Het Mark VIe-besturingssysteem komt naar voren als een geavanceerde oplossing die is ontworpen om te voldoen aan de strenge eisen van moderne automatisering in een breed spectrum van toepassingen, van energieopwekking tot complexe productieprocessen. Dit geïntegreerde platform onderscheidt zich door zijn geavanceerde architectuur, die snelle deterministische netwerken naadloos combineert met uitgebreide redundantieopties en een uniforme softwareomgeving.
De kern van het Mark VIe-systeem wordt gevormd door een krachtige single-board controller. Deze eenheid integreert de hoofdverwerkingseenheid met redundante Ethernet-drivers die speciaal zijn ontworpen voor het beheren van netwerkinvoer/uitvoer (I/O)-communicatie. Er zijn extra speciale Ethernet-interfaces ingebouwd om het netwerkverkeer te regelen, waardoor een gescheiden en geprioriteerde gegevensstroom wordt gegarandeerd. De controller werkt op een real-time, multi-tasking besturingssysteem, dat deterministische prestaties garandeert voor tijdgevoelige regellussen. Applicatielogica wordt uitgevoerd met behulp van een configureerbare, op blokken gebaseerde programmeertaal, opgeslagen in een niet-vluchtig geheugen om verlies tijdens stroomcycli te voorkomen. Deze taal, vergelijkbaar met het IEEE 854 32-bit floating-point-formaat, biedt ingenieurs een krachtige en vertrouwde omgeving voor het ontwikkelen van complexe besturingsstrategieën. Bovendien zijn Sequential Function Charts (SFC) beschikbaar voor het orkestreren van ingewikkelde operationele sequenties, waardoor de mogelijkheden van het systeem om geavanceerde meerfasige processen te beheren worden vergroot.
Een cruciaal element van de architectuur is het I/O-netwerk, of IONet. Dit is een speciaal, full-duplex, point-to-point-protocol dat een deterministische, snelle communicatie-infrastructuur van 100 MB tot stand brengt. De IONet is ontworpen om zowel gelokaliseerde als gedistribueerde I/O-apparaten te ondersteunen en dient als de kritische datasnelweg tussen de hoofdcontroller(s) en de verschillende op het netwerk aangesloten I/O-modules. Het deterministische karakter ervan zorgt ervoor dat datapakketten binnen een gegarandeerd tijdsbestek worden afgeleverd, wat essentieel is voor nauwkeurige controletoepassingen. Het netwerk ondersteunt enkele, dubbele en driedubbele redundante configuraties en biedt zowel koper- als glasvezelinterfaces om tegemoet te komen aan verschillende installatievereisten, zoals immuniteit voor elektromagnetische interferentie in zware fabrieksomgevingen.
Het fysieke I/O-subsysteem is opgebouwd rond modulaire I/O-pakketten. Elke module bestaat uit drie primaire elementen: een klemmenbord, een klemmenblok en het I/O-pakket zelf. Barrière- of kastklemmen worden op het klemmenbord gemonteerd, dat vervolgens op een DIN-rail of een bodemplaat in de schakelkast wordt bevestigd. Het I/O-pakket is het intelligente onderdeel en bevat twee Ethernet-poorten voor verbinding met het IONet, een voeding, een lokale speciale processor en een data-acquisitiebord dat specifiek is afgestemd op de I/O-functie. Dit modulaire ontwerp maakt schaalbare systeemuitbreiding mogelijk; De I/O-capaciteit wordt eenvoudig vergroot door meer pakketten aan het netwerk toe te voegen. Deze flexibiliteit maakt implementaties mogelijk in simplex, dual of triple modulair redundante (TMR) configuraties. Voor toepassingen die uitzonderlijke snelheid vereisen, zoals servobesturing, kan de lokale processor binnen elk pakket gespecialiseerde algoritmen uitvoeren met snelheden die aanzienlijk hoger zijn dan die van de hoofdregellus, waardoor de verwerkingslast van de centrale controller wordt ontlast en de algehele systeemprestaties worden verbeterd.
Het Mark VIe-platform staat bekend om zijn uitgebreide en configureerbare redundantiemogelijkheden, die zijn afgestemd op de kriticiteit van het proces dat wordt bestuurd. Redundantiefilosofieën kunnen worden toegepast op sensoren, netwerken, controllers en uitvoermodules, waardoor een diepgaande verdedigingsbenadering wordt geboden voor het maximaliseren van de beschikbaarheid en het beperken van afzonderlijke storingspunten.
Dubbele redundante systemen zijn een gebruikelijke configuratie voor toepassingen met hoge beschikbaarheid. In deze opstelling worden invoersignalen van sensoren gelezen door invoerpakketten (die zelf enkelvoudig of redundant kunnen zijn) en via dubbele, onafhankelijke IONets naar een paar Mark VIe-controllers verzonden. Deze controllers draaien identieke applicatiesoftware in lockstep. Uitgangen van de controllers worden vervolgens naar uitvoerpakketten gestuurd. Voor de meest kritische eindbesturingselementen kan een drievoudig stemuitgangsschema worden geïmplementeerd, waarbij drie afzonderlijke uitgangs-I/O-pakketten de commandosignalen ontvangen. Een op hardware of software gebaseerde kiezer selecteert de juiste output op basis van een meerderheid van stemmen (2 uit 3), zodat een storing in één uitgangskanaal geen onterechte actie in het veldapparaat veroorzaakt. Deze architectuur is geschikt voor enkele, dubbele of driedubbele redundante sensoringangen.
Voor het allergrootste belang wordt een drievoudig modulair redundant (TMR)-systeem ingezet. Deze configuratie is ontworpen om een storing in een afzonderlijk onderdeel te tolereren zonder het proces te verstoren. Drie onafhankelijke controllers werken parallel en ontvangen invoergegevens van drievoudig redundante sensoren via drie afzonderlijke IONets. Het systeem voert continu een stemming uit (een selectie van 2 uit 3 of een selectie van de mediaanwaarde) op alle kritische ingangssignalen. Elke controller voert zijn logica uit op basis van deze gestemde of 'juiste' waarde. Geavanceerde diagnostiek bewaakt continu alle drie de kanalen, waardoor een apparaatstoring snel wordt geïdentificeerd en alarm wordt gegeven. Deze mogelijkheid vermindert de Mean Time To Repair (MTTR) dramatisch door het defecte onderdeel onmiddellijk te lokaliseren. Bovendien kunnen technici dankzij de online reparatiefunctie van het systeem de defecte module vervangen zonder het hele proces offline te halen, waardoor de Mean Time Between Forced Outages (MTBFO) aanzienlijk wordt verlengd. Veldsensoren voor deze systemen kunnen worden geconfigureerd als enkelvoudig, dubbel of drievoudig, afhankelijk van het vereiste integriteitsniveau.
De I/O-pakketten binnen het Mark VIe-systeem zijn veel meer dan eenvoudige signaalomvormers; het zijn intelligente apparaten die aanzienlijk bijdragen aan de algehele capaciteit van het systeem. Elk pakket bevat een lokaal processorbord waarop een real-time besturingssysteem draait en een gespecialiseerd data-acquisitiebord. Dit ontwerp maakt gedistribueerde verwerking mogelijk, waardoor functies zoals snelle PID-lussen of servoklepregeling lokaal binnen de module kunnen worden uitgevoerd met zeer hoge snelheden, onafhankelijk van de scantijd van de hoofdcontroller.
Een belangrijk kenmerk van deze modules is een geïntegreerde temperatuursensor met een nauwkeurigheid van ±2°C. Deze sensor bewaakt continu de bedrijfstemperatuur van het I/O-pakket. Als er een te hoge temperatuur wordt gedetecteerd, genereert het een diagnostisch alarm. De temperatuurwaarde en alarmstatus worden beschikbaar gemaakt in de database van het besturingssysteem (signaalruimte), waardoor de besturingslogica preventieve acties kan ondernemen, zoals het initiëren van een gecontroleerde uitschakeling of het waarschuwen van operators met een aangepast alarmbericht, waardoor hardwareschade wordt voorkomen.
Standaardfuncties voor I/O-modules zijn onder meer dubbele 100 MB full-duplex Ethernet-poorten voor robuuste netwerkconnectiviteit, uitgebreide ondersteuning voor online reparatie en vervanging, en automatische herconfiguratie bij vervanging van de module. Nauwkeurigheidsspecificaties zijn gegarandeerd over het gehele bedrijfstemperatuurbereik. De status wordt aangegeven via LED's voor stroom, netwerkactiviteit en toepassingsspecifieke omstandigheden. De modules worden gevoed door een 28 V DC-voeding, die is voorzien van interne solid-state circuitbeveiliging met een nominaal uitschakelpunt van 2 A en een softstartcircuit om problemen met inschakelstroom te voorkomen. De negatieve DC-voeding is geaard via de metalen behuizing, waardoor de immuniteit tegen ruis en de veiligheid worden verbeterd.
Het Mark VIe-systeem biedt twee primaire typen terminalmodules (T-Type en S-Type Modules) om tegemoet te komen aan verschillende bedradings- en redundantiebehoeften.
T-Type modules zijn ontworpen voor toepassingen die een hoog niveau van signaalredundantie en isolatie vereisen. Ze distribueren doorgaans een enkel veldingangssignaal naar drie afzonderlijke I/O-pakketten voor TMR-systemen. Deze modules bevatten twee verwijderbare 24-punts barrière-klemmenblokken. Elk punt is geschikt voor twee draden tot 3,0 mm² (#12 AWG) met een isolatiewaarde van 300 V, en ondersteunt spade- of ringvormige kabelschoenen, evenals onverliesbare klemmen voor blootliggende draden. De schroefafstand bedraagt minimaal 9,53 mm hart op hart. Ze worden doorgaans op het oppervlak gemonteerd en bevatten een geïntegreerde afschermingsstrip die is aangesloten op de montagebasis voor verbeterde elektromagnetische compatibiliteit (EMC).
S-Type-modules bieden een compactere en kosteneffectievere oplossing voor simplex-, dual- of speciale TMR-toepassingen waarbij signalen niet worden uitgewaaierd. Ze zijn half zo groot als T-type modules en kunnen op DIN-rail of opbouw worden gemonteerd. Ze bieden één eindpunt per I/O-signaal. Vaste aansluitklemmen zijn geschikt voor één draad van 3,0 mm² of twee draden van 2,0 mm² (#14 AWG). Er is ook een versie met verwijderbare aansluitklemmen beschikbaar, waardoor vervanging ter plaatse mogelijk is met alternatieve aansluittechnologieën zoals veerklem- of isolatie-verplaatsingstypes. Elk blok bevat een afschermingsstrip die is verbonden met functionele aarde.
Mark VIe-componenten zijn ontworpen voor wereldwijde inzet in uiteenlopende omgevingsomstandigheden. Kernelektronica, inclusief controllers, I/O-modules en voedingen, zijn geschikt voor gebruik bij een temperatuur van -30 °C tot 65 °C. Om de betrouwbaarheid te garanderen, wordt aanbevolen dat modules met strengere temperatuurspecificaties, zoals bepaalde veldbusgateways (bijv. PROFIBUS Master: -20 tot 55°C, FOUNDATION Fieldbus: 0 tot 55°C), lager in de schakelkast worden geïnstalleerd, waar de temperaturen koeler zijn. Apparatuur in de controlekamer, zoals werkstations voor operators, heeft een kleiner werkbereik van 20 tot 30 °C. Alle apparatuur is ontworpen om een breder temperatuurbereik te weerstaan (-40 tot 85°C voor controllers, 0 tot 30°C voor werkstations) tijdens verzending en opslag.
De hardwaremogelijkheden van de Mark VIe worden volledig ontgrendeld door de ControlST-softwaresuite. Deze geïntegreerde set tools biedt een uniforme omgeving voor elk aspect van de levenscyclus van het besturingssysteem. De kern is de ToolboxST-applicatie, die wordt gebruikt voor programmering, configuratie, realtime trending en diepgaande diagnostische analyse voor alle Mark VIe- en Mark VIeS-systemen. Het zorgt ervoor dat hoogwaardige, tijd-coherente gegevens beschikbaar zijn, zowel binnen de controllers als op fabrieksniveau, en vormen een solide basis voor effectief activabeheer en operationele besluitvorming.
Voor veiligheidskritische toepassingen die certificering vereisen volgens normen zoals IEC 61508, wordt het Mark VIeS Safety-systeem gebruikt. Dit systeem maakt gebruik van dezelfde vertrouwde ControlST-softwaresuite en ToolboxST-toolset voor onderhoud en configuratie, waardoor de trainingsvereisten voor operators aanzienlijk worden verminderd. Het onderhoudt echter een fysiek en logisch gescheiden set gecertificeerde hardware- en softwarefunctieblokken. ToolboxST biedt beveiligingsfuncties om het veiligheidssysteem te vergrendelen of ontgrendelen voor configuratie en Safety Instrumented Function (SIF)-programmering, waardoor de integriteit van de veiligheidslogica nooit in gevaar komt.
Het I/O-portfolio van het systeem is enorm en omvat zowel generieke modules zoals discrete ingangen (variërend per spanningswaarde en isolatie) als zeer gespecialiseerde toepassingsspecifieke modules. Speciale servomodules zorgen bijvoorbeeld voor de ultrasnelle verwerking die nodig is voor nauwkeurige gesloten-lusregeling van turbineactuators. Op dezelfde manier zijn er gespecialiseerde trillingsbewakingsmodules beschikbaar om de radiale en axiale asverplaatsing in roterende machines nauwkeurig te meten, waarbij bescherming rechtstreeks in het besturingssysteem wordt geïntegreerd. Selectiecriteria voor modules omvatten niet alleen het signaaltype, maar ook de vereiste redundantie, isolatieniveau, klemmenblokstijl, veiligheidscertificering (SIL) en goedkeuringen voor gebruik op gevaarlijke locaties.
Referenties: https://www.gevernova.com/content/dam/gepower-new/global/en_US/downloads/gas-new-site/resources/reference/GEA35311-Mark-VIe-Control-Product-Description-Brochure-DRAFT.pdf
