O IS420UCSBS1A é um controlador de segurança da série Mark VIeS, projetado especificamente para circuitos de segurança funcionais industriais que exigem recursos SIL 2 e SIL 3 (Nível de Integridade de Segurança). Projetado como uma unidade de computação robusta e independente, este controlador é fundamental para aplicações críticas de segurança em setores como geração de energia, petróleo e gás e processamento químico, onde a confiabilidade operacional e a mitigação de riscos são fundamentais.
Certificado de acordo com a norma IEC 61508, o IS420UCSBS1A, juntamente com seus módulos de E/S de Segurança dedicados, fornece uma plataforma certificada para implementação de Sistemas Instrumentados de Segurança (SIS), reduzindo efetivamente o risco em funções críticas de segurança.
2. Arquitetura de sistema e design de hardware
2.1 Design modular independente
O IS420UCSBS1A apresenta uma arquitetura modular independente. Ao contrário dos controladores tradicionais onde a E/S está alojada em um backplane, ele se comunica com pacotes de E/S distribuídos exclusivamente por meio de uma rede Ethernet privada para fins especiais chamada IONet. Esse design elimina qualquer ponto único de falha na entrada do aplicativo. Se um controlador for desligado para manutenção ou reparo, a arquitetura do sistema garante que nenhuma entrada seja perdida, garantindo a operação contínua do circuito de segurança.
2.2 Processador e Memória
2.3 Design sem ventoinha e fonte de alimentação
Resfriamento: O IS420UCSBS1A é um módulo sem ventoinha, que conta com resfriamento passivo por meio de aletas de aquecimento integradas. Isso elimina um ponto comum de falha, melhora a confiabilidade e reduz a manutenção.
Entrada de energia: Aceita uma entrada de 28 V CC.
Conversão de energia interna: Os 28 V CC de entrada são convertidos em uma fonte interna regulada de 5 V CC, da qual todos os outros planos de energia internos são derivados.
Consumo de energia: O consumo máximo de energia é de 26,7 W, com um consumo operacional nominal de 15,6 W.
2.4 Robustez Ambiental
3. Capacidades de comunicação e rede
3.1 A rede IONet
O controlador se conecta aos módulos de E/S através de três portas IONet independentes.
Tipo de rede: Uma rede Ethernet privada dedicada exclusivamente a dispositivos de controle Mark*.
Protocolo: Usa TCP/IP para comunicação confiável entre controladores e módulos de E/S.
Redundância: a redundância IONet é igual à redundância do controlador. Em sistemas redundantes, vários caminhos IONet independentes garantem a integridade da comunicação.
3.2 Interfaces Ethernet Primária e Secundária
ENET1 (Primário):
Normalmente configurado como uma conexão UDH (Unit Data Highway).
Usado para comunicações com IHMs, historiadores e outros controladores.
Suporta protocolos como EGD (Ethernet Global Data), Modbus e OPC-UA.
ENET2 (Secundário):
3.3 Sincronização de relógio de precisão
O sistema usa o protocolo de tempo de precisão (PTP) IEEE 1588 em R, S e T IONets para sincronizar os relógios de todos os pacotes de E/S e controladores em ±100 microssegundos, garantindo aquisição de dados com coerência de tempo e execução de controle.
4. Sistema e programação de software
4.1 Sistema operacional
O IS420UCSBS1A funciona com QNX Neutrino, um sistema operacional comprovado em tempo real (RTOS) projetado para aplicações industriais de alta velocidade e alta confiabilidade. Seu comportamento determinístico é crucial para atender às demandas de tempo de resposta das funções de segurança.
4.2 Linguagens de Programação
O controlador suporta múltiplos paradigmas de programação para atender diferentes preferências de engenharia:
Linguagem de bloco de controle: Para malhas de controle analógicas e discretas complexas usando blocos funcionais.
Diagrama Ladder de Relé (RLD): Para implementar lógica booleana em um formato ladder familiar.
Tipos de dados suportados: um conjunto abrangente incluindo booleanos, inteiros assinados/não assinados de 16/32 bits e números de ponto flutuante de 32/64 bits.
4.3 Modificações on-line
Pequenas modificações no software de controle podem ser feitas on-line sem exigir a reinicialização do controlador, aumentando a disponibilidade do sistema e simplificando a solução de problemas.
4.4 Marca do software de segurança
Um recurso crítico para a segurança funcional, a marca é um processo obrigatório exigido sempre que o código da aplicação em um controlador de segurança Mark VIeS é alterado e baixado. Esse processo 'marca' criptograficamente o novo código, garantindo sua autenticidade e integridade. Qualquer alteração não autorizada desencadeia uma incompatibilidade de marca, alertando os operadores sobre um possível problema de integridade de segurança. Este é um requisito fundamental para manter a certificação SIL 2/3.
5. Recursos e certificações de segurança
5.1 Nível de segurança funcional
O controlador IS420UCSBS1A e seus módulos de E/S de segurança associados são especificamente projetados e certificados para uso em circuitos de segurança SIL 2 e SIL 3, conforme definido pela IEC 61508.
5.2 Certificação de hardware e software
O hardware e software de controle específico que compõem o sistema Mark VIeS receberam certificação IEC 61508 de um avaliador terceirizado, fornecendo validação independente de sua adequação para aplicações críticas de segurança.
5.3 Redundância e tolerância a falhas
O controlador foi projetado para operar em configurações redundantes modulares duplas ou triplas (TMR). Nessas configurações, ele sincroniza com controladores pares, trocando:
Valores de estado interno para votação e inicialização.
Informações de status e sincronização.
Esta arquitetura garante que uma única falha do controlador não leve a uma falha perigosa da função de segurança.
6. Instalação e Manutenção
6.1 Instalação física
O controlador é um módulo único que é montado diretamente na chapa metálica do painel usando um design de montagem tipo buraco de fechadura. Deve ser instalado com fluxo de ar vertical através das aletas de refrigeração para garantir o gerenciamento térmico adequado.
6.2 Indicadores de status (LEDs)
O painel frontal fornece um conjunto abrangente de LEDs para avaliação imediata do status:
Link: Verde sólido indica um link Ethernet IONet estabelecido.
Agir: Verde sólido ou piscando indica tráfego de pacotes IONet.
Alimentação: Verde sólido indica que a alimentação interna de 5 V está operacional.
OnLine: Verde sólido indica que o controlador está on-line e executando o código do aplicativo.
DC: Verde sólido indica que este controlador é o controlador designado em um conjunto redundante.
OT (Sobretemperatura): Amarelo indica condição de alarme; Vermelho indica que ocorreu um desarme.
7. Backup, restauração e substituição
7.1 Procedimento de backup e restauração
Um botão dedicado no controlador permite fazer backup e restaurar a configuração e o firmware do controlador para uma unidade USB.
Requisito de unidade USB: deve ser compatível com USB 2.0, não criptografada, com capacidade mínima de 4 GB, formatada como FAT32.
Processo: O status de backup/restauração é indicado pelo LED USB ligado. Uma luz sólida durante o processo indica atividade e apaga após a conclusão bem-sucedida. Piscar indica uma falha.
7.2 Substituição do Controlador
É definido um procedimento estruturado para substituição de um controlador defeituoso, enfatizando a segurança e a integridade dos dados:
Backup: Se possível, faça backup do flash NAND do controlador com falha.
Desligar: Desconecte o plugue de alimentação específico (JCR, JCS ou JCT) no JPDC associado.
Desconecte os cabos: Remova os cabos IONet e VLAN.
Remoção física: Afrouxe os parafusos e remova o controlador usando a montagem em formato de fechadura.
Instalação: Inverta o processo para instalar o novo controlador.
Restaurar e configurar: restaure o backup para o novo controlador ou configure seu endereço IP usando a ferramenta de engenharia ToolboxST por meio da porta COM1.
