UCSCH1A kontrol cihazı, GE'nin Mark VIe kontrol sisteminin temel bir bileşenidir ve UCSC kontrol cihazı ailesindeki üst düzey bir modeldir. Gaz türbinlerinde, buhar türbinlerinde, rüzgar türbinlerinde, kombine çevrim enerji santrallerinde ve çeşitli fabrika otomasyon senaryolarında yaygın olarak kullanılan, yüksek hızlı, yüksek güvenilirliğe sahip endüstriyel uygulamalar için tasarlanmış kompakt, bağımsız bir modüler kontrol cihazıdır.
Temel kontrolörlerle karşılaştırıldığında UCSCH1A'nın temel avantajı entegre ve sanallaştırılmış mimarisinde yatmaktadır. Yalnızca güçlü bir gerçek zamanlı kontrol motoru olmakla kalmaz, aynı zamanda dahili olarak entegre edilmiş Gömülü PROFINET Ağ Geçidi (Gömülü PPNG) modülü aracılığıyla, PROFINET I/O cihazlarıyla yerel iletişim kabiliyetine ulaşır. Bu 'Hepsi Bir Arada' tasarım felsefesi, sistem mimarisini basitleştirir, harici donanıma bağımlılığı azaltır ve genel sistemin entegrasyonunu ve güvenilirliğini artırır.
UCSCH1A, tek bir fiziksel denetleyici üzerinde birden fazla bağımsız Sanal Makine (VM) oluşturmak ve çalıştırmak için gelişmiş gerçek zamanlı hipervizör teknolojisini kullanarak Mark VIe kontrol uygulaması, Gömülü Alan Aracısı (EFA) ve Gömülü PROFINET Ağ Geçidi gibi kritik işlevleri aynı anda barındırmasına olanak tanır. Modern, akıllı ve ağ bağlantılı kontrol sistemleri oluşturmak için ideal bir platformdur.
II. Ayrıntılı Temel Fonksiyonlar ve Çalışma Prensipleri
UCSCH1A'nın işlevselliği ve ilkeleri, diğer kontrolörlerden farklılaşmasının anahtarıdır. Tasarım felsefesi, tek bir donanım platformunda sanallaştırma teknolojisi aracılığıyla işlevsel entegrasyon ve güvenlik izolasyonu sağlamaktır. Aşağıdaki bölümlerde temel işlevlerin ve temel operasyonel mekanizmaların derinlemesine bir analizi sunulmaktadır.
1. Sanallaştırılmış Mimari ve Gerçek Zamanlı İşletim Sistemi
İşlevsel Açıklama:
UCSCH1A, fiziksel donanım kaynaklarını (CPU, bellek, ağ arayüzleri) sanallaştırmak ve bölümlemek için gerçek zamanlı hipervizör teknolojisini kullanan ve böylece birden fazla yalıtılmış sanal makine ortamı oluşturan dört çekirdekli bir denetleyicidir. Her VM, sanki birden fazla ayrı bilgisayarda çalışıyormuş gibi bağımsız bir işletim sistemi ve uygulamayı çalıştırabilir.
Çalışma Prensibi:
Donanım Soyutlama Katmanı: En düşük seviyeli yazılım olan hiper yönetici, doğrudan denetleyici donanımı üzerinde çalışır ve CPU çekirdeklerinin programlanmasından, belleğin tahsis edilmesinden ve donanım kesintilerinin yönetilmesinden sorumludur. Üst katman VM'lerine donanımın tutarlı, sanallaştırılmış bir görünümünü sağlar.
Sanal Makine Yalıtımı: UCSCH1A'da tipik bir yapılandırma aşağıdaki VM'leri çalıştırır:
Mark VIe Control VM: Tanınmış, son derece güvenilir bir gerçek zamanlı işletim sistemi olan QNX Neutrino RTOS'u çalıştırır. QNX, tüm kritik süreç kontrol mantığının yürütülmesinden sorumludur. Mikro çekirdek mimarisi ve deterministik görev planlaması, endüstriyel kontrolün aşırı gerçek zamanlı gereksinimlerini karşılayarak kontrol görevlerinin kesin olarak tanımlanmış zaman döngüleri içerisinde tamamlanmasını sağlar.
Gömülü PROFINET Ağ Geçidi VM: PROFINET ağı ile iletişimi yönetmeye adanmış, PROFINET protokol yığını için özel olarak optimize edilmiş başka bir işletim sistemi ortamını çalıştırır.
Embedded Field Agent VM: EFA uygulamasını barındırmak için bir Linux sistemi çalıştırır.
Sanal Ağ: Bu VM'ler arasında veri alışverişini sağlamak için UCSCH1A içerisinde bir sanal ağ kurulur. Bu ağ, fiziksel bir Ethernet kablosu değil, paylaşılan bellek ve sanal anahtar teknolojisi aracılığıyla bellekte uygulanan yüksek hızlı bir veri kanalıdır. Örneğin, Mark VIe kontrol uygulaması, kontrol hesaplamaları için PROFINET cihazlarından veri okunmasına ihtiyaç duyduğunda, bu veriler, geleneksel fiziksel ağ iletişiminden çok daha verimli olan dahili sanal ağ aracılığıyla PPNG VM'den Mark VIe VM'ye aktarılır.
Temel Değer: Sanallaştırılmış mimari, donanım maliyetlerini ve sistem karmaşıklığını azaltarak 'birden fazla makineyi bir arada' sağlar. Aynı zamanda, hata izolasyonu da çok önemlidir; EFA VM'de bir yazılım sorunu yaşansa bile, QNX üzerinde çalışan kritik kontrol mantığı etkilenmeden kalır ve istikrarlı bir şekilde çalışmaya devam ederek sistem esnekliğini ve kullanılabilirliğini önemli ölçüde artırır.
2. IONet ve Deterministik Kontrol
Fonksiyonel Açıklama:
Bir Mark VIe kontrol cihazı olarak UCSCH1A, proses verisi toplama ve kontrol komut çıkışını gerçekleştirmek için özel, deterministik bir endüstriyel Ethernet ağı olan IONet aracılığıyla dağıtılmış I/O modülleriyle iletişim kurar.
Çalışma Prensibi:
Özel Ağ: IONet, yalnızca GE'nin Mark serisi I/O modüllerinin ve kontrolörlerinin bağlanmasına izin veren kapalı, özel bir ağdır. Bu kapalı yapı, kurumsal BT ağlarından veya harici cihazlardan yetkisiz erişimi ve yayın fırtınalarını önleyerek kontrol ağının saflığını ve güvenliğini sağlar.
Hassas Saat Senkronizasyonu: IONet, IEEE 1588 Hassas Zaman Protokolünü (PTP) kullanır. Kontrolör ana saat görevi görür ve bağlı tüm G/Ç modüllerinin saatlerini ±100 mikrosaniye içinde kontrol edilen bir hatayla kendisiyle senkronize etmek için ağ üzerinden periyodik olarak senkronizasyon mesajları gönderir. Bu son derece yüksek düzeyde zamanlama tutarlılığı aşağıdakilerin temelini oluşturur:
Senkronize Veri Toplama: Tüm I/O modülleri, giriş sinyallerinin aynı anda 'anlık görüntüsünü' alabilir ve kontrol sistemine zamanında küresel olarak tutarlı bir veri görünümü sağlar; bu, karmaşık birbirine kenetlenen olayların analizi için çok önemlidir.
Deterministik Kontrol Döngüleri: Denetleyicinin tarama döngüsü ve G/Ç veri güncelleme döngülerinin tamamı bu senkronize saatle hizalıdır; kontrol mantığının yürütülmesi ve veri alışverişi için katı periyodiklik sağlayarak geleneksel asenkron sistemlerde zamanlama titremesinin neden olduğu belirsizliği ortadan kaldırır.
Yedekli Veri Yolları: Yedekli yapılandırmalarda (İkili veya TMR), tüm I/O ağları (R, S, T) her denetleyiciye aynı anda bağlanır. Bu, her denetleyicinin bağımsız olarak tüm giriş verilerini aldığı anlamına gelir. Bu mimari, tek bir kontrolörün bakım nedeniyle kapatılması veya arızalanması durumunda hiçbir giriş verisinin kaybolmamasını sağlar, tek bir giriş kaybı noktası elde etmez ve iletişim seviyesinde kontrol sürekliliğini garanti eder.
3. Gömülü PROFINET Ağ Geçidi
İşlevsel Açıklama:
Bu, UCSCH1A'nın imza niteliğindeki bir özelliğidir. Harici bir ağ geçidi donanımı gerektirmeden PROFINET IO-RT V2.2 Sınıfı AI/O Denetleyicisi olarak işlev görebilir, PROFINET protokolünü (RSTI-EP Slice I/O gibi) destekleyen üçüncü taraf I/O cihazlarına doğrudan bağlanabilir ve bunları yönetebilir.
Çalışma Prensibi:
Veri Eşleme ve Değişim: PPNG VM bir protokol çeviricisi görevi görür. Harici PROFINET I/O cihazlarından (örn. dijital girişler, analog çıkışlar) gelen veri noktalarını Mark VIe kontrol cihazının dahili değişken alanına eşler. Kontrol mühendisleri ToolboxST yazılımında bu eşleme ilişkisini yapılandırdıktan sonra, tıpkı yerel I/O değişkenleri gibi kontrol mantığındaki bu PROFINET veri noktalarına doğrudan referans verebilirler.
Eşzamansız Veri Akışı: PROFINET ağının veri güncelleme döngüsü, Mark VIe kontrol cihazının tarama döngüsüyle eşzamansızdır. PPNG VM, yapılandırılabilir bir güncelleme hızında (1 ms ila 512 ms) PROFINET cihazlarıyla bağımsız olarak döngüsel veri alışverişi gerçekleştirir. Daha sonra en son verileri yukarıda belirtilen dahili sanal ağ aracılığıyla Mark VIe kontrol VM'sine toplu olarak gönderir. Bu asenkron tasarım, daha yavaş PROFINET cihazlarının kritik kontrol döngülerini geciktirmesini önler.
İletişim İlişkisi Kurulumu: İletişim başlamadan önce PPNG, her PROFINET cihazıyla üç tür İletişim İlişkisi (CR) kurar:
Veri CR'lerini Kaydet: Cihaz parametre yapılandırması ve teşhis bilgilerinin okunması gibi gerçek zamanlı olmayan veri aktarımı için kullanılır.
IO Veri CR'leri: Kontrol fonksiyonunun özü olan proses verilerinin (girişler/çıkışlar) gerçek zamanlı, döngüsel alışverişi için kullanılır.
Alarm Veri CR'leri: Cihazdan gerçek zamanlı alarmları ve olay bilgilerini iletmek için kullanılır.
Ağ Ayırma: ControlST V07.04'ten itibaren UCSCH1A, IONet ve PROFINET ağlarının fiziksel olarak ayrılmasını destekler. PPNG VM, dahili IONet anahtarları aracılığıyla Mark VIe kontrol VM'si ile iletişim kurarken, harici olarak PROFINET ağına bağlanmak için özel ENET2 bağlantı noktasını kullanır. Bu ayırma ağ güvenliğini ve yönetilebilirliğini artırır.
4. Gömülü Saha Aracısı
İşlevsel Açıklama:
EFA, endüstriyel ucu Predix bulut platformuna bağlayan köprüdür. Makine verilerinin güvenli bir şekilde toplanmasından ve buluta iletilmesinden sorumlu olan UCSCH1A üzerindeki bir Linux VM'de çalışır ve aynı zamanda bulut tabanlı uygulamaları yerel olarak çalıştırmak için bir uç bilgi işlem platformu olarak hizmet eder.
Çalışma Prensibi:
Güvenli Veri Toplama ve Yükleme:
Veri Erişimi: EFA, dahili sanal ağ aracılığıyla Mark VIe kontrol VM'sinden gerçek zamanlı verileri salt okunur bir şekilde güvenli bir şekilde alır. Güvenlik duvarı kuralları, kontrol ağına EFA tarafından ters şekilde erişilememesini sağlar.
Veri İşleme: EFA, toplanan verileri önbelleğe alır, sıkıştırır ve şifreleyerek zaman damgasını ve kalite tanımlayıcısını korur.
Güvenli İletim: Veriler, alttaki IICS Bulut Bağlantı Noktası kullanılarak HTTPS gibi şifrelenmiş protokoller aracılığıyla Predix bulut platformu veri depolarına ve hizmetlerine güvenli bir şekilde iletilir.
Edge Computing: EFA, 'Predix edge uygulamaları'nın denetleyicide yerel olarak çalıştırılmasına izin verir. Bu uygulamalar gerçek zamanlı analiz, çıkarım yapabilir veya basit optimizasyon algoritmalarını doğrudan veri kaynağında çalıştırabilir. Bu, bilgi işlem yükünü en uygun konuma dağıtan 'Akıllı Uç'u mümkün kılar; büyük veri analitiği ve uzun vadeli geçmiş depolama bulutta gerçekleşirken düşük gecikmeli mantık uçta yürütülür.
Uzaktan Erişim Kanalı: EFA, yetkili kullanıcılara internet üzerinden kontrol cihazı verilerine erişmeleri için güvenli bir kanal sağlar ve dizüstü bilgisayarlar veya mobil cihazlar kullanılarak uzaktan izleme ve tanılamayı destekler.
5. Artıklık ve Yüksek Erişilebilirlik İlkeleri
İşlevsel Açıklama:
UCSCH1A, farklı uygulamaların sıkı kullanılabilirlik gereksinimlerini karşılamak için Simplex, Dual ve TMR yapılandırmalarını destekler.
Çalışma Prensibi:
