر احتراق و غیره. پورت اترنت کمکی را می توان برای اتصال یک شبکه نظارت بر احتراق اختصاصی استفاده کرد.

• کنترل توربین بخار: کار با سیستم های DEH (کنترل دیجیتال الکترو هیدرولیک) برای کنترل سرعت توربین، حفاظت و کنترل بار. پورت اترنت کمکی را می توان برای ارتباطات اضافی استفاده کرد.

• کنترل کمپرسور: کنترل ضد نوسان، بهینه سازی عملکرد و توالی برای کمپرسورهای خط لوله و فرآیند. پورت اترنت کمکی می تواند به یک شبکه حسگر جداگانه متصل شود.

• کنترل تحریک ژنراتور: ارتباط با سیستم های تحریک برای تنظیم ولتاژ، کنترل توان راکتیو و هماهنگ سازی شبکه. از پورت اترنت کمکی می توان برای ارتباط مستقیم با سیستم دیسپاچ شبکه استفاده کرد.

• کنترل تعادل کارخانه (BOP): کنترل منطقی و توالی برای تجهیزات کمکی مانند بویلرها، پمپ ها، فن ها و سیستم های آب خنک کننده. پورت اترنت کمکی می تواند ارتباطات را برای زیرسیستم های مختلف جدا کند.

• نیروگاه های سیکل ترکیبی: هماهنگی عملکرد توربین گاز و توربین بخار در پیکربندی های چند شفت یا تک شفت. پورت اترنت کمکی را می توان برای تبادل اطلاعات با سرعت بالا در بین واحدها استفاده کرد.

• برنامه های کاربردی که نیاز به جداسازی شبکه دارند: جداسازی شبکه کنترل از شبکه سازمانی، یا جداسازی شبکه EGD بلادرنگ از شبکه نظارتی Modbus برای بهبود امنیت سایبری و قابلیت اطمینان.

• پروژه های ارتقا و بهبود: جایگزینی کنترلرهای قدیمی UCVB و UCVD در حالی که یک پورت اترنت اضافی برای افزایش عملکرد سیستم و انعطاف پذیری شبکه به دست می آورید.