Guide technique des contrôleurs GE Mark Vle & VleS : configuration, installation, fonctionnement, débogage et maintenance

Guide technique des contrôleurs GE Mark Vle & VleS : configuration, installation, fonctionnement, débogage et maintenance

Chapitre 1 : Introduction – Présentation de la plate-forme de contrôleur

Les systèmes de contrôle Mark Vle et Mark VleS de GE représentent le niveau avancé dans le domaine du contrôle industriel. Leurs contrôleurs agissent comme le « cerveau » du système, chargé d'exécuter une logique de contrôle complexe, de traiter des données d'E/S massives, d'assurer la communication réseau et de maintenir la haute disponibilité et la sécurité fonctionnelle du système. Ce guide vise à fournir aux ingénieurs et techniciens une référence technique complète couvrant l'ensemble du cycle de vie, depuis la configuration initiale du projet jusqu'à l'exploitation et la maintenance à long terme.

Familles de contrôleurs principaux :

1. Série UCSC : les contrôleurs compacts et hautes performances grand public actuels, et l'objet de ce document. Leurs sous-modèles comprennent :

• UCSCH1x : processeur quadricœur, prend en charge Embedded Field Agent (EFA), Embedded PROFINET Gateway (PPNG) ou Embedded EtherCAT Master.

• UCSCH2x : processeur double cœur, adapté aux applications de conversion de puissance Mark Vle et MarkStat.

• UCSCS2x : conçu spécifiquement pour le système de sécurité Mark VleS, certifié CEI 61508, prend en charge les niveaux SIL 2/3.

• UCECH1x : contrôleur avec extension d'E/S à 7 ports, adapté aux scénarios tels que l'excitation qui nécessitent de nombreuses connexions d'E/S dédiées.

2. Série UCSB : le contrôleur grand public de génération précédente, largement déployé dans diverses commandes de turbines et d'équilibre des installations (BoP), prend également en charge les fonctions de sécurité Mark VleS.

3. Série UCPA : contrôleur compact avec E/S de base intégrées, adapté aux applications simplex limitées en espace et sensibles aux coûts.

4. Série UCSA/UCCx : plates-formes de contrôleurs d'ancienne génération, actuellement principalement utilisées pour des projets de mise à niveau spécifiques ou des systèmes existants.

Base de documentation : tout le contenu de ce guide est extrait, intégré et compilé à partir du document officiel *GEH-6721_Vol_II_BN - Mark Vle et Mark VleS Control Systems Volume II*, garantissant précision et autorité.

Chapitre 2 : Configuration – Conception du système et préparation technique

La configuration du contrôleur est la pierre angulaire de l'ensemble du processus d'ingénierie système, principalement réalisé dans l'environnement logiciel d'ingénierie ToolboxST.

2.1 Configuration matérielle

1. Sélection de la plate-forme de contrôleur :

• Dans l'éditeur de composants ToolboxST, sous l'onglet « Matériel », la plate-forme du contrôleur (par exemple, IS420UCSCH1B , IS420UCSCS2A ) doit d'abord être correctement sélectionnée. Cette sélection détermine les fonctionnalités disponibles et les limites de performances.

• Interopérabilité des contrôleurs : à partir de ControlST V07.04, le mélange de différents contrôleurs de plate-forme (par exemple, UCSBH1A avec UCSCH2A) dans une configuration redondante (comme Dual ou TMR) est pris en charge. Lors de la configuration, le type de plate-forme correct doit être défini séparément pour les contrôleurs R, S, T dans l'éditeur de propriétés.

2. Configuration de l'adaptateur réseau :

• Réseau UDH : Il s'agit du réseau central reliant ToolboxST, HMI et le réseau de l'usine. Une adresse IP statique, un masque de sous-réseau et une passerelle doivent être attribués au contrôleur dans 'Adaptateur réseau 0'. Cette adresse IP doit se trouver sur le même sous-réseau que la carte réseau UDH de la station d'ingénierie exécutant ToolboxST.

• Réseau IONet : Il s'agit du réseau privé pour la communication entre le contrôleur et les modules d'E/S distribuées. Son adresse IP est gérée automatiquement par le système, mais le mode de redondance (Simplex, Dual, TMR) doit être correctement configuré dans la topologie du réseau.

3. Configuration du module d'E/S :

• Entrées analogiques : plage de réglage (4-20 mA, 0-5 V, ±10 V, etc.), temps de filtrage, mise à l'échelle des unités techniques.

• Sorties discrètes : définir l'état de mise sous tension, le mode de maintien de la sortie.

• Appareils HART : configurez le mappage des variables HART.

• Fonctions spéciales : telles que les paramètres de filtre pour les modules de vibration, l'activation de la séquence d'événements (SOE), etc.

• Ajoutez les modules d'E/S requis (par exemple, YAIC, YDOA, YHRA) à l'arborescence matérielle.

• Configurez le mode de redondance (Simplex, Dual, TMR) pour chaque module. Ce mode doit correspondre au mode de redondance du contrôleur et du réseau.

• Configurez les paramètres de chaque canal d'E/S en détail, par exemple :

4. Configuration de la passerelle réseau distribuée :

• PPNG intégré : importez des fichiers GSDML pour les périphériques PROFINET IO, configurez les taux de mise à jour des périphériques (1 ms à 512 ms), définissez les paramètres de l'anneau MRP (le cas échéant) et attribuez des données d'E/S aux variables Mark Vle.

• EtherCAT intégré : utilisez des outils tels que TwinCAT pour générer un fichier ENI et l'importer dans ToolboxST. Configurez la redondance des câbles et les limites de perte de trame.

2.2 Configuration de la logique de contrôle

1. Développement d'applications : utilisez l'éditeur de diagrammes ToolboxST pour créer des stratégies de contrôle sous la forme de diagrammes de blocs fonctionnels. Le système fournit une riche bibliothèque de blocs standard couvrant les opérations logiques, le traitement analogique, le contrôle moteur, les boucles de protection, etc.

2. Connexion variable : connectez les points d'E/S matériels et les variables réseau aux broches d'entrée et de sortie des blocs logiques de contrôle pour établir un flux de données complet.

3. Configuration des paramètres système :

• Période de trame : définissez le cycle d'exécution de base du contrôleur (par exemple, 10 ms, 20 ms, 40 ms). Le contrôleur UCPA ne peut pas avoir une période de trame inférieure à 20 ms lors de l'utilisation d'E/S distribuées.

• Serveur NTP : configurez le client Network Time Protocol pour synchroniser l'horloge du contrôleur avec l'horloge de l'usine.

• Alarmes et événements : configurez la gravité des alarmes, les stratégies d'archivage et les méthodes de notification.

2.3 Configuration de la sécurité et des accès

1. Protection par mot de passe :

• À partir du micrologiciel du contrôleur V06.00.00C, la définition d'un mot de passe d'accès à 8 caractères pour le contrôleur est prise en charge.

• Le mot de passe est défini via ToolboxST pour empêcher les téléchargements de configuration non autorisés et les modifications en ligne.

• Remarque importante : Pour certains borniers d'E/S comme TRLY 1D, une fois qu'un mot de passe est défini, il ne peut pas être réinitialisé aux paramètres d'usine et doit être conservé en sécurité.

2. Intégration de SecurityST : si SecurityST est déployé dans le système, le contrôleur peut être placé en « Mode sécurisé », cryptant et authentifiant toutes les communications. La maintenance effectuée dans ce mode nécessite de quitter temporairement le mode sécurisé.

Chapitre 3 : Installation – Mise en œuvre mécanique et électrique

Une installation correcte est une condition préalable pour garantir le fonctionnement stable à long terme du contrôleur.

3.1 Installation mécanique

1. Emplacement et environnement :

• L'armoire de commande doit être propre, sèche et exempte de gaz corrosifs.

• Assurez-vous que l'emplacement d'installation est éloigné des sources de fortes vibrations et des sources de chaleur.

2. Montage UCSC/UCSB/UCPA :

• Un espace minimum dégagé de 100 mm au-dessus et au-dessous du contrôleur doit être maintenu pour la circulation de l'air.

• Lorsqu'ils sont montés côte à côte, un espacement minimum de 50 mm entre les contrôleurs est requis pour un fonctionnement complet à 70 °C. Si l'espacement est de 20 mm, la température maximale de fonctionnement est de 65°C.

• Utilisez les vis fournies pour le monter directement sur la plaque de base via les fentes en trou de serrure.

• UCSC : monté verticalement, utilisant ses ailettes de dissipateur thermique pour un refroidissement par convection naturelle.

• UCSB/UCSA : également monté verticalement, garantissant des chemins de circulation d'air clairs.

• UCPA : Monté sur base, à l'aide de 4 vis #6-32 ou M3.5. Prévoyez environ 1 pouce d’espace autour pour le câblage et la dissipation thermique.

3. Installation d'UCCx (CPCI) :

• Le contrôleur doit être inséré dans l'emplacement désigné du châssis CPCI (le contrôleur principal se trouve généralement dans l'emplacement 1).

• Avant l'insertion, assurez-vous que les leviers d'injecteur/éjecteur supérieur et inférieur sont en position ouverte.

• Poussez la carte jusqu'à ce que le connecteur s'accouple avec le fond de panier, puis simultanément poussez le levier supérieur vers le bas et tirez le levier inférieur vers le haut jusqu'à ce qu'il soit complètement en place. Enfin, serrez les vis de rétention du levier pour assurer la sécurité mécanique et la mise à la terre du châssis.

• Remarque : si les leviers ne sont pas verrouillés, le contrôleur ne pourra pas démarrer.

3.2 Câblage électrique

1. Exigences d'alimentation :

• UCSC : 18-30 V cc, nominal 24/28 V cc. Utilisez une fiche d'alimentation Phoenix Contact à 3 broches (Pin1 : GND, Pin2 : -, Pin3 : +). Calibre du fil : 28-16 AWG.

• UCSB/UCSA : 28 V CC.

• UCPA : 9-16 Vcc, nominal 12 Vcc. Utilisez la fiche d'alimentation de style européen à 2 broches fournie. Avertissement : Un dépassement de 16 V CC peut endommager l'unité. La longueur du câblage électrique ne doit pas dépasser 30 mètres.

• UCCx : alimenté par le module d'alimentation situé dans le châssis CPCI, fournissant ±12 V, 5 V, 3,3 V CC.

2. Mise à la terre et blindage :

• Suivez strictement le principe de mise à la terre en un seul point.

• Tous les câbles de signaux analogiques et les câbles de communication (par exemple Ethernet) doivent utiliser des câbles blindés.

• Le blindage doit être connecté à la borne de mise à la terre du blindage fournie à l'extrémité du contrôleur, l'autre extrémité étant laissée flottante et isolée.

• Le châssis du contrôleur doit être connecté de manière fiable à la grille de mise à la terre du système via des vis de montage ou une borne de mise à la terre dédiée.

3. Câblage réseau :

• Utilisez des câbles à paires torsadées blindées (STP) de catégorie 5e ou supérieure.

• IONet : utilisez des câbles de couleur spécifique (par exemple, rouge, noir, bleu) pour distinguer les réseaux R, S, T.

• PROFINET : Il est recommandé d'utiliser des câbles verts pour les distinguer de IONet.

• Tous les connecteurs RJ-45 doivent être fermement insérés, assurant un bon contact entre le blindage et la coque métallique du connecteur.

Chapitre 4 : Fonctionnement – Exécution et surveillance du système

Une fois le système sous tension et opérationnel, l’exploitation et la surveillance quotidiennes sont essentielles pour garantir la production.

4.1 Surveillance de l'état

1. Interprétation de l'indicateur LED :

• ONL (Vert) : Solide indique que le contrôleur est en ligne et exécute l'application.

• Diag (rouge) : le clignotement indique une alarme de diagnostic active.

• OT (jaune) : solide indique une température interne excessivement élevée, générant une alarme ; si la situation s'aggrave, le contrôleur s'éteindra automatiquement pour se protéger.

• VDC (vert/orange/rouge) : indique l'état de l'alimentation. Le vert indique un fonctionnement à pleine puissance.

• Boot (rouge) : solide pendant le processus de démarrage ; clignote à des fréquences spécifiques lors d'un échec de démarrage, correspondant à différents défauts (par exemple, panne de DRAM, échec de chargement du micrologiciel).

• FAOK (vert) : indique l'état de la connexion de l'agent de terrain intégré au cloud.

• LED typiques UCSC :

• LED typiques UCSB/UCSA : Power , OnLine , DC (contrôleur désigné), Diag.

2. Surveillance en ligne ToolboxST :

• Éditeur de composants : affiche graphiquement l'état en temps réel (OK, Attention, Défaut) du contrôleur et de tous les modules d'E/S.

• Valeurs en direct : affichez et modifiez les valeurs des variables en temps réel pour le fonctionnement et le débogage.

• Visualiseur d'alarmes : affichez de manière centralisée toutes les alarmes de diagnostic du système, y compris les descriptions, les horodatages, les niveaux de gravité et l'état d'accusé de réception.

4.2 Communication de données

1. Communication avec HMI/Historian : via le réseau UDH, en utilisant les protocoles Modbus TCP, OPC UA ou EGD, pour transférer les variables de processus, les alarmes et les données historiques vers les systèmes de niveau supérieur.

2. Communication entre contrôleurs : dans les configurations redondantes, les contrôleurs synchronisent l'état et échangent des données de vote via les réseaux IONet et/ou CDH pour obtenir un basculement sans à-coups.

3. Connectivité cloud : grâce à l'agent de terrain intégré (EFA), le contrôleur peut transmettre en toute sécurité des données de séries chronologiques cryptées à la plate-forme cloud GE Predix pour la surveillance et l'analyse des données à distance.

4.3 Opérations de base

1. Forçage des variables : pendant le débogage ou la maintenance, une variable (par exemple, DI, DO) peut être temporairement forcée à une valeur spécifique, remplaçant ainsi le résultat du calcul logique. Faites preuve d'une extrême prudence lorsque vous forcez, conservez des enregistrements appropriés et relâchez les forces rapidement après utilisation.

2. Modes de téléchargement :

• Téléchargement hors ligne : arrête le programme en cours d'exécution du contrôleur pour télécharger la nouvelle configuration et la nouvelle logique. Cela provoque une brève interruption des tâches de contrôle.

• Téléchargement en ligne : permet de télécharger des modifications mineures de la logique de contrôle sans arrêter le contrôleur, permettant ainsi des mises à jour fluides.

Chapitre 5 : Débogage – Vérification du système et tests fonctionnels

Le débogage est le processus de vérification que la configuration du système est correcte et que les fonctions répondent aux exigences de conception.

5.1 Mise sous tension et vérifications initiales

1. Avant de mettre sous tension, vérifiez tous les câblages électriques, les connexions réseau et la mise à la terre.

2. Lors de la mise sous tension initiale, observez attentivement la séquence des LED du contrôleur. Le voyant de démarrage doit être fixe, puis s'éteindre ; les LED ONL et DC (le cas échéant) doivent devenir vertes.

3. Utilisez ToolboxST pour tenter d'envoyer une requête ping au contrôleur afin de confirmer la connectivité réseau.

5.2 Attribution d'adresse IP et restauration du contrôleur

Si le contrôleur est nouveau ou non configuré, une adresse IP UDH doit être attribuée.

1. Utilisation d'une clé USB (recommandé) :

• Dans ToolboxST, lancez 'Assistant de configuration du contrôleur' via Périphérique -> Télécharger -> Configuration du contrôleur.

• Sélectionnez une clé USB 2.0 non chiffrée d’une capacité minimale de 4 Go.

• L'assistant écrit la configuration réseau sur le lecteur flash.

• Insérez la clé USB dans le port USB avant du contrôleur.

• Pour UCSC : maintenez enfoncé le bouton PHY PRES tout en mettant sous tension. Maintenez la touche enfoncée pendant environ 15 secondes jusqu'à ce que le voyant USB On s'allume, puis relâchez. Attendez que le voyant s'éteigne, indiquant que la restauration est terminée.

• Pour UCSB : appuyez et maintenez enfoncé le bouton de sauvegarde/restauration en bas tout en appliquant l'alimentation jusqu'à ce que le voyant USB On s'allume.

2. Utilisation du port COM :

• Utilisez un câble adaptateur de port COM dédié pour connecter le port COM du contrôleur à la station d'ingénierie.

• Dans l'assistant de configuration du contrôleur ToolboxST, sélectionnez l'option permettant de transférer l'adresse IP via le port série.

5.3 Téléchargement et vérification de l'application

1. Effectuez une compilation sur l'ensemble du projet dans ToolboxST pour vérifier les erreurs de configuration.

2. Exécutez le téléchargement vers le contrôleur. Pour les systèmes redondants, téléchargez les données vers les contrôleurs R, S, T de manière séquentielle.

3. Une fois le téléchargement terminé, confirmez que le contrôleur passe à l'état « Contrôle ».

4. Test de boucle d'E/S :

• Entrées analogiques : appliquez un signal connu (par exemple, 4 mA, 12 mA, 20 mA) au capteur et vérifiez si la valeur de la variable correspondante dans ToolboxST est correcte.

• Sorties analogiques : forcez une valeur de sortie (par exemple, 50 %) dans ToolboxST et mesurez le courant ou la tension de sortie au niveau du bornier avec un multimètre pour plus de précision.

• Entrées discrètes : court-circuitez ou ouvrez le contact de terrain et observez le changement d'état de la variable.

• Sorties discrètes : forcez la sortie sur True ou False , mesurez l'état de continuité aux bornes de sortie du bornier et vérifiez que le signal de retour est correct.

5.4 Tests fonctionnels du système

1. Test de commutation de redondance :

• Basculez manuellement le contrôleur désigné (DC) vers le contrôleur de secours, en vérifiant que le transfert de contrôle est fluide et sans à-coups.

• Simulez un défaut (par exemple, débranchez l'alimentation ou le câble réseau du contrôleur principal) et observez si le système passe automatiquement et correctement au contrôleur de secours.

2. Tests d'alarme et de verrouillage : simulez le déclenchement des conditions d'alarme et de verrouillage, en vérifiant que les alarmes sonores/visuelles correspondantes, les fenêtres contextuelles d'écran et les actions de l'appareil sont exécutées correctement.

Chapitre 6 : Maintenance – Actions préventives et correctives

La maintenance systématique est la bouée de sauvetage pour garantir la fiabilité et la disponibilité à long terme.

6.1 Entretien courant

1. Inspections périodiques :

• Inspectez visuellement l’état du voyant du contrôleur pour confirmer qu’il n’y a pas d’alarme anormale.

• Vérifiez la température ambiante, l'humidité et la propreté de l'armoire de commande.

• Vérifiez si les ventilateurs de refroidissement (par exemple, pour les châssis UCSBH3A ou CPCI) fonctionnent normalement et si les filtres sont obstrués.

2. Sauvegardes :

• UCSB : Insérez une clé USB, appuyez et maintenez enfoncé le de sauvegarde/restauration jusqu'à ce que la LED bouton On s'allume, ce qui sauvegarde le contenu Flash NAND du contrôleur sur la clé USB.

• UCSC : Sa configuration est stockée dans le fichier projet ; il n'est pas nécessaire de sauvegarder séparément le flash du contrôleur, mais un fichier de récupération du système peut être créé via USB.

• Sauvegarde du projet : utilisez régulièrement la fonction Archiver le projet dans ToolboxST pour sauvegarder l'intégralité de la configuration d'ingénierie.

• Sauvegarde du contrôleur :

6.2 Diagnostic et dépannage

1. Utilisation des alarmes de diagnostic : tout défaut actif génère une alarme avec un code et une description dans le visualiseur d'alarmes ToolboxST. Par exemple:

• Alarmes de communication : vérifiez les connexions physiques du réseau, l'état du commutateur et la configuration IP.

• Défauts du module d'E/S : Vérifiez l'alimentation du module, les connexions du bornier et le câblage sur site.

• Alarme de température du contrôleur : vérifiez la température ambiante, si le flux d'air de refroidissement est bloqué, si les ventilateurs fonctionnent.

2. Analyse du code LED : comme mentionné précédemment, le modèle de flash du voyant de démarrage est le principal outil permettant de localiser les échecs de démarrage.

3. Analyse des journaux : le contrôleur et ToolboxST enregistrent les événements système et les journaux d'erreurs, qui sont essentiels à l'analyse des problèmes complexes.

6.3 Remplacement des composants

Principe de base : dans les configurations redondantes, les composants défectueux peuvent être remplacés pendant que le système est en cours d'exécution, permettant ainsi une maintenance sans temps d'arrêt.

1. Remplacement d'un contrôleur :

• Notez les positions de toutes les connexions de câbles sur le contrôleur défectueux.

• Débranchez le connecteur d'alimentation et tous les câbles réseau.

• Desserrez les vis de montage et retirez le contrôleur défectueux.

• Installez le nouveau contrôleur et connectez les câbles.

• Ne mettez pas sous tension immédiatement. Tout d'abord, effectuez le processus de restauration du contrôleur (voir section 5.2) à l'aide de la clé USB pour charger l'adresse IP et la configuration de base du système sur le nouveau contrôleur.

• Une fois la restauration terminée, mettez sous tension.

• Utilisez ToolboxST pour effectuer un téléchargement en ligne, en téléchargeant la dernière application et configuration sur le nouveau contrôleur, en la synchronisant et en l'introduisant dans le groupe redondant.

• Préparation : Vérifiez que la révision matérielle du nouveau contrôleur est compatible avec l'ancienne. Préparez la clé USB de récupération.

• Exécution de remplacement :

• Pour UCCx : mettez le châssis CPCI hors tension, desserrez les leviers d'éjection, retirez l'ancienne carte, insérez la nouvelle carte et verrouillez les leviers.

2. Remplacement d'un module d'E/S :

• Si la reconfiguration automatique est activée, le système détecte automatiquement le nouveau module et télécharge la configuration requise.

• S'il est désactivé ou si un bornier est remplacé, un téléchargement manuel vers ce module doit être lancé depuis ToolboxST.

• Remarque : Pour les modules d'E/S de type S (sécurité), des procédures spécifiques de remplacement et de « marquage » existent ; reportez-vous au guide de sécurité GEH-6723.

3. Remplacement des blocs d'alimentation et des ventilateurs :

• Les alimentations CPCI sont remplaçables à chaud. Desserrez les vis, appuyez sur le levier de déverrouillage et extrayez l'unité. Insérez le nouveau bloc d'alimentation, repoussez-le et verrouillez-le.

• Le ventilateur de refroidissement CPCI peut être remplacé en le faisant glisser directement hors de la porte du compartiment au bas du châssis.

6.4 Mises à jour du logiciel et du micrologiciel

1. Mise à niveau du logiciel ToolboxST : installez les nouvelles versions de la suite logicielle ControlST publiée par GE.

2. Mise à niveau du micrologiciel du contrôleur et des E/S : cette opération est généralement effectuée automatiquement via le processus de téléchargement de ToolboxST. Lors du téléchargement d'un nouveau projet, ToolboxST compare les versions et met automatiquement à jour le firmware requis (Baseload, Firmware) sur les contrôleurs et les modules d'E/S.