IS420PPNGH1A (PPNG के रूप में संदर्भित) एक PROFINET गेटवे मॉड्यूल है जिसे विशेष रूप से GE मार्क Vle नियंत्रण प्रणाली के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह मार्क वीएलई नियंत्रक और तृतीय-पक्ष PROFINET I/O उपकरणों और स्मार्ट सेंसर के बीच एक महत्वपूर्ण पुल के रूप में कार्य करता है, जो PROFINET औद्योगिक ईथरनेट नेटवर्क और कोर मार्क Vle सिस्टम के IONet के बीच निर्बाध डेटा विनिमय को सक्षम बनाता है। PROFINET RT संस्करण 2.2 I/O नियंत्रक के रूप में प्रमाणित और 100 एमबीपीएस ईथरनेट इंटरफेस पर काम करने वाला, यह मॉड्यूल उपयोगकर्ताओं को PROFINET पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला को एक मानक मार्क वीएलई नियंत्रण वास्तुकला में एकीकृत करने के लिए परिचित कंट्रोलएसटी* और टूलबॉक्सएसटी* सुइट्स का लाभ उठाने की अनुमति देता है, जो सिस्टम लचीलेपन और अनुकूलता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।
2. मुख्य कार्य एवं विस्तृत सिद्धांत
पीपीएनजी मॉड्यूल का मुख्य मिशन विभिन्न प्रोटोकॉल नेटवर्क के बीच विश्वसनीय और कुशल डेटा इंटरैक्शन को सक्षम करना है। इसके कार्य और सिद्धांत मार्क वीएलई प्रणाली की अंतर्निहित वास्तुकला और PROFINET के संचार तंत्र में गहराई से एकीकृत हैं।
2.1 PROFINET और IONet डुअल-नेटवर्क ब्रिजिंग
यह PPNG का सबसे बुनियादी कार्य है; यह एक बुद्धिमान प्रोटोकॉल कनवर्टर और डेटा राउटर के रूप में कार्य करता है।
तकनीकी सिद्धांत:
नेटवर्क भूमिका परिभाषा: पीपीएनजी मॉड्यूल तीन स्वतंत्र आरजे-45 10/100 एमबीपीएस ईथरनेट पोर्ट से सुसज्जित है। एक पोर्ट PROFINET नेटवर्क को समर्पित है, जबकि अन्य दो पोर्ट (ENET1, ENET2) का उपयोग IONet नेटवर्क से कनेक्ट करने के लिए किया जाता है। यह भौतिक अलगाव औद्योगिक नियंत्रण की कठोर वास्तविक समय आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, दोनों नेटवर्क के लिए यातायात की स्वतंत्रता और नियतिवाद सुनिश्चित करता है।
डेटा मैपिंग तंत्र: पीपीएनजी को तार्किक रूप से मार्क वीएलई नियंत्रक द्वारा आई/ओ पैक के रूप में मान्यता दी गई है। इसका मतलब है कि IONet पर इसका संचार व्यवहार सिस्टम के भीतर अन्य समर्पित I/O कार्ड के समान है। पीपीएनजी का आंतरिक फर्मवेयर जटिल प्रोटोकॉल रूपांतरण करता है: यह विभिन्न स्लेव उपकरणों से PROFINET नेटवर्क से प्राप्त इनपुट डेटा (उदाहरण के लिए, डिजिटल स्थिति, एनालॉग मान) को दोबारा पैकेज करता है और इसे मार्क वीएलई नियंत्रक द्वारा पहचानने योग्य प्रक्रिया छवि क्षेत्र में मैप करता है। इसके विपरीत, नियंत्रक द्वारा जारी आउटपुट डेटा को पीपीएनजी द्वारा प्रक्रिया छवि क्षेत्र से भी लिया जाता है, अनपैक किया जाता है, और PROFINET प्रोटोकॉल फ्रेम प्रारूप के अनुसार संबंधित स्लेव डिवाइस पर भेजा जाता है।
एसिंक्रोनस डेटा एक्सचेंज: एक प्रमुख डिज़ाइन सुविधा यह है कि पीपीएनजी और प्रोफिनेट उपकरणों के बीच डेटा एक्सचेंज, और पीपीएनजी और मार्क वीएलई नियंत्रक के बीच डेटा एक्सचेंज एसिंक्रोनस है। PROFINET पक्ष पर डेटा अपडेट चक्र को टूलबॉक्सएसटी (1ms से 512ms तक चयन योग्य) में स्वतंत्र रूप से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, जबकि मार्क वीएलई नियंत्रक का फ़्रेम स्कैन दर एक और कॉन्फ़िगर करने योग्य पैरामीटर है (उदाहरण के लिए, 10ms, 20ms)। पीपीएनजी के आंतरिक डेटा बफ़र्स अलग-अलग चक्रों के साथ दो नेटवर्कों के बीच सूचना के हस्तांतरण को सुचारू करते हैं, यह सुनिश्चित करते हैं कि समय के अंतर के कारण डेटा नष्ट न हो और साथ ही नेटवर्क लोड को भी अनुकूलित किया जा सके।
2.2 PROFINET I/O नियंत्रक कार्यक्षमता
PPNG PROFINET नेटवर्क पर I/O नियंत्रक के रूप में कार्य करता है, जो 'मास्टर' के रूप में कार्य करता है जो सभी जुड़े हुए PROFINET स्लेव उपकरणों को प्रबंधित और नियंत्रित करता है।
तकनीकी सिद्धांत:
डिवाइस की खोज और कॉन्फ़िगरेशन: सिस्टम स्टार्टअप पर या कॉन्फ़िगरेशन के बाद, पीपीएनजी सक्रिय रूप से PROFINET नेटवर्क पर सभी कनेक्टेड स्लेव डिवाइसों की खोज और पहचान करता है। यह प्रक्रिया टूलबॉक्सएसटी में पूर्व-कॉन्फ़िगर जीएसडीएमएल (जनरल स्टेशन विवरण मार्कअप लैंग्वेज) फ़ाइलों पर निर्भर करती है। डिवाइस निर्माता द्वारा प्रदान की गई, जीएसडीएमएल फ़ाइल स्लेव डिवाइस की विशेषताओं, समर्थित मॉड्यूल, डेटा लंबाई और नैदानिक जानकारी का सटीक वर्णन करती है। टूलबॉक्सएसटी संपूर्ण PROFINET नेटवर्क के लिए हार्डवेयर कॉन्फ़िगरेशन बनाने के लिए इन फ़ाइलों का उपयोग करता है।
संचार संबंधों की स्थापना: पीपीएनजी और प्रत्येक स्लेव डिवाइस के बीच संचार संबंध (सीआर) नामक एक तार्किक संबंध स्थापित होता है। यह संबंध तीन प्रकार के होते हैं, जो सामूहिक रूप से व्यापक संचार सुनिश्चित करते हैं:
चक्रीय डेटा विनिमय: एक बार जब सभी सीआर सफलतापूर्वक स्थापित हो जाते हैं, तो पीपीएनजी निर्धारित अद्यतन दर के अनुसार सभी स्लेव उपकरणों के साथ चक्रीय I/O डेटा विनिमय करता है। यह तंत्र औद्योगिक नियंत्रण की वास्तविक समय की आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, प्रक्रिया डेटा का आवधिक ताज़ा सुनिश्चित करता है।
रिकॉर्ड डेटा सीआर: यह स्थापित किया गया पहला कनेक्शन है, जिसका उपयोग गैर-वास्तविक समय डेटा के प्रसारण के लिए किया जाता है, जैसे डिवाइस पावर-अप पैरामीटर कॉन्फ़िगरेशन, फर्मवेयर अपडेट, विस्तृत नैदानिक जानकारी पढ़ना और डिवाइस पहचान क्वेरी। यह संचार चक्रीय है और केवल आवश्यकता पड़ने पर ही होता है।
I/O डेटा सीआर: यह वास्तविक समय, चक्रीय डेटा विनिमय के लिए मुख्य चैनल है। यह पीपीएनजी और स्लेव के बीच इनपुट और आउटपुट डेटा को एक निश्चित अद्यतन दर पर चक्रीय रूप से स्थानांतरित करने के लिए जिम्मेदार है, जैसे सेंसर रीडिंग और एक्चुएटर कंट्रोल कमांड। यह नियंत्रण तर्क निष्पादन का आधार है।
अलार्म सीआर: अत्यावश्यक घटनाओं और अलार्म के वास्तविक समय, चक्रीय प्रसारण के लिए उपयोग किया जाता है। यदि कोई स्लेव डिवाइस विफल हो जाता है (उदाहरण के लिए, शॉर्ट सर्किट, तार टूटना, मॉड्यूल गायब होना), तो यह तुरंत इस चैनल के माध्यम से पीपीएनजी को एक अलार्म भेजता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि सिस्टम असामान्य स्थितियों पर तुरंत प्रतिक्रिया दे सकता है।
2.3 लचीला नेटवर्क टोपोलॉजी समर्थन
पीपीएनजी विभिन्न फ़ील्ड लेआउट और लागत विचारों के अनुरूप कई PROFINET नेटवर्क कनेक्शन विधियां प्रदान करता है।
तकनीकी सिद्धांत:
स्टार टोपोलॉजी: यह सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली और अनुशंसित टोपोलॉजी है। PPNG का PROFINET पोर्ट GE-योग्य अप्रबंधित औद्योगिक ईथरनेट स्विच (उदाहरण के लिए, ESWA 8-पोर्ट या ESWB 16-पोर्ट स्विच) से जुड़ता है, और सभी PROFINET स्लेव डिवाइस भी इस स्विच से कनेक्ट होते हैं। यह टोपोलॉजी सरल है, समस्या निवारण करना आसान है, और एक स्लेव में खराबी दूसरों के संचार को प्रभावित नहीं करती है।
लाइन (डेज़ी-चेन) टोपोलॉजी: इस टोपोलॉजी में, पीपीएनजी पहले स्लेव से जुड़ता है, जो फिर दूसरे से जुड़ता है, और इसी तरह एक श्रृंखला बनाता है। यह टोपोलॉजी स्विच लागत और वायरिंग बचाती है। हालाँकि, दस्तावेज़ीकरण इस बात पर जोर देता है कि पीपीएनजी बस के एक छोर पर होना चाहिए, और सिस्टम का प्रदर्शन सीमित हो सकता है क्योंकि अंतिम स्लेव से डेटा को पीपीएनजी तक पहुंचने के लिए सभी मध्यवर्ती दासों से गुजरना होगा, जो मध्यवर्ती दासों के स्विचिंग प्रदर्शन पर आवश्यकताओं को लागू करता है।
मिश्रित टोपोलॉजी: पीपीएनजी स्टार और लाइन टोपोलॉजी के मिश्रण का भी समर्थन करता है। उदाहरण के लिए, एक स्विच को डेज़ी श्रृंखला के भीतर एक बिंदु पर जोड़ा जा सकता है, जो एक नई स्टार शाखा का विस्तार करता है। यह लचीलापन जटिल संयंत्र लेआउट को संभालने में सुविधा प्रदान करता है।
2.4 उच्च प्रदर्शन और स्केलेबिलिटी
पीपीएनजी का डिज़ाइन जटिल अनुप्रयोगों में स्थिर संचालन सुनिश्चित करने के लिए सिस्टम प्रदर्शन सीमाओं पर विचार करता है।
तकनीकी सिद्धांत:
प्रदर्शन सीमाएं और लोड गणना: पीपीएनजी अधिभार को रोकने के लिए, इससे कनेक्ट होने वाले PROFINET उपकरणों की संख्या की एक ऊपरी सीमा है। यह सीमा कोई निश्चित मान नहीं है बल्कि प्रत्येक डिवाइस के डेटा अपडेट चक्र से निकटता से संबंधित है। दस्तावेज़ीकरण एक 'डिवाइस समतुल्य' अवधारणा का परिचय देता है: 1ms अद्यतन चक्र वाले डिवाइस को एक मानक लोड इकाई माना जाता है। पीपीएनजी की अधिकतम भार क्षमता 8 समकक्ष डिवाइस है। यदि किसी डिवाइस में 2ms अद्यतन चक्र है, तो उसका लोड केवल 0.5 समकक्ष डिवाइस है; एक 4ms चक्र 0.25 के बराबर होता है, इत्यादि। इसलिए, व्यावहारिक कॉन्फ़िगरेशन में, अद्यतन चक्रों को यथोचित रूप से सेट करके, एक एकल पीपीएनजी 8एमएस या धीमी गति के अद्यतन चक्र के साथ 64 डिवाइसों को कनेक्ट कर सकता है। टूलबॉक्सएसटी एप्लिकेशन निर्माण प्रक्रिया के दौरान इन सीमाओं को लागू करता है।
सिस्टम विस्तार: प्रत्येक मार्क वीएलई नियंत्रक 4 पीपीएनजी मॉड्यूल तक का समर्थन कर सकता है। इसका मतलब है कि संपूर्ण सिस्टम सैद्धांतिक रूप से सैकड़ों PROFINET स्लेव उपकरणों को एकीकृत कर सकता है, जो बड़े, जटिल नियंत्रण प्रणालियों की विस्तार आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करता है।
2.5 कॉन्फ़िगरेशन और एकीकरण
पीपीएनजी कॉन्फ़िगरेशन पूरी तरह से जीई के कंट्रोलएसटी इंजीनियरिंग ढांचे में एकीकृत है, जो एक सहज उपयोगकर्ता अनुभव प्रदान करता है।
तकनीकी सिद्धांत:
टूलबॉक्सएसटी कॉन्फ़िगरेशन वर्कफ़्लो: इंजीनियर पीपीएनजी हार्डवेयर को जोड़ने के लिए टूलबॉक्सएसटी 'घटक संपादक' का उपयोग करते हैं और मार्क वीएलई नियंत्रक से पीपीएनजी में बेस फर्मवेयर को स्थानांतरित करने के लिए 'आई/ओ पैक सेटअप विज़ार्ड' का उपयोग करते हैं। इसके बाद, स्लेव डिवाइस की GSDML फ़ाइल को आयात करके, PROFINET डिवाइस को ग्राफ़िकल इंटरफ़ेस में ड्रैग-एंड-ड्रॉप के माध्यम से जोड़ा जाता है, और उचित I/O डेटा अपडेट दरें निर्दिष्ट की जाती हैं।
वेरिएबल कनेक्शन: कॉन्फ़िगरेशन के बाद, PROFINET स्लेव डिवाइस का प्रत्येक I/O बिंदु टूलबॉक्सएसटी में एक संबंधित वेरिएबल उत्पन्न करता है। इन वेरिएबल्स को नियंत्रक के स्थानीय I/O वेरिएबल्स की तरह ही खींचा और छोड़ा जा सकता है, और जटिल नियंत्रण रणनीतियों को लागू करने के लिए मार्क वीएलई नियंत्रक के एप्लिकेशन लॉजिक से जोड़ा जा सकता है। यह डिज़ाइन प्रोग्रामिंग अनुभव के संदर्भ में PROFINET उपकरणों के उपयोग को देशी मार्क वीएलई I/O उपकरणों के उपयोग से लगभग अप्रभेद्य बनाता है।
3. हार्डवेयर विशिष्टताएँ एवं स्थापना
कोर हार्डवेयर: क्यूएनएक्स न्यूट्रिनो रीयल-टाइम ऑपरेटिंग सिस्टम चलाने वाले इंटेल ईपी80579 1066 मेगाहर्ट्ज प्रोसेसर का उपयोग करता है। ईसीसी और 2 जीबी नंद फ्लैश के साथ 256 एमबी डीडीआर2 मेमोरी से लैस।
बिजली की आपूर्ति: विशिष्ट ऑपरेटिंग वोल्टेज 28V DC है, जो एक अनिवार्य IS400UCLIH1A आईडी असेंबली के माध्यम से जुड़ा हुआ है। यह असेंबली न केवल बिजली संचारित करती है बल्कि पीपीएनजी मॉड्यूल के लिए लाइसेंस पहचान और टर्मिनल बोर्ड आईडी पहचान भी प्रदान करती है; इसके बिना, पीपीएनजी ठीक से काम नहीं करेगा।
इंटरफ़ेस:
PROFINET पोर्ट: 1 x RJ-45, PROFINET नेटवर्क के लिए।
IONet पोर्ट: 2 x RJ-45 (ENET1, ENET2), IONet नेटवर्क रिडंडेंसी का समर्थन करता है।
यूएसबी पोर्ट: फर्मवेयर बैकअप/पुनर्स्थापना और प्रारंभिक बेस लोड सेटअप के लिए।
COM पोर्ट: विकास के लिए या प्रारंभिक सेटअप के लिए वैकल्पिक विधि के रूप में उपयोग किया जाता है।
स्थापना: मॉड्यूल सीधे पैनल शीट धातु पर स्थापित होता है और शीतलन के लिए अबाधित वायु प्रवाह सुनिश्चित करने के लिए इसे लंबवत रूप से स्थापित किया जाना चाहिए। इंस्टॉलेशन चरणों में मैकेनिकल फिक्सिंग, PROFINET और IONet नेटवर्क केबल को कनेक्ट करना, आईडी असेंबली और पावर को कनेक्ट करना और अंत में टूलबॉक्सएसटी के माध्यम से सॉफ्टवेयर कॉन्फ़िगरेशन करना शामिल है।
4. निदान एवं रखरखाव
पीपीएनजी बहु-स्तरीय, दृश्य निदान प्रदान करता है, जिससे सिस्टम डिबगिंग और रखरखाव में काफी सुविधा होती है।
फ्रंट पैनल एलईडी स्थिति संकेतक: एलईडी का एक समृद्ध सेट वास्तविक समय मॉड्यूल स्थिति प्रदान करता है, जिसमें शामिल हैं:
पावर, ऑनलाइन: पावर और परिचालन स्थिति इंगित करें।
लिंक/अधिनियम: PROFINET और IONet पोर्ट के लिए लिंक स्थिति और डेटा गतिविधि दिखाएं।
प्राथमिक/कनेक्ट: ठोस हरा इंगित करता है कि पीपीएनजी प्राथमिक है और सभी डिवाइस जुड़े हुए हैं; फ्लैशिंग इंगित करती है कि एक या अधिक डिवाइस डिस्कनेक्ट हो गए हैं।
डायग: ठोस लाल एक सक्रिय डायग्नोस्टिक अलार्म को इंगित करता है।
ओटी: पीला अधिक तापमान अलार्म को इंगित करता है; लाल इंगित करता है कि तापमान में गिरावट आई है।
बूट: स्टार्टअप के दौरान विशिष्ट फ्लैशिंग कोड के माध्यम से बूट विफलताओं (उदाहरण के लिए, मेमोरी परीक्षण विफलता, फर्मवेयर चेकसम त्रुटि) को इंगित करता है।
सॉफ्टवेयर डायग्नोस्टिक्स: टूलबॉक्सएसटी के भीतर, पीपीएनजी के लिए विस्तृत डायग्नोस्टिक जानकारी, साथ ही सभी PROFINET स्लेव उपकरणों (उदाहरण के लिए, मॉड्यूल प्लग/अनप्लग, शॉर्ट सर्किट, संचार त्रुटियां) द्वारा रिपोर्ट किए गए डायग्नोस्टिक अलार्म को देखा जा सकता है। इन नैदानिक संदेशों को स्वीकार किया जा सकता है और रीसेट किया जा सकता है।
नियंत्रक चर: पीपीएनजी मार्क वीएलई नियंत्रक को मुख्य स्थिति चर का एक सेट प्रदान करता है (उदाहरण के लिए, L3DIAG_PPNG_R , LINK_OK_PPNG_R , CPU_HOT_PPNG_R , बोर्डTmpr_PPNG_R )। यह नियंत्रण प्रणाली तर्क और ऑपरेटर इंटरफ़ेस को वास्तविक समय में पीपीएनजी के स्वास्थ्य की निगरानी करने और उच्च-स्तरीय और इंटरलॉक सुरक्षा लागू करने की अनुमति देता है।
