浙大中控DCS操作说明.pdf

JX 300X DCS 系统硬件 概述 1 1 1 1 第一部分第一部分 概概 述述 SUPCON JX 300X DCS 由工程师站 操作站 控制站 过程控制网络等组成 工程师站是为专业工程技术人员设计的 内装有相应的组态平台和系统维护工 具 通过系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统 具体功能包括 系统生成 数据库结构定义 操作组态 流程图画面组态 报表程序编制等 而使用系统的维护工具软件实现过程控制网络调试 故障诊断 信号调校等 操作站是由工业 PC 机 CRT 键盘 鼠标 打印机等组成的人机系统 是操 作人员完成过程监控管理任务的环境 高性能工控机 卓越的流程图机能 多 窗口画面显示功能可以方便地实现生产过程信息的集中显示 集中操作和集中 管理 控制站是系统中直接与现场打交道的 I O 处理单元 完成整个工业过程的实时 监控功能 控制站可冗余配置 灵活 合理 在同一系统中 任何信号均可按 冗余或不冗余连接 详见卡件描述 对于系统中重要的公用部件 建议采用 100 冗余 如主控制卡 数据转发卡和电源箱 过程控制网络实现工程师站 操作站 控制站的连接 完成信息 控制命令等 传输 双重化冗余设计 使得信息传输安全 高速 1 1 系统整体结构系统整体结构 JX 300X DCS 采用三层通信网络结构 如图 1 1 1 所示 最上层为信息管理网 采用符合 TCP IP 协议的以太网 连接了各个控制装置的网 桥以及企业内各类管理计算机 用于工厂级的信息传送和管理 是实现全厂综合管理的 信息通道 中间层为过程控制网 名称为 SCnet 采用了双高速冗余工业以太网 SCnet 作为其过程控制网络 连接操作站 工程师站与控制站等 传输各种实时信息 底层网络为控制站内部网络 名称为 SBUS 采用主控制卡指挥式令牌网 存储 转发通信协议 是控制站各卡件之间进行信息交换的通道 JX 300X DCS 系统硬件 概述 1 2 1 2 图 1 1 1 JX 300X 系统结构图 1 2 系统主要性能指标系统主要性能指标 1 2 1 系统规模系统规模 过程控制网络 SCnet 连接系统的工程师站 操作站和控制站 完成站与站之间的 数据交换 SCnet 可以接多个 SCnet 子网 形成一种组合结构 每个 SCnet 网 理论上最多可带 1024 个节点 最远可达 10 000 米 目前已实现的 1 个控制区域包括 15 个控制站 32 个操作站或工程师站 总容量15360点 1 2 2 控制站规模控制站规模 JX 300X DCS 控制站内部以机笼为单位 机笼固定在机柜的多层机架上 每只机柜 最多配置 7 只机笼 1 只电源箱机笼和 6 只卡件机笼 可配置控制站各类卡件 卡件机笼根据内部所插卡件的型号分为两类 主控制机笼 配置主控制卡 和 I O 机笼 不配置主控制卡 每类机笼最多可以配置 20 块卡件 即除了最多配置互为冗 余的主控制卡和数据转发卡各一对外 还可以配置 16 块各类 I O 卡件 如图 1 2 1 JX 300X DCS 系统硬件 概述 1 3 1 3 图 1 2 1 机笼正面结构图 主控制卡必须插在机笼最左端的两个槽位 在一个控制站内 主控制卡通过 SBUS 网络可以挂接 8 个 IO 或远程 IO 单元 即 8 个机笼 主控制卡是控制站的核心 可以 冗余配置 保证实时过程控制的完整性 主控制卡的高度模件化结构 用简单的配置方 法实现复杂的过程控制 各种信号最大配置点数为 AO 模出点数 128 站 AI 模入点数 384 包括脉冲量 站 DI 开入点数 1024 站 DO 开出点数 1024 站 控制回路 128 个 站 其中 BSC CSC 之和最大不超过 64 个 程序空间 4Mbit Flash RAM 数据空间 4Mbit SRAM 虚拟开关量 4096 内部开关触点 虚拟 2 字节变量 2048 int sfloat 虚拟 4 字节变量 512 long float 虚拟 8 字节变量 256 sum 秒定时器 512 个 分定时器 512 个 数据转发卡槽位可配置互为冗余的两块数据转发卡 数据转发卡是每个机笼必配的 卡件 如果数据转发卡按非冗余方式配置 则数据转发卡可插在这两个槽位的任何一个 空缺的一个槽位不可作为 I O 槽位 在每一机笼内 I O 卡件均可按冗余或不冗余方式配置 数量在总量不大于 16 的条 件下不受限制 配置灵活是 JX 300X DCS 的特点 用户可以根据需要 对卡件选择全冗余 部分 冗余或不冗余 在保证系统可靠 灵活的基础上降低用户费用 在配置时 地址设置应 遵循以下原则 1 主控制卡可以冗余配置 也可以非冗余配置 地址范围是 2 31 冗余配置时 批注批注 建议取消 件 批注批注 建议取消 件 JX 300X DCS 系统硬件 概述 1 4 1 4 主控制卡的地址遵循 I 和 I 1 连续 且 I 必须为偶数 必须为偶数 2 I 31 的原 则 且地址不能重复 2 数据转发卡可以冗余配置 也可以非冗余配置 地址范围是 0 15 冗余设置 时 地址遵循 I 和 I 1 连续 且 I 必须为偶数必须为偶数 0 I 15 的原则 且 地址不能重复 3 当 I O 卡件按冗余方式配置时 互为冗余的两卡件槽位地址遵循 I 和 I 1 连 续 且 I 必须为偶数 必须为偶数 0 I 15 的原则 当 I O 卡件按非冗余方式配置时 需注意卡件槽位地址不能随意配置 I O 卡件分为两类 A 类 SP311 SP313 SP313X SP314 SP314X SP315X SP316 SP316X SP317 SP331 SP332 B 类 SP322 SP322X SP335 SP341 SP361 SP362 SP363 SP364 在配置时应遵循以下原则 同一分类中的两块卡件可以任意配置槽位地址 不同分类中的两块卡件不能配置在相邻的两个冗余槽位 例如 6 7 号槽 位 但可以配置在相邻的两个不冗余槽位 例如 7 8 号槽位 1 2 3 系统性能系统性能 1 工作环境 工 作 温 度 0 50 存 放 温 度 40 70 工 作 湿 度 10 90 RH 无凝露 存 放 湿 度 5 95 RH 无凝露 高度 海拔 2000m 振 动 工 作 0 1 振幅 5 17Hz 2 5G 峰值冲击 17 500Hz 振动 不工作 0 2 振幅 5 17Hz 3G 峰值冲击 17 500Hz 2 电源性能 控制站 双路供电 85 264VAC 47 400Hz 最大 600W 功率因数校正 符合 IEC61000 3 2 标准 批注批注 请确定 SP322 的类型 JX 300X DCS 系统硬件 概述 1 5 1 5 操作站 工程师站和多功能站 200 250VAC 50Hz 最大 500W 3 接地电阻 普通场合 4 大型用电场合 1 4 运行速度 采样和控制周期 100 毫秒 5 0 秒 逻辑控制 100 毫秒 5 0 秒 回路控制 双机切换时间 0 1 秒 双机冗余同步速度 1Mbps 5 电磁兼容性 采用具有功率因素校正的开关电源 谐波幅射大大降低 使系统对电源网络的干扰 达到最小 1 2 4 可靠性可靠性 控制站通过 SBUS 网络构成了一种更分散的控制结构 提高了系统的可靠性 系统的每一块卡件均带有专用的微处理器 负责该卡件的控制 检测 运算 处理及故障诊断等 提高了每块卡件的自洽性 使系统的可靠性和安全性成倍 上升 系统的模拟量输入 AI 卡件采用了智能调理和先进的信号前端处理技术 由 卡件上的微处理器控制 将信号调理和 A D 转换合二为一 使每块模拟量输入 卡具有信号智能调理和处理的能力 提高了 I O 卡件的可靠性 独立性 同时 也有助于功能扩展 机笼内部采用板级热冗余技术 卡件可根据需要实现 1 1 热备份 当任一设 置为冗余方式的工作卡件发生故障时 备用卡件即迅速自动切换 整个系统仍 按原进程工作 不影响整个系统的工作状态 用户可以根据需要 对 I O 卡选 择全冗余 部分冗余或不冗余 系统通过软 硬件措施 确保冗余 I O 卡之间 满足输入 输出相容性原则 信号全部采用磁隔离或光电隔离技术 将干扰拒之于系统之外 通道之间的隔 离消除了信号之间的串模干扰影响 提高了信号处理的可靠性 为抑制交流电源噪声干扰系统正常工作 安装了电源低通滤波器 并采用带屏 批注批注 JX 300X DCS 系统硬件 概述 1 6 1 6 蔽层的变压器 使控制站与其他的供电电路相隔离 同时在布线和接地方面 逻辑电路 模拟电路的布线尽量分开 直流供电备有良好的退耦电路 所有智能卡件通过先进的硬件设计和周密的软件配合 都实现了带电插拔的功 能 以满足系统在运行过程中的维修需要 1 3 注意事项注意事项 1 3 1 使用环境使用环境 为保证系统运行在适当条件 请遵守以下各项 1 密封所有可能引入灰尘 潮气和鼠害或其它有害昆虫的走线孔 坑 等 2 保证空调设备稳定运行 保证室温变化小于 5 h 避免由于温度 湿度急剧 变化导致在系统设备上的凝露 3 避免在控制室内使用无线电或移动通信设备 以防系统受电磁场和无线电频率 干扰 1 3 2 使用注意使用注意 1 严禁擅自改装 拆装系统部件 2 严禁使用非正版 WindowsNT 软件 3 显示器使用注意 显示器应远离热源 保证显示器通风口不被他物挡住 在进行连接或拆除前 请确认计算机电源开关处于 关 状态 此操作 疏忽可能引起严重的人员伤害和计算机设备的损坏 显示器不能用酒精和氨水清洗 如确有需要 请用湿海绵清洗 并在清 洗前关断电源 1 3 3 操作注意操作注意 1 文明操作 爱护设备 保持清洁 防灰防水 2 键盘与鼠标操作须用力恰当 轻拿轻放 避免尖锐物刮伤表面 3 尽量避免电磁场对显示器的干扰 避免移动运行中的工控机 显示器等 避免 拉动或碰伤设备连接电缆和通讯电缆等 JX 300X DCS 系统硬件 概述 1 7 1 7 4 严禁使用外来磁盘或光盘 防止病毒侵入 5 严禁在实时监控操作平台进行不必要的多任务操作 6 严禁任意修改计算机系统的配置设置 严禁任意增加 删除或移动硬盘上的文 件和目录 7 应及时做好系统运行文件的备份和系统运行参数 如控制回路参数 修改记录 工作 1 3 4 维修注意维修注意 1 在进行系统维护时 如果接触到系统组成部件上的集成元器件 焊点 极有可 能产生静电损害 静电损害包括卡件损坏 性能变差和使用寿命缩短等 为了 避免操作过程中由于静电引入而造成损害 请遵守 所有拔下的或备用的 I O 卡件应包装在防静电袋中 严禁随意堆放 插拔卡件之前 须作好防静电措施 如带上接地良好的防静电手腕 或 进行适当的人体放电 避免碰到卡件上的元器件或焊点等 2 卡件经维修或更换后 必须检查并确认其属性设置 如卡件的配电 冗余等跳 线设置 3 避免拉动或碰伤系统线缆 尤其是线缆的连接处 避免由于线缆重量垂挂引起 接触不良 4 由于系统通信卡件均有地址拨号设置开关 网络维护后 必须检查网卡 主控 卡和数据转发卡的地址设置和软件组态的一致性 简单的做法就是保持原来的 安装位置 1 3 5 上电注意上电注意 系统经检修或停电后重新上电应注意 1 系统重新上电前必须确认接地良好 包括接地端子接触 接地端对地电阻 要 求 4 欧姆 2 系统上电应严格遵循以下上电步骤 1 控制站 A UPS 输出电压检查 B 电源箱依次上电检查 C 机笼配电检查 JX 300X DCS 系统硬件 概述 1 8 1 8 D 卡件自检 冗余测试等 2 操作站 A 依次给操作站的显示器 工控机等设备上电 B 计算机自检通过后 检查确认 WindowsNT 系统 AdvantTrol 系统软件及 应用软件的文件夹和文件是否正确 硬盘空间应无较大变化 3 网络 A 检查网络线缆通断情况 确认连接处接触良好 并及时更换故障线缆 B 做好双重化网络线的标记 上电前检查确认 网络接头不得与机柜等导 体相碰 互为冗余的网络线接头不得碰在一起 C 上电后做好网络冗余性能的测试 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 1 第二部分 2 1 第二部分 通信网络通信网络 JX 300X DCS 的通信网络分三层 如图 2 1 所示 第一层网络是信息管理网 用户可选 第二层网络是过程控制网 称为 SCnet 第三层网络是控制站内部 I O 控制总线 称为 SBUS 智能设备或PLC 智能仪表 现场控制单元 数采站 控制站 逻辑站控制站端子柜 SUPCONSUPCONSUPCONSUPCONSUPCON RS485 422 RS232RS232 管理计算机 管理计算机 打印机 管理层数据服务器 信息管理网 SCnet 操作站操作站 工程师站 过程控制网 通信 接口卡 SP244 通信 接口卡 SP244 多功能计算站 Modibus 图 2 1 JX 300X DCS 系统网络结构示意图 2 1 信息管理网 信息管理网 Ethernet 信息管理网采用以太网络 用于工厂级的信息传送和管理 是实现全厂综合管理 的信息通道 该网络通过在多功能站 MFS 上安装双重网络接口转接的方法 实现企 业信息管理网与 SCnet 过程控制网络之间的网间桥接 以获取 JX 300X 集散控制系 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 2 2 2 统中过程参数和系统的运行信息 同时也向下传送上层管理计算机的调度指令和生产指 导信息 管理网采用大型网络数据库 实现信息共享 并可将各个装置的控制系统连入 企业信息管理网 实现工厂级的综合管理 调度 统计 决策等 信息管理网的基本特性 拓扑规范 总线形 无根树 结构 或星形结构 传输方式 曼彻斯特编码方式 通讯控制 符合 IEEE802 3 标准协议和 TCP IP 标准协议 通讯速率 10Mbps 100Mbps 1Gbps 等 网上站数 最大 1024 个 通讯介质 双绞线 星形连接 50 细同轴电缆 50 粗同轴电缆 总线形 连接 带终端匹配器 光纤等 通讯距离 最大 10km 2 2 过程控制网络 过程控制网络 SCnet 网 网 2 2 1 SCnet 网概述 网概述 JX 300X 系统采用了双高速冗余工业以太网 SCnet 作为其过程控制网络 它直 接连接了系统的控制站 操作站 工程师站 通讯接口单元等 是传送过程控制实时信 息的通道 具有很高的实时性和可靠性 通过挂接网桥 SCnet 可以与上层的信息管 理网或其它厂家设备连接 过程控制网络 SCnet 是在 10base Ethernet 基础上开发的网络系统 各节点的通 讯接口均采用了专用的以太网控制器 数据传输遵循 TCP IP 和 UDP IP 协议 根据过程 控制系统的要求和以太网的负载特性 网络规模受到了一定的限制 基本性能指标如下 拓扑规范 总线形结构 或星形结构 传输方式 曼彻斯特编码方式 通讯控制 符合 TCP IP 和 IEEE802 3 标准协议 通讯速率 10Mbps 节点容量 最多 15 个控制站 32 个操作站 工程师站或多功能站 通讯介质 双绞线 50 细同轴电缆 50 粗同轴电缆 光缆 通讯距离 最大 10km JX 300X SCnet 网络采用双重化冗余结构 如图 2 2 1 所示 在其中任一条通讯 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 3 2 3 线发生故障的情况下 通讯网络仍保持正常的数据传输 操作站工程师站 SCnet SCnet 控 制 站 主 控 制 卡 主 控 制 卡 冗 余 SCnet 网络 网络 图 2 2 1 SCnet 网络双重化冗余结构示意图 SCnet 的通讯介质 网络控制器 驱动接口等均可冗余配置 在冗余配置的情况 下 发送站点 源 对传输数据包 报文 进行时间标识 接收站点 目标 进行出错 检验和信息通道故障判断 拥挤情况判断等处理 若校验结果正确 按时间顺序等方法 择优获取冗余的两个数据包中的一个 而滤去重复和错误的数据包 而当某一条信息通 道出现故障 另一条信息通道将负责整个系统通讯任务 使通讯仍然畅通 对于数据传输 除专用控制器所具有的循环冗余校验 命令 响应超时检查 载波 丢失检查 冲突检测及自动重发等功能外 应用层软件还提供路由控制 流量控制 差 错控制 自动重发 对于物理层无法检测的数据丢失 报文传输时间顺序检查等功能 保证了网络的响应特性 使响应时间小于 1 秒 在保证高速可靠传输过程数据的基础上 SCnet 还具有完善的在线实时诊断 查 错 纠错等手段 系统配有 SCnet 网络诊断软件 内容覆盖了网络上每一个站点 操 作站 数据服务器 工程师站 控制站 数据采集站等 每个冗余端口 0 和 1 每个部件 HUB 网络控制器 传输介质等 网络各组成部分经诊断后的故障状态被 实时显示在操作站上以提醒用户及时维护 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 4 2 4 2 2 2 SCnet 网络组件 网络组件 2 2 2 1 操作站网卡 1 总述 操作站网卡是采用带内置式 10BaseT 收发器 提供 RJ45 接口 的以太网接口 它既 是 SCnet 通讯网与上位操作站的通讯接口 又是 SCnet 网的节点 两块互为冗余 的网卡为一个节点 完成操作站与 SCnet 通讯网的连接 图 2 2 2 所示为操作站网卡的结构示意图 RJ45接口 AUI接口 BNC接口 可选 部分 图 2 2 2 操作站网卡的结构示意图 SP023 10Base T 网卡 双绞线 SP024 10Base 2 网卡 细同轴电缆 SP025 10Base 5 网卡 粗同轴电缆 SP026 100BaseT 网卡 双绞线 100Mbps 2 安装与调试 网卡采用标准的以太网卡方法安装 具体请参照相应的网卡说明书及Windows 帮 助 中有关网络安装的说明 3 网卡地址设置 JX 300X 网络中最多 32 个操作站 对 TCP IP 协议地址采用如下系统约定 表 2 2 1 SCnet 操作站地址约定 地 址 范 围 类 别 网络码 IP 地址 备 注 128 128 1 129 160 操作站地址 128 128 2 129 160 每个操作站包括两块互为冗余的网 卡 两块网卡享用同一个 IP 地址 但应设置不同的网络码 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 5 2 5 网络码 128 128 1 和 128 128 2 代表两个互为冗余的网络 在操作站中表现为两块网卡 每块网卡所代表的网络号由 IP 地址设置决定 2 2 2 2 主控制卡 SP243X 1 总述 控制站作为 SCnet 的节点 其网络通讯功能由主控卡担当 主控制卡结构图如 2 2 3 正视图 所示 面板上具有二个互为冗余的 SCnet 通讯口和 7 个 LED 状态指 示灯 图 2 2 3 主控制卡结构示意图 主控制卡上有关网络通讯的接口及指示灯说明如下 PORT A RJ451 通讯端口 0 通过双绞线 RJ45 连接器与冗余网络 SCnet 的 0 网络相连 PORT B RJ452 通讯端口 1 通过双绞线 RJ45 连接器与冗余网络 SCnet 的 1 网络相连 LED 本卡件的通讯网络端口 0 的通讯状态指示灯 LED 本卡件的通讯网络端口 1 的通讯状态指示灯 SLVAE Slave CPU 运行状态指示 包括网络通信和 I O 采样运行指示 2 地址设置 使用拨号开关 SW2 的 S4 S5 S6 S7 S8 共五位用于设置本卡件的网络 SCnet 节点地址 拨在 ON 一侧时 表示 1 反之 表示 0 采用二进制码计数 方法读数 其中自左至右代表高位到低位 即左侧 S4 为高位 右侧 S8 为低位 如何设置主控制卡的地址详细参见本手册 控制站硬件 章节中的主控制卡 SP243X 的 说明 控制站网络地址设置有效范围 JX 300X 系统中最多可有 15 个控制站 对 TCP IP JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 6 2 6 协议地址采用如表格 2 2 2所示的系统约定 表格 2 2 2 TCP IP协议地址的系统约定 地址范围 类别 网络码 IP 地址 备 注 128 128 1 2 31 控制站地址 128 128 2 2 31 每个控制站包括两块互为冗余主控制 卡 两个冗余主控制卡享用不同的 IP 地址 两个网络码 网络码 128 128 1 和 128 128 2 代表两个互为冗余的网络 在控制站表现为两个冗余的通 讯口 上为 128 128 1 下为 128 128 2 如图 2 2 4 所示 3 安装与调试 JX 300X 中 每个操作站有两块互为冗余的网卡 每块网卡有一个通讯口 表 2 2 3 为控制站网卡 SP243 通讯指示灯的说明 安装示意图如图 2 2 4 所示 在这里还必须提 醒一点 在 SCnet 网络安装中 HUB 必须可靠接地 即 HUB 电源线中的地线端 GND 必须接大地 否则有可能导致网络严重冲突 collision 甚至可能导致网络通讯中断 表2 2 3 控制站网卡SP243通讯指示灯说明 正常运行 SP243X 卡件 LED 指示灯 名称 指示灯 颜色 单卡 上电启动 备用卡 上电启动 工作卡 备用卡 LED A 0 网络 通信指示 绿 暗 暗 闪 闪 LED B 1 网络 通信指示 绿 暗 暗 闪 闪 SLAVE Slave CPU 工 作状态 绿 暗 暗 闪 闪 图 2 2 4 主控制卡安装调试示意图 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 7 2 7 2 2 2 3 通信接口卡 SP244 1 总述 通信接口卡 SP244 是通信接口单元的核心 是 SCnet 网络节点之一 在 SCnet 中 SP244 处于与 SP243X 同等的地位 它解决了 JX 300X 系统与其他厂家测控系统 和智能设备的互联问题 具有 RS232 RS485 通信接口 已实现了 MODBUS Host Link 等多种协议的网间互联 通过网间联接 其他厂家测控系统和智能设备的过程参数可成 功地与系统内控制站 操作站等进行信息双向通信 使异种设备成为 JX 300X 系统的一 部分 子系统 目前 SP244 卡件 RS232 和 RS485 两个独立的物理端口 都具有数据缓冲功能 通过软件编程可以完成其他通信总线与 SCnet 之间的物理层联接 通信协议转换 流 量控制 信息缓冲等功能 SP244 的两个端口都以主从应答方式与其他设备通信 而且 以 SP244 为主设备 SP244 具有符合 SCnet 规范的网络接口 实现与 SCnet 的网 络的互联 可以与其他控制站或操作站实现数据交换 SP244 符合 JX 300X 系统的卡件物理尺寸规范 160 120mm LED 指示灯 故障 FAIL 运行 RUN 与智能设备联接状态 LINK 本卡 件与 SCnet 通信状态 COM 准备 STDBY 五个指示灯 可直观了解 SP244 卡的工作 状态 LED 指示具体说明如表 2 2 4 表2 2 4 SP244通讯指示灯说明 FAIL RUN LINK COM STDBY 说明 故障报警或 复位指示 运行指示 与智能设备 通信指示 网络通信 指示 准备就绪 指示灯颜色 红色 绿 绿 绿 绿 正常运行 暗 无故障 闪 闪亮 亮 暗 1 SP244 通信端口的参数和规范 A RS 232C 接口规范 连接方式 点对点 隔离电压 现场侧 500VAC 同步方式 起 停方式 数据格式 1 位起始位 1 位停止位 7 8 位数据 ASCII 或 RTU 奇偶校验 允许 禁止 奇 偶 通讯速率 1200 2400 4800 9600 19200bps 端 口 数 1 个 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 8 2 8 连接电缆 3 芯通讯电缆 B RS 485 接口规范 连接方式 点对多 半双工方式 同步方式 主从应答方式 数据格式 1 位起始位 1 位停止位 8 位数据 RTU 奇偶校验 允许 禁止 奇 偶 通信速率 1200 2400 4800 9600 19200bps 端 口 数 1 个 连接电缆 带屏蔽 2 芯双绞线 SCnet 子系统子系统 1 子系统子系统 n RS 485RS 232C 子系统子系统 m 4 n 32 SP244 SP244 图 2 2 5 SP244 卡通信接口示意图 2 SP244 供电 5V 300mA 24V 80mA 3 SP244 接线 SP244卡件可以安装在系统机笼内I O卡件的任意槽位内 接线端子如图2 2 6所示 XXAXXCXXEXXG XXBXXDXXFXXH 图 2 2 6 SP244 卡接线端子图 4 SP244 通讯口 通信口 RS232 RXD F TXD E 地 C D 扩展通信口 RS485 通过增加配置专用的RS232 RS485转换模块 实 现SP244的RS485的远程通信和通信总线的电气隔离功能 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 9 2 9 图 2 2 7 RS232 通信口接线示意图 5 SP244 与 SCnet 网络接口 SP244 卡件的网络 BNC 通信口的联接规范和网络地址的设置同 SP243X 卡件 SP244 在整个 JX 300X DCS 系统中的作用如图 2 2 8 操作站 SCnet 网桥 控 制 站 主 控 制 卡 主 控 制 卡 冗 余 SCnet 网络 网络 上位管理 计算机 高层管理网络 网关 各种不同 厂家的PLC 图 2 2 8 JX 300X 网络图 2 数据通信和协议转换的实现 根据用户的特殊要求 通信命令格式 数据类型 数量 表示方式等等 实现协 议和数据的格式转换 所以用户必须提供互联设备 如 PLC 智能仪表等 详细的通信 协议 例如 JX 300X DCS 系统与 CENTUM XL 系统实现通讯互联 使用厂家必须向 YOKOGAWA 索取 CENTUM XL 通讯接口 通讯协议 应用层详细的数据格式定义等 技术资料 这是实现两个不同生产厂家 DCS 互联的技术基础 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 10 2 10 3 智能设备的信息采样周期 SP244 通信周期 智能设备的循环采样的周期 与它所联接的智能设备数量 通 信波特率 通信数据量相关 智能设备的工作特性 通信协议等都密切相关 如果在现 场使用中 发现通信周期太慢而导致操作站上对应变量的显示刷新周期很长 可通过增 加 SP244 的数量来分担与智能设备的通信工作量 2 2 2 4 其它网络部件 型号 部件名称 SP401 细同轴电缆终端匹配器 SP402 细同轴电缆 T 型头 SP404 RJ45 联接器 RJ45 护套 SP405 粗同轴电缆终端匹配器 SP407 网线理线架 19 标准安装 SP411 网络通信电缆 细缆 SP413 网络通信电缆 五类双绞线 SP414 网络通信电缆 粗缆 SP416 光缆 SP423 16 口中继式集线器 Hub SP425 16 口交换器或集线器 Switch Hub SP426 粗缆收发器 含 AUI 联结线 SP427 10BASE F 光终端 SP428 RS232 485 转换模块 2 2 3 几种典型的几种典型的 SCnet 网络结构 网络结构 2 2 3 1 节点处于同一幢楼中 且节点间距离 100 米时 可选用双绞线作为引出电缆 对应的网卡具有 RJ45 接口即可 具体网络连接结构 见图 2 2 9 所示 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 11 2 11 工程师站 操作站 n 控 制 站 n 1 控 制 站 主控制卡 主控制卡 1 集线器 HUB 2 集线器 HUB 图 2 2 9 双绞线网络连接示意图 铺设要求 1 选用 AMP 5 类或超 5 类无屏蔽双绞线 UTP 或带屏蔽双绞线 STP 2 暴露在地面的双绞线必须使用保护套管 电气干扰较严重的场所 双绞线必须 使用金属保护套管 金属保护套管必须可靠接地 2 2 3 2 100m 节点间距离 185m 时 可选用细同轴电缆作为引出电缆 对应的网卡除具有 RJ45 接口外 还应有 BNC 接口 如果网卡只具有 RJ45 接口 为与细同轴电缆相连接 必须配有相应的转换器 或 带有 BNC 接口的集线器 如果网卡已具有 BNC 接口 可直接与细同轴电缆相连接 具体网络连接结构见图 2 2 10 JX 300X 网络冗余采用双重化结构 以下用单线 来简化描述 图 2 2 10 中使用细同轴电缆处 100m 节点间距离 185m 铺设要求 1 图 2 2 10 中 1 2 3 处必须严格按图 2 2 11 连接 2 总线上最远的两端必须加上 50 的终端匹配器 3 当设备不在同一接地平面或接地不良时 需要使用 BNC 浪涌吸收器 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 12 2 12 操作站 1 控 制 站 主控制卡 2 控 制 站 主控制卡 1A 集线器 HUB 双绞线 终端匹配器 细同轴电缆 操作站 工程师站 12 3 A总线 2A 集线器 HUB 带BNC接口网卡 无BNC接口的网卡 图 2 2 10 细缆网络连接示意图 正确 不正确 BNCT型连接器 直接连在接口上 BNCT型连接器和接口 间连接的多余电览 图 2 2 11 2 2 3 3 185m 节点距离 500m 时 1 不使用中继器 费用少 无升级需要时 可选用粗同轴电缆作为引出电缆 对应网卡除具有 RJ45 接口外 还应有 AUI 接口 如果网卡只具有 RJ45 接口 为与粗同轴电缆收发器相连接 必须配有相应的转换 器 或带有 AUI 接口的集线器 如果网卡具有 AUI 接口 可通过收发器电缆直接与粗缆收发器的 AUI 接口相连 具体网络连接结构见图 2 2 12 JX 300X 网络冗余采用双重化结构 以下用单线 来简化描述 铺设要求 1 图 2 2 12 中 1 2 3 处为收发器电缆 一般最远距离不能超过 30m JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 13 2 13 2 总线最远的两端必须加 50 的终端匹配器 3 应保证电缆的弯曲程度一般保持在半径大于 5 厘米 避免由于弯曲过度而造成 信号的质量受损 4 当设备不在同一接地平面或接地不良时 需要使用相应的浪涌吸收器 终端匹配器 操作站 1 控 制 站 主控制卡 2 控 制 站 主控制卡 1A 集线器 HUB 双绞线 粗同轴电缆 操作站 工程师站 A总线 2A 集线器 HUB 带AUI接口的 网络适配卡 无AUI接口的 网络适配卡 收发器 收发器收发器 1 2 3 收发器电缆 2 3同 图 2 2 12 粗缆网络连接示意图 图 2 2 12 中使用粗同轴电缆处 185m 节点间距离 500m 2 使用中继器 如果无升级需要 可采用图 2 2 9 双绞线 和图 2 2 10 细缆 的网络结构 只 需在远距离主干总线上增加适当个数的中继器 如果有升级需要 只能采用图 2 2 9 双绞线 的网络结构 2 2 3 4 节点距离 500m 时 1 不使用中继器 采用光纤方案 2 使用中继器 无升级需要时 可采用图 2 2 12 粗同轴电缆 的网络结构 只需在远距离主干总 线上增加适当个数的中继器 有升级需要时 只能采用光纤作为主干电缆 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 14 2 14 2 2 3 5 HUB 配置基本原则 JX 300X 控制系统中 主控制站上必须采用架装的方式固定两个互为冗余的 16 口 HUB 对于远程总线节点 控制站 操作站等 则视该总线节点处网络节点的个数及类 型而定 网络节点单一 可选用适当的网络转换器代替 HUB 网络节点个数较多 使用 HUB 构成星型连接结构 2 2 3 6 以太网的 5 4 3 法则 一个网络系统中可拥有多个电缆段和多个中继器 但任意两个节点间的路径上最 多只能有 5 段电缆 4 个中继器 且只能有 3 段电缆 10Base2 和 10Base5 或 HUB 10BaseT 连接设备 这就是以太网的 5 4 3 法则 中继式集线器 HUB 作为中继 器使用时 串接方式如图 2 2 13 所示 图 2 2 13 中继式集线器串接示意图 2 3 SBUS 总线总线 SBUS 总线是控制站内部 I O 控制总线 主控制卡 数据转发卡 I O 卡通过 SBUS 进行信息交换 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 15 2 15 图 2 3 1 控制站 SBUS 结构示意图 SBUS 总线分为两层 第一层为为双重化总线 SBUS S2 SBUS S2 总线是系统的现场总线 物理上位于 控制站所管辖的 I O 机笼之间 连接了主控制卡和数据转发卡 用于主控制卡与数据转 发卡间的信息交换 第二层为 SBUS S1 网络 物理上位于各 I O 机笼内 连接了数据转发卡和各块 I O 卡件 用于数据转发卡与各块 I O 卡件间的信息交换 SBUS S1 和 SBUS S2 合起来称为 JX 300X DCS 的 SBUS 总线 主控制卡通过它们 来管理分散于各个机笼内的 I O 卡件 SBUS S2 级和 SBUS S1 级之间为数据存储转发 关系 按 SBUS 总线的 S2 级和 S1 级进行分层寻址 2 3 1 SBUS S2 总线总线 1 主要性能指标 用途 主控制卡与数据转发卡之间进行信息交换的通道 电气标准 EIA 的 RS 485 标准 通信介质 特性阻抗为 120 的八芯屏蔽双绞线 拓扑规范 总线形结构 节点可组态 传输方式 二进制码 JX 300X DCS 系统硬件 通信网络 2 16 2 16 通信协议 采用主控制卡指挥式令牌的存储转发通信协议 通信速率 1Mbps MAX 节点数目 最多可带载 16 块 块 8 对对 数据转发卡 通信距离 最远 1 2km 使用中继情况下 冗 余 度 1 1 热冗余 2 SBUS S2 总线是主从结构网络 作为从机的数据转发卡需分配地址 地址设置要求 数据转发卡的地址应从 0 起始设置 且应是唯一的 互为冗余配置节点的地址设置应为 I I 1 I 为偶数 非冗余配置节点的地址只 能定义为 I I 为偶数 而地址 I 1 I 为偶数 应保留 不能再被别的节点设置 数据转发卡通信地址可按 0 15 配置 主控制机笼中的数据转发卡必须设置为 0 地址 不能从别的地址号开始设置 I O 机笼的数据转发卡的地址必须相邻设置 2 3 2 SBUS S1 网络网络 1 主要性能指标 通 信 控 制 采用数据转发卡指挥式的存储转发通信协议 传 输 速 率 156Kbps 电 气 标 准 TTL 标准 通 信 介 质 印刷电路板连线 网上节点数目 最多可带载 16 块智能 I O 卡件 SBUS S1 属于系统内局部总线 采用非冗余的循环寻址 I O 卡件 方式 2 SBUS S1 网络是主从结构网络 作为从机的 I O 卡需分配地址 地址设置要求 节点的地址都是从 0 起始设置 且应是唯一的 互为冗余配置的卡件地址设置应为 I I 1 I 为偶数 所有的 I O 卡件在 SBUS S1 网络上的地址应与机笼的槽位相对应 若 I O 卡件是 冗余配置 则冗余工作方式的两块卡须插在互为冗余的槽位中 JX 300X DCS 系统硬件 控制站硬件 3 1 3 1 第三部分第三部分 控制站硬件控制站硬件 控制站是系统中直接与现场打交道的 I O 处理单元 完成整个工业过程的实时监控 功能 通过软件设置和硬件的不同配置可构成不同功能的控制结构 如过程控制站 逻 辑控制站 数据采集站 控制站主要由机柜 机笼 供电单元和各类卡件 包括主控制卡 数据转发卡和各 种信号输入 输出卡 组成 其核心是主控制卡 主控制卡通常插在过程控制站最上部机 笼内 通过系统内高速数据网络 SBUS 扩充各种功能 实现现场信号的输入输出 同 时完成过程控制中的数据采集 回路控制 顺序控制 以及包括优化控制等各种控制算 法 控制站的外形如图 3 1 所示 图 3 1 JX 300X DCS 控制站结构图 JX 300X DCS 系统硬件 控制站硬件 3 2 3 2 3 1 控制站硬件控制站硬件 控制站硬件的部件号和对应的名称如下 型号型号 部件名称部件名称 SP202 机柜 800 600 2100 SP201S 小机柜 715 425 1000 SP211 一体化机笼 含母板端子 SP243X 主控制卡 SP233 数据转发卡 SP244 RS 232 RS 485 通信接口卡 SP221 电源指示卡 SP251 电源箱机笼 SP251 1 电源 5V 24V 110W SP251 2 电源 24V 单体 110W SP256 AC 配电箱 SP202 机柜 SP291 SBUS 总线扩展电缆 米 图 3 2 I O 机笼结构图 端子板 母板 3 1 1 机柜机柜 1 功能 机柜采用拼装结构 机柜最多可安装一个控制站的电源单元 6 个 I O 单元 机笼 和相关的端子板 由于机柜体采用了拼装结构 可以通过拆卸各个机柜上的侧面板 形 成互通的控制柜组 以方便整个系统内的走线 JX 300X DCS 系统硬件 控制站硬件 3 3 3 3 2 使用说明 A 控制站机柜内部均装有多层机架 以供安装 AC DC 电源箱机笼和卡件机笼之 用 其外壳均采用金属材料 如钢板或铝材 活动部分 如柜门与机柜主体 之间保证有良好的电气连接 使其为内部的电子设备提供完善的电磁屏蔽 B 为保证电磁屏蔽效果 也为了操作人员的安全 要求机柜可靠接地 接地电阻 应小于 4 包括机柜门在内的每个子部件电气上均为连通 导通电阻小于 0 5 欧姆 以保证 整个机柜使用过程中可靠接地 提高了系统抗干扰的能力 接地方法详见 安装手册 机柜底部安装有可调整尺寸的电缆线入口 机柜侧面安装有可活动的汇线槽 安装 空间为 200 400mm 为信号电缆准备了足够的空间 同时可以方便地增加 移动 整 理来自现场的电缆 3 机柜型号 JX 300X DCS 有两种机柜可供选择 见表 3 1 1 1 表3 1 1 1 JX 300X DCS机柜类型 型型 号号 尺尺 寸寸 备备 注注 SP201S 715 425 2000 SP202 800 600 2100 立柱 19 非标 3 1 2 机笼机笼 1 功能 JX 300X DCS 控制站机械结构设计 符合硬件模块化的总线结构设计要求 采用了 插拔卡件方便 容易扩展的带导轨的机笼框架结构 JX 300X DCS 的机笼为一体化机笼 SP211 如下图 3 1 2 1A B 所示 图 3 1 2 1A SP211 机笼正面结构图 JX 300X DCS 系统硬件 控制站硬件 3 4 3 4 图 3 1 2 1B SP211 机笼后视图 机笼主体由金属框架和母板组成 机笼框架内部有 20 个槽位 用于固定卡件 每个槽位的具体分工如图 3 1 2 1C 图 3 1 2 1C 同一控制站的各个机笼通过双重化串行通信总线 SBUS S2 相连 I O 机笼可以与主 控制机笼放置在一个机柜中 也可以放置在不同的机柜中 而且还允许把 I O 机笼放置 在远离控制室的生产现场 必须加 SBUS 中继器 2 使用说明 母板固定于机笼的背面 介质为印刷电路板 通过母板上的欧式插座与卡件电气联 接 一方面为卡件提供工作所需的直流电源 5V 24V 另一方面实现卡件之间必要 的电气连接 母板焊有 20 个欧式插座 与机笼框架内部固定的 20 条导轨相对应 它一 方面与插入此导轨 槽位 的卡件底部插针相连接 起到固定的作用 另一方面为插入 机笼槽位内的卡件与系统提供统一的电气联接 在欧式插座上母板和卡件之间的电气联 接包括 为卡件统一提供直流供电 24V 5V GND 机笼电源端子各接口 从上 往下依次为 1 8 对应输入信号如图 3 1 2 2 所示 JX 300X DCS 系统硬件 控制站硬件 3 5 3 5 1 5VA 2 5VB 3 6 GND 7 24VA 8 24VB 图 3 1 2 2 直流输入接口结构 通过欧式插座 实现机笼背面八个 I O 接线端子与对应卡件的联接 母板背面 的 I O 信号接线端子分布如图 3 1 2 1B 所示 为数据转发卡与 I O 卡件间通信提供通信通道 SBUS S1 级 对于主控制机 笼而言 还有主控制卡与数据转发卡的 SBUS S2 级通信线电气联接 它们之 间的 SBUS S2 级通信线不必再外部连线 主控制机笼的 SBUS S2 与所有 I O 机笼的 SBUS S2 是通过外部 8 芯双绞线连 接的 SBUS S2 的连接器为 D 型 9 芯插座 所以母板上 SBUS S2 插座也可以 称 I O 扩展插座 因为它将所有机笼的 SBUS S2 级在外部连成总线结构 如图 3 1 2 1B 所示 为相邻槽位上的冗余卡件 以偶数对齐的相邻槽位上的卡件 提供互相通信 冗余切换的电气通道 母板的电气连接是构造 SBUS 通信结构的重要部分 其中 SBUS S1 为点对点的通 信 每一个 I O 通道对应有一条专用通信线路 SBUS S2 为总线形式 每 8 个端子为一块卡件接线单元 如图 3 1 2 3 所示 其由右至左 00X 15X 1 00A 2 00B 3 00C 4 00D 5 00E 6 00F 7 00G 8 00H 图 3 1 2 3 母板接线端子示意图 后视图 01X 01 表示卡件号 00 15 X 表示单元端子号 A H 将一个机笼母板上任意一个 SBUS S2 连接器和另一个机笼母板上任意一个 SBUS S2 连接器用通信线连接 均可达到两个机笼之间的通信连接效果 要求机笼间的 通信线连接如图 3 1 2 4 所示 JX 300X DCS 系统硬件 控制站硬件 3 6 3 6 图 3 1 2 4 机笼间 SBUS S2 总线连接 3 性能指标 提供功率 5 0 3V 15W 24 0 7V 30W 2 总线电气标准 5V 5V 电源线 额定电流 3A GND 直流地 24V 24V 电源线 额定电流 1 5A 3 进线标准 mm2 现场信号端子进线 2 5 mm2 3 1 3 电源电源 JX 300X 电源系统具有供电可靠 安装 维护方便等特点 通过电源系统内部的设 计 还可限制系统对交流电源的污染 并使系统不受交流电源波动和外部干扰的影响 系统电源具有过流保护 低电压报警等功能 电源配置可按照系统容量及对安全性的要 求灵活选用单电源供电 冗余双电源供电等配置模式 1 特点 双路 AC 输入 开关电源分 110W 150W 5VDC 或 24VDC 输出 具有电压正常指示 过流保护 220VAC 24VDC 5VDC 都冗余设计 内置低通 AC 滤波器和因素校正 以 110W AC DC 开关电源为基本单元 可构成二重 四重冗余结构 以确保控 JX 300X DCS 系统硬件 控制站硬件 3 7 3 7 制站电源具有