SM220 主控制器模块使用说明书.pdf

HOLLiASSM220 1 SM220 主主控控制制器器模模块块 基基本本功功能能 嵌嵌入入式式 32 位位处处理理器器 主主频频 333MHz 128MB DDR2 SDRAM 16MB NOR FLASH 电电子子盘盘 1MB SRAM 掉掉电电保保护护 主主 从从双双机机冗冗余余配配置置 系系统统网网冗冗余余配配置置 控控制制网网冗冗余余配配置置 支支持持掉掉电电保保护护功功能能 Profibus DP 主主站站协协议议 支支持持热热插插拔拔功功能能 兼兼容容 FM系系列列 I O模模块块 概概述述 SM2201是 SM 系列控制系统硬件产品中的主控制器模块 采用嵌入式无风扇设计 超低功耗运行 模块通过 96 针欧式连接器与 SM150 主控机笼底板连接输入 DC 24V工作电源 主要实现对 I O 模块的 数据采集和运算 以及与通讯控制器或上位机的数据交换 SM220 采用双机冗余配置 模块内部具有硬件构成的冗余切换电路和故障自检电路 可实现在线 无扰切换 是实施各种控制策略的平台 也是系统网络和控制网络之间的枢纽 SM220 采用模块化设计 整体结构为盒式插件结构 机笼安装 螺栓紧固 如图 1 所示 1 SM220 主控制器暂时仅限与 SM150 主控机笼配套使用 图 1SM220 模块外观图 HOLLiASSM220 2 原原理理概概述述 SM220 主控制器模块是现场控制站内的核心设备 SM220 模块的硬件原理框图如图 2 所示 SM220 模块提供冗余工业以太网接口 把现场控制站的所有数据上传到系统服务器 同时 接收 工程师 操作员站的组态指令 SM220 模块提供具备冗余 Profibus DP 总线接口 实现对现场控制站内 I O 模块的数据采集 处理 运算及交换 静态存储器 SRAM 用于掉电保护电路 保存实时数据 SM220 电源模块通过 96 针欧式连接器引入 DC 24V工作电源用于给整个模块供电 使使用用说说明明 状状态态指指示示灯灯 SM220 模块上电后 其面板上的 10 个 LED 状态指示灯显示当前的工作和通讯状态 具体状态 及含义如表 1 所示 表 1控制器指示灯定义 符符 号号颜颜色色定定 义义说说明明 RUN绿 快闪 注1 正常运行 灭停止运行 STANDBY黄 亮主控单元为从 双机 快闪 注1 主控单元为单机 灭主控单元为主 ERROR红 亮主控单元运行错误 也表示初始上电正常 灭主控单元正常运行 图 2SM220 原理框图 HOLLiASSM220 3 PROJECT绿 亮主控有工程 快闪 注1 工程下装或备份 注2 灭主控没有工程 SYNC黄 亮同步通路正常 快闪 注1 同步数据正常 灭同步通路故障 单主控 RNET黄 亮双机冗余网链接正常 闪 注1 双机冗余网链接正常并处于数据交换 灭双机冗余网故障 SNET1黄 亮系统网 1 链接正常 闪 注1 系统网 1 链接正常并处于数据交换 灭系统网 1 故障 SNET2黄 亮系统网 2 链接正常 闪 注1 系统网 2 链接正常并处于数据交换 灭系统网 2 故障 CNETA 注3 黄 亮主机控制网 A 正常且处于侦听状态 快闪 注1 主机控制网 A 正常且处于工作状态 慢闪 注1 从机控制网 A 正常 灭主机或从机控制网 A 故障 CNETB 注3 黄 亮主机控制网 B正常但处于侦听状态 快闪 注1 主机控制网 B正常并处于工作状态 慢闪 注1 从机控制网 B正常 灭主机或从机控制网 B故障 注 1 快闪 频率为亮 250ms 灭 250ms 慢闪 频率为亮 100ms 灭 900ms 闪 频率未定义 2 RUN ATANDBY ERROR PROJECT SYNC 组态软件控制 其状态含义参见相关组态软件说明书 3 CNETA CNETB 指示灯状态详细定义见表 2 表 2 CNETA CNETB 指示灯状态详细定义 单单机机 双双机机 主主机机从从 机机 是是否否 组组态态 网网络络类类型型通通信信状状况况描描述述状状态态灯灯指指示示 单机主机否工作网未组态 无数据通信灭 单机主机否备份网未组态 无数据通信灭 单机主机是工作网通信正常快闪 单机主机是工作网收发器故障灭 单机主机是工作网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线短路灭 单机主机是工作网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线断路灭 单机主机是工作网部分已组态模块未连接快闪 单机主机是工作网部分模块插上错误的模块快闪 单机主机是工作网所有模块未连接或通信不上灭 单机主机是备份网通信正常亮 单机主机是备份网收发器故障灭 单机主机是备份网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线短路灭 单机主机是备份网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线断路灭 HOLLiASSM220 4 单机主机是备份网部分已组态模块未连接亮 单机主机是备份网部分模块插上错误的模块亮 单机主机是备份网所有模块未连接或通信不上灭 双机主机否工作网未组态 无数据通信灭 双机主机否备份网未组态 无数据通信灭 双机主机是工作网通信正常快闪 双机主机是工作网收发器故障灭 双机主机是工作网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线短路灭 双机主机是工作网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线断路灭 双机主机是工作网部分已组态模块未连接快闪 双机主机是工作网部分模块插上错误的模块快闪 双机主机是工作网所有模块未连接或通信不上灭 双机主机是备份网通信正常亮 双机主机是备份网收发器故障灭 双机主机是备份网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线短路灭 双机主机是备份网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线断路灭 双机主机是备份网部分已组态模块未连接亮 双机主机是备份网部分模块插上错误的模块亮 双机主机是备份网所有模块未连接或通信不上灭 双机从机否 备份网 注 从机网络的 状态全是备份网 未组态 无数据通信灭 双机从机是备份网通信正常慢闪 双机从机是备份网收发器故障灭 双机从机是备份网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线短路灭 双机从机是备份网从 DP 主卡出来的第一条 DP 线断路灭 双机从机是备份网部分已组态模块未连接慢闪 双机从机是备份网部分模块插上错误的模块慢闪 双机从机是备份网所有模块未连接灭 主主控控制制器器冗冗余余 SM220 模块与 SM150 机笼底板之间依靠 96 针欧式连接器连接 通过冗余控制线 控制主 从控 制器间的切换 主 从控制器间的控制总线通过光耦隔离 以保证插拔控制器模块时不会造成损坏 主控制器采用主备双模冗余配置 设计有硬件冗余切换和故障自检电路 两个主控制器进行热备份 采用主备运算同步方式 实现无扰切换 两个主控制器同时接收网络数据 同时做控制运算 并且控制运算保持同步 以保证双机的事件变 量及积累运算值均相等 但只有一个输出运算结果 一旦工作主控发生故障 备份主控自动无扰切换到 工作状态 主控制器设有独立的硬件看门狗电路 用于监视主控的运行状态 一旦有任何任务出现异常 将触 发看门狗动作 此时 故障工作主机降为从机 同时原备份机升为主机 HOLLiASSM220 5 图3SM220主控制器冗余工作原理框图 系系统统网网冗冗余余 系统网 SNET 完成操作员站 工程师站和主控单元之间的双向数据传输 SM220 内置系统网络 SNET 接口 采用 100BASE TX以太网 符合 IEEE802 3u 标准 通讯速率为 100Mbps 传输介质为双绞线 UTP5 类线 标准 RJ45 接口信号定义如表 2 所示 表 2系统网 RJ45 连接器信号定义 针序号信号定义线色含义 1TData 白橙数据发送正 2TData 橙数据发送负 3RData 白绿数据接收正 6RData 绿数据接收负 控控制制网网冗冗余余 控制网 CNET 完成主控单元 主站 和 I O 模块 从站 之间的双向数据传输 SM220 内置控制网络 CNET 接口 采用 Profibus DP 工业现场总线协议 采用主 从站间轮询的通 讯方式 最大通讯速率 1 5Mbps 机笼内部模块 DP 通讯通过机笼底板实现 机笼间模块 DP 通讯通过 DB9 连接器实现 信号定义如表 3 所示 表 3控制网 DB9 连接器信号定义 针序号信号定义含义 3DP DP 通讯正端 5GND系统地 8DP DP 通讯负端 通讯网络冗余配置示例如图 4 所示 掉掉电电保保护护 主控单元在实时运行时 有一些重要数据需要保存 并且要求在系统掉电时这些数据仍能保持 所 以模块内部底板上设有掉电保护电路 掉电保护功能由 SM150 主控机笼拨码开关 DN 的第 7 位手动控 制 详情敬请参阅 SM150 4 槽主控机笼使用说明书 中相关章节 当掉电保护拨码开关拨至 ON 时 掉电保护设置有效 主控模块掉电时数据保持不丢失 当掉电 保护拨码开关拨至 OFF 时 掉电保护功能无效 主控模块掉电时数据清空 HOLLiASSM220 6 掉电保护电路由低功耗的 SRAM 供电电路 控制电路及备用电池组成 供电电路保证在系统正 常时由电源给 SRAM 供电 系统掉电时自动转换到由备用电池给 SRAM 供电 控制电路保证在电源供 电时 SRAM 正常读写 电池供电时 SRAM 处于保护状态 特别防止在系统上电 掉电过程中的瞬间干扰 信号对 SRAM 芯片的写入而改变 SRAM 中的数据 图 4 通讯网络冗余配置图示 HOLLiASSM220 7 与与 FM 系系列列 I O 模模块块的的兼兼容容性性 SM220 主控制器可以连接 FM 系列 I O 模块 配置和操作的具体要求如下 1 为了保证主控制器的安全性 要求在 SM220 和 FM 系列 I O 模块之间加入一个 FM1201 模块 进行电气隔离 图 5与 FM 系列 I O 模块的连接 2 对于 PROFIBUS DP 总线 SM 系统采用双网冗余架构 FM 系统则是单网 为了防止外部干 扰 要求将 SM220 的双网都连接到 FM1201 具体接线方法为 将 SM220 的 CNETA CNETB网 同时连接到 FM1201 的 DP 接线端子 靠近主站一侧 FM1201 的跳线器 JP3 JP4 设置为 1 和 2 短接 注 FM1201 模块安装在底座 FM1303 上 接线端子和跳线器都位于底座 SM220 主控制器 安装在 SM150 机笼中 DP 接口位于机笼底板 如图 6 所示 图 6SM220 与 FM1201 的连接 FM1201的跳线器设置 JP3 JP4 跳线器的1脚和2脚相连 设置为TR1 ON 接终端匹配电阻 HOLLiASSM220 8 JP5 JP6 根据现场组网情况而定 其余跳线器 设置默认 已用短路丝焊接 不可更改 表4DP总线连接对应端子对照表 FM1201 接接线线端端子子 SM220 DB9 连连接接器器 CNETACNETB 序号定义针号定义针号定义 3B13DP 3DP 4A18DP 8DP 3 FM 系列 I O 模块按照原有的方式连接到 FM1201 远离主站一侧 接线端子和拨码开关选择 参见 FM1201 使用说明书 需要特别注意的是 SM220 自带终端匹配电阻 所以不支持 FM 主控 的两端出线的总线架构 但是在连接了 FM1201 后 SM220 也具备了两端出线的能力 如图 7 所 示 通过 FM1201 的跳线设置改变 DP 总线的拓扑结构 SM220 既可以作为网络的始端节点 也可 以作为中间节点 图 7不同的网络拓扑结构 HOLLiASSM220 9 4 FM1201 模块必须在 MACS650 中进行设备组态 否则会导致通讯故障 5 为保证通讯质量 推荐使用下述专用通讯连接套件 一套 SM220 系统的扩展连接需要 2 个 DP 扩展连接器以及 2 条 DP 线缆 表 5通讯连接配件列表 配配件件名名称称物物料料编编码码规规格格 专用 DP 扩展连接器2071000036PROFIBUS 连接器 35 度角出线 无编程口 专用 DP 线缆1080100828A 类 4 芯 2 对双绞线 技技术术指指标标 SM220 主主控控单单元元模模块块技技术术指指标标 运运算算速速度度 CPU嵌入式 32 位处理器 主频333MHz 定点数运算速度0 018 s 步 浮点数运算速度0 02 s 步 存存储储器器 NOR FLASH 容量16M Bytes 读 写速度2M Bytes s DDR2 SDRAM 容量128M Bytes 2 片 64M Bytes 工作频率266MHz SRAM 容量1M Bytes 掉电保持 读 写速度10M Bytes s EEPROM容量256Bytes 看看门门狗狗 控制方式可以打开和关闭 系统上电默认为关闭 计数器计数间隔100mS 最大复位时间间隔25 5S 复复位位 复位方式 支持看门狗超时复位 支持手动复位 掉掉电电保保护护 后备电源锂铔电池 电池寿命2 年 40 70 电池容量1200mAh 电池电量报警支持 掉电期间数据保持时间2 年 25 掉电保护使能 通过 SM150 主控机笼拨码开关 DN 中的第 7 位来设置 掉电保护开关拨到 ON 表示掉电保护功能开启 通通讯讯地地址址设设定定 站地址读取由 8 位拨码开关 CN 设定 只使用前 7 位 第 8 位不用 主控站地址最大硬件物理站号可支持 128 个站 实际工程应用中由于都从 10 站开始 所以最大支持 118 个站 A B机槽位固定 不可更改 HOLLiASSM220 10 域地址读取由 8 位拨码开关 DN 设定 只使用低 5 位 工