IS420PPNGH1A (PPNG olarak anılır), GE Mark Vle kontrol sistemi için özel olarak tasarlanmış bir PROFINET Ağ Geçidi Modülüdür. Mark Vle kontrol cihazı ile üçüncü taraf PROFINET I/O cihazları ve akıllı sensörler arasında kritik bir köprü görevi görerek PROFINET endüstriyel Ethernet ağı ile çekirdek Mark Vle sisteminin IOnet'i arasında kesintisiz veri alışverişini sağlar. PROFINET RT Sürüm 2.2 I/O Denetleyicisi olarak sertifikalı ve 100 Mbps Ethernet arayüzlerinde çalışan bu modül, kullanıcıların geniş bir yelpazedeki PROFINET ekosistem ürünlerini standart Mark Vle kontrol mimarisine entegre etmek için tanıdık ControlST* ve ToolboxST* paketlerinden yararlanmasına olanak tanıyarak sistem esnekliğini ve uyumluluğunu önemli ölçüde artırır.
2. Temel İşlevler ve Ayrıntılı İlkeler
PPNG modülünün temel misyonu, farklı protokol ağları arasında güvenilir ve verimli veri etkileşimini sağlamaktır. İşlevleri ve ilkeleri, Mark Vle sisteminin temel mimarisine ve PROFINET'in iletişim mekanizmalarına derinlemesine entegre edilmiştir.
2.1 PROFINET ve IONet Çift Ağ Köprüleme
Bu, PPNG'nin en temel işlevidir; akıllı bir protokol dönüştürücü ve veri yönlendiricisi olarak çalışır.
Teknik Prensip:
Ağ Rolü Tanımı: PPNG modülü üç bağımsız RJ-45 10/100 Mbps Ethernet bağlantı noktasıyla donatılmıştır. Bir port PROFINET ağına ayrılırken diğer iki port (ENET1, ENET2) IONet ağına bağlanmak için kullanılır. Bu fiziksel izolasyon, endüstriyel kontrolün katı gerçek zamanlı gereksinimlerini karşılayarak her iki ağ için de trafiğin bağımsızlığını ve belirleyiciliğini sağlar.
Veri Eşleme Mekanizması: PPNG, Mark Vle denetleyicisi tarafından mantıksal olarak bir I/O Paketi olarak tanınır. Bu, IONet üzerindeki iletişim davranışının sistem içindeki diğer özel I/O kartlarına benzer olduğu anlamına gelir. PPNG'nin dahili yazılımı karmaşık protokol dönüşümü gerçekleştirir: PROFINET ağından çeşitli yardımcı cihazlardan alınan giriş verilerini (örn. dijital durum, analog değerler) yeniden paketler ve bunu Mark Vle kontrol cihazı tarafından tanınabilen bir proses görüntü alanına eşler. Bunun tersine, kontrolör tarafından verilen çıktı verileri de PPNG tarafından proses görüntü alanından alınır, paketten çıkarılır ve PROFINET protokolü çerçeve formatına göre ilgili bağımlı cihaza gönderilir.
Asenkron Veri Alışverişi: Önemli bir tasarım özelliği, PPNG ve PROFINET cihazları arasındaki veri alışverişinin ve PPNG ile Mark Vle kontrol cihazı arasındaki veri alışverişinin asenkron olmasıdır. PROFINET tarafındaki Veri Güncelleme Döngüsü, ToolboxST'de bağımsız olarak yapılandırılabilir (1 ms ila 512 ms arasında seçilebilir), Mark Vle kontrol cihazının Kare Tarama Hızı ise başka bir yapılandırılabilir parametredir (örneğin, 10 ms, 20 ms). PPNG'nin dahili veri arabellekleri, farklı döngülere sahip iki ağ arasındaki bilgi aktarımını yumuşatarak, zamanlama farklılıkları nedeniyle verilerin kaybolmamasını sağlarken aynı zamanda ağ yükünü de optimize eder.
2.2 PROFINET I/O Denetleyici İşlevselliği
PPNG, PROFINET ağı üzerinde bir I/O Denetleyicisi olarak görev yapar ve bağlı tüm PROFINET bağımlı cihazlarını yöneten ve kontrol eden 'master' olarak görev yapar.
Teknik Prensip:
Cihaz Keşfi ve Konfigürasyonu: Sistem başlatıldığında veya konfigürasyon sonrasında PPNG, PROFINET ağına bağlı tüm bağımlı cihazları aktif olarak keşfeder ve tanımlar. Bu işlem, ToolboxST'deki önceden yapılandırılmış GSDML (Genel İstasyon Açıklama İşaretleme Dili) dosyalarına dayanır. Cihaz üreticisi tarafından sağlanan GSDML dosyası, bağımlı cihazın özelliklerini, desteklenen modülleri, veri uzunluğunu ve teşhis bilgilerini tam olarak açıklar. ToolboxST bu dosyaları tüm PROFINET ağı için donanım konfigürasyonunu oluşturmak amacıyla kullanır.
İletişim İlişkilerinin Kurulması: PPNG ile her bir bağımlı cihaz arasında İletişim İlişkisi (CR) adı verilen mantıksal bir bağlantı kurulur. Bu ilişki, toplu olarak kapsamlı bir iletişim sağlayan üç türden oluşur:
Döngüsel Veri Alışverişi: Tüm CR'ler başarıyla oluşturulduktan sonra, PPNG, ayarlanan güncelleme hızına göre tüm bağımlı cihazlarla döngüsel I/O veri alışverişini gerçekleştirir. Bu mekanizma, endüstriyel kontrolün gerçek zamanlı gereksinimlerini karşılayarak proses verilerinin periyodik olarak yenilenmesini sağlar.
Veri CR'sini Kaydet: Bu, kurulan ilk bağlantıdır ve cihaz açılış parametre konfigürasyonu, ürün yazılımı güncellemeleri, ayrıntılı teşhis bilgilerinin okunması ve cihaz tanımlama sorguları gibi gerçek zamanlı olmayan verilerin iletimi için kullanılır. Bu iletişim döngüsel değildir ve yalnızca ihtiyaç duyulduğunda gerçekleşir.
G/Ç Veri CR: Bu, gerçek zamanlı, döngüsel veri alışverişi için temel kanaldır. Sensör okumaları ve aktüatör kontrol komutları gibi giriş ve çıkış verilerinin PPNG ile bağımlı birim arasında sabit bir güncelleme oranında döngüsel olarak aktarılmasından sorumludur. Bu, kontrol mantığı yürütmenin temelidir.
Alarm CR: Acil olayların ve alarmların gerçek zamanlı, döngüsel olmayan iletimi için kullanılır. Bir yardımcı cihaz arızalanırsa (örneğin, kısa devre, kablo kopması, modülün eksik olması), bu kanal aracılığıyla derhal PPNG'ye bir alarm göndererek sistemin anormal durumlara hızlı bir şekilde yanıt vermesini sağlar.
2.3 Esnek Ağ Topolojisi Desteği
PPNG, farklı saha düzenlerine ve maliyet hususlarına uyacak şekilde birden fazla PROFINET ağ bağlantı yöntemi sunar.
Teknik Prensip:
Yıldız Topolojisi: En sık kullanılan ve önerilen topolojidir. PPNG'nin PROFINET bağlantı noktası GE onaylı bir yönetilmeyen endüstriyel Ethernet anahtarına (örneğin, ESWA 8 bağlantı noktalı veya ESWB 16 bağlantı noktalı anahtar) bağlanır ve tüm PROFINET bağımlı cihazları da bu anahtara bağlanır. Bu topoloji basittir, sorun gidermesi kolaydır ve bir yardımcıdaki hata diğerlerinin iletişimini etkilemez.
Hat (Papatya Zinciri) Topolojisi: Bu topolojide, PPNG ilk köleye bağlanır, o da daha sonra ikinciye bağlanır ve bu böyle devam ederek bir zincir oluşturur. Bu topoloji, anahtar maliyetlerinden ve kablolamadan tasarruf sağlar. Bununla birlikte, belgeler, PPNG'nin veri yolunun bir ucunda olması gerektiğini ve son yardımcı birimden gelen verilerin, PPNG'ye ulaşmak için tüm ara ikincil birimlerden geçmesi gerektiği için sistem performansının sınırlı olabileceğini ve ara ikincil birimlerin anahtarlama performansına gereksinimler yüklediğini vurgulamaktadır.
Karışık Topoloji: PPNG ayrıca yıldız ve çizgi topolojilerinin bir karışımını da destekler. Örneğin, yeni bir yıldız dalını uzatan bir papatya zinciri içindeki bir noktaya bir anahtar bağlanabilir. Bu esneklik, karmaşık tesis düzenlerinin yönetilmesini kolaylaştırır.
2.4 Yüksek Performans ve Ölçeklenebilirlik
PPNG'nin tasarımı, karmaşık uygulamalarda kararlı çalışmayı sağlamak için sistem performans sınırlarını dikkate alır.
Teknik Prensip:
Performans Sınırları ve Yük Hesaplaması: PPNG'nin aşırı yüklenmesini önlemek için bağlanabileceği PROFINET cihaz sayısında bir üst sınır vardır. Bu sınır sabit bir değer olmayıp her cihazın Veri Güncelleme Döngüsü ile yakından ilgilidir. Belgeler bir 'cihaz eşdeğeri' konseptini ortaya koymaktadır: 1 ms güncelleme döngüsüne sahip bir cihaz, standart bir yük birimi olarak kabul edilir. PPNG'nin maksimum yük kapasitesi 8 eşdeğer cihazdır. Bir cihazın 2 ms'lik güncelleme döngüsü varsa yükü yalnızca 0,5 eşdeğer cihazdır; 4 ms'lik bir döngü 0,25'e eşittir vb. Bu nedenle, pratik konfigürasyonlarda, güncelleme döngülerinin makul şekilde ayarlanmasıyla, tek bir PPNG, 8 ms veya daha yavaş bir güncelleme döngüsüyle 64'e kadar cihaza bağlanabilir. ToolboxST uygulaması, oluşturma işlemi sırasında bu sınırları zorlar.
Sistem Genişletme: Her Mark Vle kontrol cihazı 4 adede kadar PPNG modülünü destekleyebilir. Bu, tüm sistemin teorik olarak yüzlerce PROFINET bağımlı cihazını entegre edebileceği ve büyük, karmaşık kontrol sistemlerinin genişleme ihtiyaçlarını tam olarak karşılayabileceği anlamına gelir.
2.5 Yapılandırma ve Entegrasyon
PPNG yapılandırması, GE'nin ControlST mühendislik çerçevesine tamamen entegre olup kusursuz bir kullanıcı deneyimi sağlar.
Teknik Prensip:
ToolboxST Konfigürasyon İş Akışı: Mühendisler, PPNG donanımını eklemek için ToolboxST 'Bileşen Düzenleyicisi'ni kullanır ve temel donanım yazılımını Mark Vle kontrol cihazından PPNG'ye aktarmak için 'G/Ç Paketi Kurulum Sihirbazı'nı kullanır. Daha sonra, köle cihazın GSDML dosyası içe aktarılarak, PROFINET cihazları grafik arayüze sürükle ve bırak yöntemiyle eklenir ve uygun I/O veri güncelleme oranları atanır.
Değişken Bağlantı: Konfigürasyondan sonra, PROFINET yedek cihazının her I/O noktası ToolboxST'de karşılık gelen bir değişken oluşturur. Bu değişkenler, kontrol cihazının yerel I/O değişkenleri gibi sürüklenip bırakılabilir ve karmaşık kontrol stratejilerini uygulamak için Mark Vle kontrol cihazının uygulama mantığına bağlanabilir. Bu tasarım, programlama deneyimi açısından PROFINET cihazlarının kullanımını yerel Mark Vle I/O cihazlarının kullanımından neredeyse ayırt edilemez hale getirir.
3. Donanım Özellikleri ve Kurulumu
Çekirdek Donanım: QNX Neutrino gerçek zamanlı işletim sistemini çalıştıran Intel EP80579 1066 MHz işlemciyi kullanır. ECC'li 256 MB DDR2 bellek ve 2 GB NAND flash ile donatılmıştır.
Güç Kaynağı: Tipik çalışma voltajı 28V DC'dir ve zorunlu bir IS400UCLIH1A Kimlik Düzeneği aracılığıyla bağlanır. Bu düzenek yalnızca gücü iletmekle kalmaz, aynı zamanda PPNG modülü için lisans tanıma ve terminal kartı kimlik tanıma da sağlar; bu olmadan PPNG düzgün çalışmayacaktır.
Arayüzler:
PROFINET Bağlantı Noktası: 1 x RJ-45, PROFINET ağı için.
IONet Bağlantı Noktaları: 2 x RJ-45 (ENET1, ENET2), IONet ağ yedekliliğini destekler.
USB Bağlantı Noktası: Firmware yedekleme/geri yükleme ve ilk temel yük kurulumu için.
COM Bağlantı Noktası: Geliştirme için veya ilk kurulum için alternatif bir yöntem olarak kullanılır.
Kurulum: Modül doğrudan panel sacına monte edilir ve soğutma için engelsiz hava akışı sağlamak amacıyla dikey olarak monte edilmelidir. Kurulum adımları arasında mekanik sabitleme, PROFINET ve IONet ağ kablolarının bağlanması, ID düzeneğinin ve gücün bağlanması ve son olarak ToolboxST aracılığıyla yazılım konfigürasyonunun gerçekleştirilmesi yer alır.
4. Teşhis ve Bakım
PPNG, sistem hata ayıklamasını ve bakımını büyük ölçüde kolaylaştıran çok seviyeli, görsel teşhis sağlar.
Ön Panel LED Durum Göstergeleri: Zengin bir LED seti, aşağıdakiler de dahil olmak üzere gerçek zamanlı modül durumu sağlar:
Güç, Çevrimiçi: Gücü ve çalışma durumunu gösterir.
Link/Act: PROFINET ve IONet bağlantı noktaları için bağlantı durumunu ve veri etkinliğini gösterir.
Birincil/Bağlantı: Kesintisiz yeşil, PPNG'nin birincil olduğunu ve tüm cihazların bağlı olduğunu gösterir; yanıp sönme bir veya daha fazla cihazın bağlantısının kesildiğini gösterir.
Diag: Sürekli kırmızı, aktif bir diyagnostik alarmı gösterir.
OT: Sarı aşırı sıcaklık alarmını gösterir; kırmızı, bir sıcaklık hatasının meydana geldiğini gösterir.
Önyükleme: Başlatma sırasında belirli yanıp sönen kodlar aracılığıyla önyükleme hatalarını (örn. bellek testi hatası, ürün yazılımı sağlama toplamı hatası) gösterir.
Yazılım Teşhisleri: ToolboxST içerisinde, PPNG'nin kendisi için ayrıntılı teşhis bilgilerinin yanı sıra tüm PROFINET bağımlı cihazları tarafından rapor edilen teşhis alarmları (örneğin, modül takma/çıkarma, kısa devreler, iletişim hataları) görüntülenebilir. Bu teşhis mesajları onaylanabilir ve sıfırlanabilir.
Denetleyici Değişkenleri: PPNG, Mark Vle denetleyicisine bir dizi anahtar durum değişkeni sağlar (örneğin, L3DIAG_PPNG_R , LINK_OK_PPNG_R , CPU_HOT_PPNG_R , BoardTmpr_PPNG_R ). Bu, kontrol sistemi mantığının ve operatör arayüzünün PPNG'nin sağlığını gerçek zamanlı olarak izlemesine ve yüksek seviye ve kilitleme koruması uygulamasına olanak tanır.
