ماژول کنترل مستقل GE IS420UCSBS1A UCSA

IS420UCSBS1A یک کنترل کننده ایمنی در سری Mark VIeS است که به طور خاص برای حلقه های ایمنی کاربردی صنعتی که به قابلیت های SIL 2 و SIL 3 (سطح یکپارچگی ایمنی) نیاز دارند، مهندسی شده است. این کنترل‌کننده که به‌عنوان یک واحد محاسباتی مستقل و قوی طراحی شده است، برای کاربردهای ایمنی حیاتی در صنایعی مانند تولید برق، نفت و گاز و فرآوری‌های شیمیایی، که قابلیت اطمینان عملیاتی و کاهش ریسک در آن‌ها اهمیت بالایی دارد، مرکزی است.

گواهینامه مطابق با استاندارد IEC 61508، IS420UCSBS1A، همراه با ماژول های اختصاصی Safety I/O خود، یک پلت فرم تایید شده برای پیاده سازی سیستم های ابزار دقیق ایمنی (SIS) ارائه می دهد که به طور موثر ریسک را در عملکردهای ایمنی حیاتی کاهش می دهد.

2. معماری سیستم و طراحی سخت افزار

2.1 طراحی مدولار مستقل
IS420UCSBS1A دارای یک معماری ماژولار مستقل است. برخلاف کنترل‌کننده‌های سنتی که I/O روی یک backplane قرار می‌گیرد، با بسته‌های I/O توزیع شده منحصراً از طریق یک شبکه اترنت خصوصی و ویژه به نام IONet ارتباط برقرار می‌کند. این طراحی هر نقطه از شکست را برای ورودی برنامه حذف می کند. اگر یک کنترل کننده برای تعمیر و نگهداری یا تعمیر خاموش شود، معماری سیستم تضمین می کند که هیچ ورودی واحدی از بین نمی رود و عملکرد مداوم حلقه ایمنی را تضمین می کند.

2.2 پردازنده و حافظه

• ریزپردازنده: از پردازنده 600 مگاهرتز اینتل EP80579 استفاده می کند که عملکرد قطعی مورد نیاز برای کنترل ایمنی در زمان واقعی را ارائه می دهد.

• حافظه:

• 256 مگابایت DDR2 SDRAM با کد تصحیح خطا (ECC) برای افزایش یکپارچگی داده ها.

• 2 گیگابایت NAND Flash برای ذخیره سیستم عامل، سیستم عامل و کد برنامه.

• SRAM با پشتیبانی فلش برای متغیرهای برنامه غیر فرار.

2.3 طراحی بدون فن و منبع تغذیه

• خنک کننده: IS420UCSBS1A یک ماژول بدون فن است که بر خنک کننده غیرفعال از طریق پره های حرارتی یکپارچه تکیه دارد. این یک نقطه مشترک خرابی را حذف می کند، قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد و تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد.

• ورودی برق: ورودی 28 ولت DC را می پذیرد.

• تبدیل توان داخلی: 28 ولت DC ورودی به یک منبع تغذیه داخلی 5 ولت DC تنظیم شده تبدیل می شود، که سایر صفحات قدرت داخلی از آن مشتق می شوند.

• مصرف برق: پیک مصرف برق 26.7 وات، با مصرف عملیاتی اسمی 15.6 وات است.

2.4 ناهمواری محیطی

• دمای عملیاتی: برای -30 درجه سانتیگراد تا 65 درجه سانتیگراد (22- درجه فارنهایت تا 149 درجه فارنهایت) درجه بندی شده است که برای استقرار در محیط های صنعتی خشن مناسب است.

3. ارتباطات و قابلیت های شبکه

3.1 شبکه IONet
کنترلر از طریق سه پورت مستقل IONet به ماژول های I/O متصل می شود.

• نوع شبکه: یک شبکه اترنت خصوصی که فقط به دستگاه‌های کنترل Mark* اختصاص داده شده است.

• پروتکل: از TCP/IP برای ارتباط قابل اعتماد بین کنترلرها و ماژول های I/O استفاده می کند.

• افزونگی: افزونگی IONet برابر با افزونگی کنترلر است. در سیستم های اضافی، چندین مسیر مستقل IONet یکپارچگی ارتباط را تضمین می کند.

3.2 رابط اترنت اولیه و ثانویه

• ENET1 (اصلی):

• معمولاً به عنوان یک اتصال UDH (بزرگراه داده واحد) پیکربندی می شود.

• برای ارتباط با HMI ها، مورخان و سایر کنترلرها استفاده می شود.

• از پروتکل هایی مانند EGD (داده جهانی اترنت)، Modbus و OPC-UA پشتیبانی می کند.

• ENET2 (ثانویه):

• توجه: برای کنترلر ایمنی Mark VIeS پشتیبانی نمی شود. در کنترل‌کننده‌های غیرایمن، معمولاً برای اتصالات همتا به همتا CDH استفاده می‌شود.

3.3 همگام سازی ساعت دقیق
این سیستم از پروتکل زمان دقیق IEEE 1588 (PTP) در سراسر IONets R، S و T استفاده می کند تا کلاک های تمام بسته های ورودی/خروجی و کنترلرها را در عرض 100 ± میکروثانیه همگام کند، و از جمع آوری و کنترل داده های منسجم با زمان اطمینان حاصل کند.

4. سیستم نرم افزاری و برنامه نویسی

4.1 سیستم عامل
IS420UCSBS1A بر روی QNX Neutrino اجرا می شود، یک سیستم عامل ثابت و بلادرنگ (RTOS) که برای کاربردهای صنعتی با سرعت بالا و با قابلیت اطمینان بالا طراحی شده است. رفتار قطعی آن برای برآوردن نیازهای زمان پاسخ عملکردهای ایمنی بسیار مهم است.

4.2 زبان های برنامه نویسی
این کنترلر از چندین پارادایم برنامه نویسی برای مطابقت با اولویت های مهندسی مختلف پشتیبانی می کند:

• زبان بلوک کنترل: برای حلقه های کنترل پیچیده آنالوگ و گسسته با استفاده از بلوک های تابع.

• نمودار نردبان رله (RLD): برای پیاده سازی منطق بولی در قالب نردبان آشنا.

• انواع داده های پشتیبانی شده: مجموعه ای جامع شامل اعداد بولی، اعداد صحیح امضا شده/بدون علامت 16/32 بیتی و اعداد ممیز شناور 32/64 بیتی.

4.3 تغییرات آنلاین
تغییرات جزئی در نرم افزار کنترل را می توان بدون نیاز به راه اندازی مجدد کنترلر به صورت آنلاین انجام داد، در دسترس بودن سیستم را افزایش داد و عیب یابی را ساده کرد.

4.4 نام تجاری نرم افزار ایمنی
یکی از ویژگی های حیاتی برای ایمنی عملکردی، نام تجاری یک فرآیند اجباری است که هر زمان که کد برنامه در کنترلر ایمنی Mark VIeS تغییر کرده و دانلود می شود، لازم است. این فرآیند به صورت رمزنگاری کد جدید را 'برند' می کند و از صحت و یکپارچگی آن اطمینان می دهد. هر تغییر غیرمجاز باعث عدم تطابق نام تجاری می شود و اپراتورها را در مورد یک مشکل ایمنی احتمالی هشدار می دهد. این یک نیاز اساسی برای حفظ گواهینامه SIL 2/3 است.

5. ویژگی های ایمنی و گواهینامه ها

5.1 سطح ایمنی عملکردی
کنترل کننده IS420UCSBS1A و ماژول های Safety I/O مربوط به آن به طور خاص برای استفاده در حلقه های ایمنی SIL 2 و SIL 3 مطابق با استاندارد IEC 61508 طراحی و تایید شده اند.

5.2 گواهینامه سخت افزار و نرم افزار
سخت افزار و نرم افزار کنترلی خاص که سیستم Mark VIeS را تشکیل می دهند، گواهی IEC 61508 را از یک ارزیاب شخص ثالث دریافت کرده اند که اعتبار مستقلی از مناسب بودن آنها برای برنامه های کاربردی حیاتی ایمنی ارائه می دهد.

5.3 افزونگی و تحمل خطا
این کنترلر برای کارکردن در پیکربندی های اضافی مدولار دوگانه یا سه گانه (TMR) طراحی شده است. در این تنظیمات، با کنترل‌کننده‌های همتا همگام‌سازی می‌شود و موارد زیر را مبادله می‌کند:

• مقادیر حالت داخلی برای رای گیری و مقداردهی اولیه.

• اطلاعات وضعیت و همگام سازی
  این معماری تضمین می کند که خرابی یک کنترلر منجر به خرابی خطرناک عملکرد ایمنی نمی شود.

6. نصب و نگهداری

6.1 نصب فیزیکی
کنترلر یک ماژول منفرد است که مستقیماً با استفاده از طرح نصب سوراخ کلید روی صفحه فلزی نصب می شود. برای اطمینان از مدیریت حرارتی مناسب، باید با جریان هوای عمودی از طریق پره های خنک کننده نصب شود.

6.2 نشانگرهای وضعیت (LED)
پانل جلویی مجموعه ای جامع از LED ها را برای ارزیابی فوری وضعیت ارائه می دهد:

• پیوند: سبز یکدست نشان دهنده یک پیوند اترنت IONet ایجاد شده است.

• عمل: سبز ثابت یا چشمک زن نشان دهنده ترافیک بسته IONet است.

• برق: سبز پررنگ نشان می دهد که منبع 5 ولت داخلی فعال است.

• OnLine: سبز ثابت نشان می دهد که کنترلر آنلاین است و کد برنامه را اجرا می کند.

• DC: سبز پررنگ نشان می‌دهد که این کنترل‌کننده، کنترل‌کننده تعیین‌شده در یک مجموعه اضافی است.

• OT (دما بیش از حد): زرد نشان دهنده وضعیت هشدار است. قرمز نشان می دهد که یک سفر اتفاق افتاده است.

7. پشتیبان گیری، بازیابی و جایگزینی

7.1 رویه پشتیبان گیری و بازیابی
یک دکمه فشاری اختصاصی روی کنترلر امکان پشتیبان گیری و بازیابی پیکربندی و سیستم عامل کنترلر را در درایو USB فراهم می کند.

• مورد نیاز درایو USB: باید سازگار با USB 2.0، غیر رمزگذاری شده، با حداقل ظرفیت 4 گیگابایت، فرمت شده به عنوان FAT32 باشد.

• فرآیند: وضعیت پشتیبان گیری/بازیابی با LED روشن USB نشان داده می شود. یک نور جامد در طول فرآیند نشان دهنده فعالیت است و پس از اتمام موفقیت آمیز خاموش می شود. چشمک زدن نشان دهنده خرابی است.

7.2 تعویض کنترلر
یک رویه ساختاریافته برای جایگزینی یک کنترلر معیوب تعریف شده است که بر ایمنی و یکپارچگی داده ها تأکید دارد:

1. پشتیبان گیری: در صورت امکان، از فلش NAND کنترلر خراب پشتیبان بگیرید.

2. خاموش کردن: دوشاخه برق خاص (JCR، JCS، یا JCT) را در JPDC مربوطه جدا کنید.

3. کابل ها را جدا کنید: کابل های IONet و VLAN را بردارید.

4. برداشتن فیزیکی: پیچ ها را باز کرده و کنترلر را با استفاده از محل نصب سوراخ کلید جدا کنید.

5. نصب: فرآیند نصب کنترلر جدید را معکوس کنید.

6. Restore & Configure: نسخه پشتیبان را به کنترلر جدید بازیابی کنید یا آدرس IP آن را با استفاده از ابزار مهندسی ToolboxST از طریق پورت COM1 پیکربندی کنید.