IS420UCSBS1A è un controller di sicurezza della serie Mark VIeS, progettato specificamente per i loop di sicurezza funzionale industriale che richiedono funzionalità SIL 2 e SIL 3 (Safety Integrity Level). Progettato come unità di elaborazione autonoma e robusta, questo controller è fondamentale per le applicazioni di sicurezza critiche in settori quali la produzione di energia, petrolio e gas e lavorazione chimica, dove l'affidabilità operativa e la mitigazione dei rischi sono fondamentali.
Certificato in conformità allo standard IEC 61508, IS420UCSBS1A, insieme ai suoi moduli I/O di sicurezza dedicati, fornisce una piattaforma certificata per l'implementazione di sistemi strumentati di sicurezza (SIS), riducendo efficacemente i rischi nelle funzioni di sicurezza critiche.
2. Architettura del sistema e progettazione hardware
2.1 Design modulare autonomo
IS420UCSBS1A presenta un'architettura modulare autonoma. A differenza dei controller tradizionali in cui l'I/O è alloggiato su un backplane, comunica con i pacchetti I/O distribuiti esclusivamente tramite una rete Ethernet privata e specifica chiamata IONet. Questo design elimina qualsiasi singolo punto di errore per l'input dell'applicazione. Se un controllore viene spento per manutenzione o riparazione, l'architettura del sistema garantisce che nessun singolo ingresso venga perso, garantendo il funzionamento continuo del circuito di sicurezza.
2.2 Processore e memoria
2.3 Design senza ventola e alimentazione
Raffreddamento: IS420UCSBS1A è un modulo senza ventola, che si basa sul raffreddamento passivo tramite alette di calore integrate. Ciò elimina un punto comune di guasto, migliora l'affidabilità e riduce la manutenzione.
Ingresso alimentazione: accetta un ingresso da 28 V CC.
Conversione dell'alimentazione interna: i 28 V CC in ingresso vengono convertiti in un'alimentazione interna regolata da 5 V CC, da cui derivano tutti gli altri piani di alimentazione interni.
Consumo energetico: l'assorbimento di potenza di picco è di 26,7 W, con un consumo operativo nominale di 15,6 W.
2.4 Robustezza ambientale
3. Capacità di comunicazione e rete
3.1 La rete IONet
Il controller si collega ai moduli I/O attraverso tre porte IONet indipendenti.
Tipo di rete: una rete Ethernet privata dedicata esclusivamente ai dispositivi di controllo Mark*.
Protocollo: utilizza TCP/IP per una comunicazione affidabile tra controller e moduli I/O.
Ridondanza: la ridondanza IONet è uguale alla ridondanza del controller. Nei sistemi ridondanti, più percorsi IONet indipendenti garantiscono l'integrità della comunicazione.
3.2 Interfacce Ethernet primarie e secondarie
ENET1 (primario):
Tipicamente configurato come connessione UDH (Unit Data Highway).
Utilizzato per le comunicazioni con HMI, storici e altri controllori.
Supporta protocolli come EGD (Ethernet Global Data), Modbus e OPC-UA.
ENET2 (Secondario):
3.3 Sincronizzazione di precisione dell'orologio
Il sistema utilizza il protocollo temporale di precisione (PTP) IEEE 1588 su IONet R, S e T per sincronizzare gli orologi di tutti i pacchetti I/O e i controller entro ±100 microsecondi, garantendo l'acquisizione dei dati con coerenza temporale e l'esecuzione del controllo.
4. Sistema software e programmazione
4.1 Sistema operativo
IS420UCSBS1A funziona con QNX Neutrino, un sistema operativo in tempo reale (RTOS) collaudato progettato per applicazioni industriali ad alta velocità e alta affidabilità. Il suo comportamento deterministico è cruciale per soddisfare i requisiti di tempo di risposta delle funzioni di sicurezza.
4.2 Linguaggi di programmazione
Il controller supporta più paradigmi di programmazione per soddisfare le diverse preferenze ingegneristiche:
Linguaggio dei blocchi di controllo: per circuiti di controllo analogici e discreti complessi che utilizzano blocchi funzione.
Relay Ladder Diagram (RLD): per implementare la logica booleana in un formato ladder familiare.
Tipi di dati supportati: un set completo che include booleani, interi con segno/senza segno a 16/32 bit e numeri a virgola mobile a 32/64 bit.
4.3 Modifiche online
È possibile apportare online modifiche minori al software di controllo senza richiedere il riavvio del controller, migliorando la disponibilità del sistema e semplificando la risoluzione dei problemi.
4.4 Branding del software di sicurezza
Una caratteristica fondamentale per la sicurezza funzionale, il branding è un processo obbligatorio richiesto ogni volta che il codice dell'applicazione in un controller di sicurezza Mark VIeS viene modificato e scaricato. Questo processo 'marchia' crittograficamente il nuovo codice, garantendone l'autenticità e l'integrità. Qualsiasi modifica non autorizzata innesca una mancata corrispondenza del marchio, avvisando gli operatori di un potenziale problema di integrità della sicurezza. Questo è un requisito fondamentale per il mantenimento della certificazione SIL 2/3.
5. Caratteristiche di sicurezza e certificazioni
5.1 Livello di sicurezza funzionale
Il controllore IS420UCSBS1A e i moduli I/O di sicurezza associati sono progettati e certificati specificatamente per l'uso nei circuiti di sicurezza SIL 2 e SIL 3 come definito dalla norma IEC 61508.
5.2 Certificazione hardware e software
L'hardware e il software di controllo specifici che compongono il sistema Mark VIeS hanno ricevuto la certificazione IEC 61508 da un valutatore di terze parti, fornendo una convalida indipendente della loro idoneità per applicazioni critiche per la sicurezza.
5.3 Ridondanza e tolleranza agli errori
Il controller è progettato per funzionare in configurazioni a ridondanza modulare doppia o tripla (TMR). In queste configurazioni, si sincronizza con i controller peer, scambiando:
Valori dello stato interno per la votazione e l'inizializzazione.
Informazioni sullo stato e sulla sincronizzazione.
Questa architettura garantisce che un singolo guasto del controller non porti a un guasto pericoloso della funzione di sicurezza.
6. Installazione e manutenzione
6.1 Installazione fisica
Il controller è un modulo singolo che si monta direttamente sulla lamiera del pannello utilizzando un design di montaggio a serratura. Deve essere installato con flusso d'aria verticale attraverso le alette di raffreddamento per garantire una corretta gestione termica.
6.2 Indicatori di stato (LED)
Il pannello frontale fornisce una serie completa di LED per la valutazione immediata dello stato:
Collegamento: il verde fisso indica un collegamento Ethernet IONet stabilito.
Act: il verde fisso o lampeggiante indica il traffico di pacchetti IONet.
Alimentazione: il verde fisso indica che l'alimentazione interna da 5 V è operativa.
OnLine: il verde fisso indica che il controller è online e sta eseguendo il codice dell'applicazione.
DC: il verde fisso indica che questo controller è il controller designato in un set ridondante.
OT (Sovratemperatura): il giallo indica una condizione di allarme; Il rosso indica che si è verificato uno scatto.
7. Backup, ripristino e sostituzione
7.1 Procedura di backup e ripristino
Un pulsante dedicato sul controller consente il backup e il ripristino della configurazione e del firmware del controller su un'unità USB.
Requisiti dell'unità USB: deve essere compatibile con USB 2.0, non crittografata, con una capacità minima di 4 GB, formattata come FAT32.
Processo: lo stato del backup/ripristino è indicato dal LED USB On. Una luce fissa durante il processo indica l'attività e si spegne una volta completato con successo. Lampeggiare indica un guasto.
7.2 Sostituzione del controller
Per la sostituzione di un controller difettoso viene definita una procedura strutturata che pone l'accento sulla sicurezza e sull'integrità dei dati:
Backup: se possibile, eseguire il backup della memoria flash NAND del controller guasto.
Spegnimento: scollegare la spina di alimentazione specifica (JCR, JCS o JCT) sul JPDC associato.
Scollegare i cavi: rimuovere i cavi IONet e VLAN.
Rimozione fisica: allentare le viti e rimuovere il controller utilizzando il foro di montaggio.
Installazione: invertire la procedura per installare il nuovo controller.
Ripristina e configura: ripristina il backup sul nuovo controller o configura il suo indirizzo IP utilizzando lo strumento di progettazione ToolboxST tramite la porta COM1.
