第十二章Symphony分散控制系统.doc

第十二章 Symphony分散控制系统 ABB-Bailey公司从1980年开始，推出了一系列分散控制系统的产品，它们是：network-90、infi-90、infi-90 OPEN、SymphonyTM、SymphonyIT、IndustrialIT。为了简化称谓，将SymphonyTM和SymphonyIT 统称为Symphony。Symphony在国内火电机组的应用业绩显著。300/350MW机组主要有井冈山12号、广安12号、湄州湾12号、荷泽12号、利港12号、上安12号、长兴12号、安顺34号、石洞口1号、鲤鱼江12号、阳逻34号、漳山12号、温州36号、大港12号、登封12号、徐州2号、南通14号、辽宁12号等；600MW机组主要有北仑35号、盘山12号、阳逻56号、嘉兴36号、伊敏12号、神头二厂14号、大同二厂78号、沁北12号、吴径二厂12号、聊城12号、盘南14号、石洞口二厂12号、奥立油12号、兰溪14号、华银金竹山12号、湘潭12号、武乡和信12号、惠来12号、黄岛12号、广西来宾12号等；800MW机组有绥中2号。Symphony按功能主要划分为通信网络、现场控制单元HCU、人系统接口PGP、系统组态和维护工具Composer四大部分。第一节通信网络由于分散控制系统的通信网络，无时不在传递着过程变量、控制要求和有关报警报告等过程控制及企业管理的各种信号，所以通信网络执行着极为重要的任务，是过程控制和决策管理系统的主要组成部分。分散控制系统之所以能成为分布式，而区别于集中控制系统，其关键就在于它具有一个完善的通信系统，把模拟通信变成数字通信。一、 网络结构Symphony系统通信网络为多层各自独立的标准总线和环形网络结构，如图12-1所示。根据应用功能的不同，具体层次为：操作网络(Onet)、控制网络(Cnet)、控制总线(C.W)和IO扩展总线(X.B)四个层次。 操作网络 (Onet) Onet是符合以太网标准的总线结构网络，主要用来构成管理层数据交换的通信结构。Onet通过通信介质与多种类型的计算机连接，实现企业需要的生产、财务、人事、培训、维护、备件及市场管理等多种内容的管理功能。通过Onet实现操作员站的服务器-客户架构，使以前单一的操作员站发展成规模可以扩展的操作网络。这种独立的操作网络，使操作员站的功能得到进一步 的拓展，使Symphony系统的开放性得到进一步的体现。操作网络的节点可以是操作员站PGP、工程师站Composer、历史数据站和打印机服务器等。节点的总数最多可达256个，传输速率为100 Mbps。 控制网络 (Cnet) 在Symphony系统中，实现过程控制、操作等方面数据传递功能的网络，称为控制网络 (Cnet)。它承担着过程管理、操作等方面数据传递的任务，是Symphony系统多层网络的核心,它遵守存储转发协议。在控制网络内，各个节点之间没有主、从之分，信息的通信采用缓冲寄存器插入的方式，网络的物理形式为封闭的环形结构，具有较强的扩展能力。当用户根据需要选择复合控制网络结构时，它可以采用中心环带子环的方式，也可以根据控制需要，仅选择单环网络结构。通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光缆。 控制通道 (C.W) 控制通道处在Symphony系统过程控制单元HCU内，主要负责控制器BRC之间的数据交换。控制总线采用自由竞争式协议，它无主、从之分，为两端不封闭的总线结构。该网络的介质已被制作在模件安装单元背面的印刷电路板上。当插入相应模件后，它们会自动上网参与数据交换。 一条控制通道最多可加挂32个控制器模件。在该控制通道的冗余介质中，有序的流动着控制器间需要交换的数据信息。而控制器内部，与其他控制器不相干的数据处理不会占用该总线。 4IO扩展总线 (X.B)IO扩展总线为控制器控制IO子模件，提供了通道。这一总线利用并行方式完成通信任务。每个控制器控制自己的IO扩展总线。每一个IO扩展总线可以挂64个IO子模件。它的介质也被制作在模件安装单元的印刷电路板上。当插入相应模件后，它们也会自动上网参与数据交换。 二、通信协议 存储转发式通信协议Symphony的控制网络(Cnet)使用了存储转发式通信协议。 在系统的网络上，没有通信指挥器，所有节点的地位是平等的，不会有主次之分，领导被领导之分。每一节点均是独立的、带有缓冲寄存器的信息转发器。每一转发器都能随时、独立地完成数据接收、数据发送、以及数据删除等功能。自由竞争广播式通信协议现场控制单元HCU内部的控制通道 (C.W)使用了自由竞争广播式通信协议。自由竞争广播式通信协议的一个重要标志就是在同一时间内只有一个节点在发送信息，而其他节点都在收听信息。所谓自由竞争就是任何一个节点只要它打算发送信息就可以随时把信息播送出去，如果某一时刻有两个以上的节点都要占用通信信道发送信息，这就发生了“碰撞”现象，这时通信主体会自动退回，等待时机再次发送。这就是目前广泛使用的带冲突检测的载波侦听、多路访问（CSMA/CD）技术。三、通信技术 例外报告技术所谓例外报告就是在过程控制中产生的一些涉及测量、操作、报警和管理的信息，经过一定的技术处理，形成的一种反映信息值的专门报告。这一报告的显著特点是，只反映某一时间间隔内发生显著变化的信息，而对没有发生显著变化的信息，不形成报告。其技术主要涉及三项基本要素,见图12-2。 有效变化量。的主要功能用来判定信息是否发生了显著变化。一旦判定为没有发生显著变化，将不会形成例外报告。最小例外报告时间。的主要功能用来划定一个不产生例外报告的时间间隔。在此间隔内，即使是信息发生了显著变化，也不产生报告，这对于抑制干扰或现场发生故障时，会出现反复报警、多点连续报警等。都有较好的限制作用，减少了在网络中重复传递已明了的信息。 最大例外报告时间。的主要功能用来划定一个产生例外报告的时间间隔。在此间隔内即使是信息没有发生显著变化，也要产生报告。这对于惯性较大的信息反映是十分有利的。也就是说，在内所产生的报告，要表明信息的状态。通道的状态等。简言之，是为长期不发生显著变化的信息所准备的发言权。 另外，在产出例外报告后，有效变化量会自动整体平移，形成的新位置。信息打包技术信息打包又可理解为信息压缩。在Cnet环状网络中，传输的信息称为信息包，其格式规定为两帧式。其中第一帧为标题帧，第二帧为信息帧，并且两帧之间有一定的间隔。所谓信息包，就是以上所讲的两帧格式所含有的内容。所谓信息打包技术就是把去同一地址的所有信息压缩在一起，使用一个标题帧，把信息发送出去的专有技术。在一个信包中，两帧所描述的内容是不相同的。标题帧的内容包括信息源节点地址、信息码、节点计数和目的节点地址；数据帧的内容包括系统运行中需要的和产生的各种有关数据。数据帧才是信息包的核心，是通信传输的有效信息。确认重发技术在环形网络中，所有传输的信息包,均应得到目的节点的确认，才算传输成功。否则，得不到目的节点确认的信息必须由发送信息的源节点重新发送，这就是确认重发技术。根据这项技术，在信息包数据段的最后，有一个特定的确认字节。信息包从源节点发送时，确认字节被标识为否认码NAK。目的节点在接收到信息包，并经校验没有发现差错后，应把信息包的确认字节标识成确认码ACK，表示信息已经被目的节点正确接收。当该信息包再次返回源节点后，经校验没有发生差错，并得到确认码ACK，就应将该信息从源节点发送缓冲寄存器中撤销。如果源节点得到的标识是否认码NAK，说明目的节点没有接到信息包所携带的数据。这时，源节点会启动重发逻辑，进行该信息的重发，以保证传输数据的完整性。重发最多可以进行127次，如果一直不能正确地被目的节点接收，则不再重发，以抑制过期的数据长期占用总线。并将该目的节点标示为离线。网络接口模件会周期地查询离线的节点，若离线节点对一次查询做出了响应，则将它重新标示为在线。四、信息传输过程在symphony的通信网络中，信息传输都是数字化的，但是每一层网络的信息类型是各异的。为了说明各层的特点，现以图12-3来说明信息传输过程。 某一标准的模拟量输入信号AI从端子单元的输入端子输入，此时信号保持原样。AI经电缆至IO子模件的输入通道，经子模件的AD转换变化成数字量。此信号经扩展总线进入BRC，BRC对这一信息进行必要的运算及处理后形成两路：其中一路仍为数字信号，再经扩展总线至子模件，经DA转换变化成模拟量，经端子单元的输出端子至现场；另一路，在BRC中形成例外报告，经过控制通道至通信模件NPM。此时,该信号为例外报告，并准备形成信息包。此信号形成的例外报告，在NIS中进行打包，并通过Cnet传送至其它节点。 在过程控制信息的传递中，现场的检测信号，控制输出的信号，均不形成例外报告。而送往其它节点的信息将变成例外报告，再形成信息包进行传输。这种信号的传递过程，既保证了控制信号的快速形成及传递，又控制了网络中的信息数量。第二节 现场控制单元HCU现场控制单元HCU是Symphony实现过程控制的主要现场设备，其核心是桥控制器BRC，BRC插在HCU的模件安装单元（MMU）内，就能完成过程控制中的回路控制、顺序控制、数据采集和优化控制等操作。一、HCU的结构HCU主要包含四大部分：机械结构；通信结构；模件结构；连接结构。机械结构HCU是一个柜式的现场设备，它主要由金属外壳和模件安装单元组成。机柜分为标准普通机柜和全密封机柜，按内装部件的不同又分为模件柜（内装控制器模件、子模件、电源和端子单元）和端子柜（内装端子单元，无电源，电源由与端子单元相连的模件提供）。一个HCU构成Cnet网络上的一个节点（站），这个节点由模件柜和端子柜组成。根据HCU的I/O点数的不同，机柜通常有两种配置形式：模件柜-端子柜和端子柜-模件柜-端子柜。端子柜按横截面分为A、B、C、D四个区，如图12-4所示。每个区按排编号，端子单元在端子柜中的位置编号格式为CC-RRS。其中，CC为机柜号，RR为机柜内的排号（011），S为分区标识（A、B、C、D）。例如：端子单元的位置编号为10-06C，表示端子单元的安装位置在第10号机柜，第6排的C区。 模件安装单元（MMU）主要支持Symphony过程控制单元的有关模件和通信信道，每个MMU可以安装12个槽位的系统模件，一个机柜最多可安装8个模件安装单元（MMU）。通信结构 在每一个HCU中，主要有控制通道及I/O扩展总线等两层通信网络。通信介质为印刷电路板，安装于MMU的后部。模件可以直接、可靠的连接到通信通道上以获得相应的信息。模件结构 HCU内包括四种类型的模件：通信模件、控制模件、IO通道子模件、电源模件。通过以上四种类型模件的合理选配，就能组成满足多种控制要求的现场控制站。连接结构 IO通道子模件通过专用KTU电缆与相应的端子单元连接，并且端子单元的端子排,可与现场设备相连，组成现场的IO通道结构，去完成相应的过程控制。二、HCU的通信模件对分散控制系统中的现场控制站不是一个孤立的系统，它与其他现场控制站以及处于上层的操作员站、工程师站等设备都是相互联系的，这就需要高一层的通信系统控制网络Cnet。其通信模件分别为支持环状结构的网络子模件NIS和网络处理模件NPM。现场控制单元接口由网络子模件NIS和网络处理模件NPM组成，它们必须成对使用。这个接口可用作网络中心环或子环上的一个节点，通过这对接口可以同时访问控制网络和控制通道。三、桥控制器BRCSymphony的控制器包括系列多功能处理器MFP(如IMMFPll、IMMFPl2)和桥控制器BRC(如BRC-100，BRC-300)。 BRC-300桥控制器是BRC-100的升级产品，是一个具有高性能，大容量，高速度的32位微处理器的模件。桥控制器BRC是一种独立的控制器，是HCU完成过程控制的核心模件。除了完成多回路模拟量控制和顺序控制外，还可以完成信息处理。桥控制器支持多种控制编程语言，其中包括功能码、C、Basic、Batch90和梯形逻辑等。桥控制器BRC向下经I/O扩展总线与IO子模件相连，向上经控制总线与挂接在Cnet上的通信模件相连。组成框图BRC模件功能框图如图12-5所示。它主要由微处理器、非易失随机存取存储器(NVRAM)、随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、直接存储器存取(DMA)电路和各种支持电路所组成。微处理器微处理器是一个32位的微型处理器,主频160MHz。它按照用户组态通过I/O扩展总线对IO子模件进行扫描，从子模件中获得信息或通过子模件输出控制信号，传输至现场完成过程控制，达到设计者的要求。微处理器不但有很强的数据处理和过程控制能力，而且又能借助独立通信口进行各种数据交换，满足控制的需要。以微处理器为核心的BRC，真正做到了数据的实时处理和数据交换的四通八达，从而使BRC成为Symphony实现控制的核心。 双冗余链为提高系统的可靠性和控制的完整性。BRC可以构成冗余配置。双冗余链使BRC-300经处理器总线适配器（PBA）板与冗余BRC组件直接链接，以保证在备份模件中的数据的正确性。模件使用冗余链高速通信通道（通信速率为32Mbps）来完成此功能，它不占用通信总线。存储器BRC-300有三种类型的存储器：一种是用来存储处理器的操作指令和各种算法功能码的只读存储器ROM（2MB）；一种是供用户使用，用来存放中间计算结果的随机存储器SRAM（容量为8MB）；一种是带有后备电池的随机存储器NVRAM（容量为512kB）,用来存放用户控制方案的组态策略，这样就能保证在断电时，控制方案不会丢失，同时还允许用户对控制方案进行修改。时钟与MFT时钟为微处理器提供160MHz的主频,RTC(实时时钟)为驱动外围设备提供时钟信号；MFT为机器故障计时器，它用来监视微处理器的工作情况，微处理器的工作周期一旦超过规定的时间，发出信号，说明微处理器故障。IO扩展总线现场的输入经I/O扩展总线从I/O模件获得，经微处理器处理的数据：一路经控制总线（或模件总线）和通信模件对传送到Cnet通信网络；另一路经I/O扩展总线和I/O模件传送到现场。每一BRC带有各自的并行IO扩展总线与 IO子模件通信。BRC每时每刻进行控制结构的自诊断和相应的出错指示。SAC/DCS（站链）为实现多种方式的开放结构，BRC装配了两个独立的通用串行接口，可就地与第三方设备进行通信，而不必经过Symphony的高层网络。DMA DMA为直接存储器存取。BCR的各种通信接口，采用直接存取的方式向内存读取数据。此时，中央处理器则处在旁路状态，这样的结果将大大提高数据吞吐的效率。 LED开关数据缓冲（寄存器）与BRC前面板的LED和用来设定模件地址及工作方式的开关相连。一旦BRC发生故障，前面板的LED就会显示相应的故障代码。前面板与模件设置BRC-300的前面板如图12-6所示。前面板上有1只状态LED和16只CPU LED、1个STOPRESET开关和1个双冗余链接口。CPU LED分为A、B组，每组8只灯。A、B组的LED并行排列，共用面板窗口的8只灯孔，用不同的颜色来区分A、B组。 1状态LED状态LED是红、绿双色指示灯。它指示BRC模件的运行状态，BRC模件有四种可能的运行状态： (1)OFF(熄灭)。BRC未上电或模件上电，同时跨接器J4短接了。对于正常运行，跨接器J4必须保持打开。当微处理器启动在初始化时，状态LED即刻转向0FF状态。 (2)常绿。BRC模件处于正常执行模式。在这一方式下，BRC在持续自检的同时执行控制算法,运行控制策略，处理例外报告，接收输入，修正输出等。(3)闪绿。BRC模件处于执行模式，但有一个NVRAM检验和出错，或模件处于组态模式或出错模式。在该组态模式下，用户可可对BRC中的组态做编辑，添加和删改,此时BRC不执行控制算法。BRC接收来自工程组态工具(工程师站)的数据，并通过控制总线发来的组态命令，进而改变NVRAM内的数据。 (4)常红。通过内装诊断程序查出问题，将使模件进入该方式，并迫使模件封锁所有的通道及最终停止运行。故障被检出后，BRC前面板上的状态灯将显示与故障类型相应的指示代码。 CPU LEDCPU LED是单色指示灯，A、B组用不同的颜色表示。在正常运行时，A组LED用来指示冗余配置时的主BRC和后备BRC。在BRC运行出错时，A组LED用来指示出错代码。B组CPU LED采用不同的颜色点亮，仅在测试模件时使用。 STOPRESET开关 STOPRESET开关是一个双击(Two-hit)开关。它按一定的顺序的方式停止BRC模件的运行，以防止总线上的瞬时干扰。操作人员可通过面板上的开孔访问这个开关。由于开孔很小，按该开关要用一个细圆的物体。按开关一次，停止模件的运行。在将BRC模件移出MMU之前，总是先停止它的运行。 一旦BRC模件停止了运行，再按STOPRESET开关可复位该模件。使用复位模式，可将隐含值复位成上电值；使BRC模件从超时或人为的停机中恢复。在模件运行中要复位模件，可连续按开关两次。要注意的是，在通电的情况下不要移动运行的BRC模件，除非按下STOPRESET开关一次，并且模件已暂停运行(状态LED变为红色，且CPU A组的LEDlLED6点亮)。在从冗余配置中移动一块BRC模件时，必须遵循这个步骤。在控制传递给后备模件之前，运行的模件必须暂停运行。在BRC-300模件安装到MMU中之后，必须对模件进行设置，以定义模件将要完成的功能。BRC-300模件有4个可组态的双列直插封装的拨动开关（也称为DIP开关）SW2SW5和4个跨接器J1J4，它们在电路板上的位置如图12-7所示。 开关SW5用于设置模件的地址、总线速率和运行模式(正常诊断)。BRC模件可以有一个03l的地址，它通过SW5的第4至第8位(开关位)来设置。在Symphony中，模件的SW或S开关是拨动开关，其接点断开或闭合的逻辑状态是相同的，如图12-8所示。图中：开关拨到上面是闭合（逻辑0）；开关拨到下面是断开（逻辑1）。图中：开关1、2、3、4闭合；开关5、6、7、8断开。具体地址的设置方法见表12-1。表12-1节点地址设定举例开关SW2用于设置模件的选项，允许特殊操作和允许诊断操作。开关SW4用于设置模件安装单元和存储器选项。开关SW3未用，但不要改动它出厂时的设置。 跨接器J1、J2、J3和J4用于定义模件的功能和操作。Jl用于允许或禁止MFT；J2用于将诊断RS-232-C口设置成DCE或DTE；J3用于在模件安装到MMU中时，使模件与MMU提供的-30VDC电源脱离； J4保留给ABB工程师设置。 如果拨动开关的开关位置设置不当，BRC-300模件将不能正常运行。开关标记为不用的开关位，必须设置为适当的隐含值。由于模件在出厂时的设置不反映隐含设置，在模件投入运行之前应该仔细检查所有拨动开关位的设置。BRC的后面有P1、P2、P3板边连接器,俗称金手指。P1用于连接电源；P2用于连接控制通道；P3用于连接I/O总线。 四、I/O子模件Symphony的BRC是通过IO子模件与现场生产过程进行连接的，其用到的IO子模件有很多种类，如模拟输入子模件IMASI13/23、模拟输入子模件IMFEC12、模拟输出子模件IMAS011、数字输入子模件IMDSI12/13/14/15、数字输出子模件IMDS014/15、脉冲输入子模件IMDSM04、频率计数子模件IMFCS01、液压伺服子模件IMHSS03、汽轮机保护子模件IMTPS02、自动同期子模件IMTAS01等。下面介绍几个典型的IO子模件。模拟输入子模件ASI基本功能模拟输入子模件IMASI23简称ASI。ASI是架装I0模件。控制器模件通过I0扩展总线与ASI模件通信。ASI模件接收的现场输入信号有三种类型： (1)高电平电压信号：量程从-1010V(05 V，15 V，010V，-1010V)的电压，外部供电或系统供电的420mA电流。 (2)低电平电压信号：量程从-100100mVDC，热电偶(E、J、K、L、N、R、S、T、U及中国E、S)毫伏信号。 (3)三线制电阻信号：量程从0500(CulO，Ptl00，Mi120，中国Cu53)。ASI有16个独立的模拟量输入通道，通过24位模数转换器将隔离的热电偶、毫伏、热电阻(RTD)和高电平模拟量信号与控制器接口。控制器模件完成控制功能，ASI模件为控制器模件提供模拟量输入功能。 组成原理 ASI模件的电路板由隔离的AD转换器、冷端补偿参考输入、数字多路开关、微控制器、存储器、I0扩展总线接口、LED指示器和拨动开关组成。电路板的功能框图如图12-9所示。 每个通道都有自己的模数转换器，并可单独组态来处理所要求输入类型的信号。这些模拟量信号被控制器用来对过程进行监视和控制。ASI模件的输入通道通过P3（卡边），从与现场测量设备接线的端子单元接收16个模拟量输入信号，分别通过各个通道的隔离AD转换器转换成数字信号。冷端补偿参考输入测量的是端子单元所在处的环境温度，该温度经专门的AD转换器转换成数字量，用来对现场输入的温度信号进行冷端温度补偿。以上转换后的数字信号再经过数字多路开关分时地切入微控制器进行处理。处理时微控制器从拨动开关读入模件的设置，作为处理的依据。处理结果存入存储器或送模件面板上的LED进行显示。NVRAM为非易失随机存取存储器，用来存储应用程序（模拟量处理程序）；SRAM为随机存取存储器，用来存储暂时数据；PROM为只读存储器, 用来存储系统程序。存储器中经过处理的信号由双端口随机读写存储器(DPRAM)通过I0扩展总线接口电路和P2送上IO扩展总线，最终与控制器模件进行通信。模件设置ASI模件印刷电路板的外观图如图12-10所示。它占用MMU的1个槽位。模件前面板上的两个门锁用于将模件固定在MMU上。模件有3个连接外部信号和电源的卡边连接器：P1、P2和P3。P1连接电源；P2将模件连接到I0扩展总线上，ASI模件通过总线与控制器模件通信；P3通过端子电缆与端子单元(TU)相连，传送来自TU的输入信号。ASI模件上的S1(DIP开关)用于设置模件地址。跨接器JlJ16用于组态选择模拟输入信号的类型。ASI模件必须有1个与控制器通信的地址，它可以是I0扩展总线上64个地址(063)中的任何1个。这个地址用于控制器识别ASI模件，并必须与控制器组态数据(功能码FC215和FC216中的规格参数S1)设置的地址相同。开关S1的右边6位(第3位第8位)用于设置1个6位的地址。开关的第1和2位对于正常运行，必须保持闭合状态(设置为O状态)。ASI模件的每个输入通道有一个跨接器用于指定输入信号的类型。ASI模件的输入通道可以任意组态成电阻、低电平电压或高电平电压类型的输入。跨接器Jl对应于输入通道l，跨接器J5对应于输入通道5，跨接器J16对应于输入通道16，其余的类推。每个通道可以单独进行组态。每个输入通道的设置如图12-11所示。跨接器有上、中、下三排跨接柱，将上排和下排跨接柱短接使通道组态成毫伏/热电偶（mV/TC）类型信号输入；将下两排跨接柱短接，使通道组态成电压/420mA（V/mA）类型信号输入；将上排及下两排的左边跨接柱短接则组态成热电阻（RTD）类型信号输入。 端子单元组态端子单元NTAI06用于将现场设备连接到Symphony系统中。ASI模件通过NKAS01电缆分两路与NTAI06端子单元连接。其中P1插座可接入110路信号，P2接入1116路信号。该端子单元上的接线端子TB1、TB2与现场设备连线，从设备接收模拟输入信号，传送给ASI模件。NTAI06电路板布置图如图12-12所示。 NTAI06电路板上，TB1和TB2为16个输入通道的接线端子。每个通道有“+”、“-”和“C”(接地)3个端子。F1F16是通道输入回路中的熔丝。J1J64为组态用的跨接器。每个通道有4个跨接器，各个通道的跨接器的分配如表12-2所示。表12-2 输入通道的组态跨接器分配熔丝、跨接器在输入回路中的布置如图12-13所示。NTAI06上的跨接器J1J64用于设置输入通道的性质，即：单端电压输入；差动电压输入；系统供电420mA输入；外部供电420mA输入；3线制RTD输入。NTAI06跨接器的组态设置如表12-3所示。 (1)单端电压输入。现场输入的“+”端经跨接器J1J16(1、2短接)送至IMASI23测量输入的“+” 端，现场输入的“-”端经J17J32(1、2短接)、J49J64(2、3短接)连接到NTAI06上的I0 COM和IMASI23测量输入的“-” 端。“COM”端子不需连接。 (2)差动电压输入。现场输入的“+”端经跨接器J1J16(1、2短接)送至IMASI23测量输入的“+” 端，现场输入的“-”端经J17J32(1、2短接)、连接到IMASI23测量输入的“-” 端。“COM”端子不需连接。表12-3 NTAI06跨接器设置 (3)系统供电420mA输入。系统供电是针对两线制变送器设计的，+24VDC电源通过熔丝F1F16经跨接器J1J16(2、3短接)连接到现场输入的“+”端，电流经两线制变送器回到现场输入的“-”端，经跨接器J17J32(2、3短接)连接到IMASI23测量输入的“+” 端，同时经跨接器J33J48(2、3短接)、250、跨接器J49J64(2、3短接)连接到IMASI23测量输入的“-” 端和24V的“-”端即I0 COM端。420mA在250电阻上将产生15V电压，这个电压送到IMASI23测量输入的“+” 端和“-”端。“COM”端子不需连接。 (4)外部供电420mA输入。外部供电是针对四线制变送器设计的，跨接器将现场输入的“+”端和“-”端,分别经J1J16(1、2短接)和J17J132 (1、2短接)连接到IMASI23测量输入的“+” 端和“-”端。同时，电流经跨接器J33J48(2、3短接)和250连接到IMASI23测量输入的 “-”端，产生的15V电压加在IMASI23测量输入的“+” 端和“-”端。“COM”端子不需连接。(5)3线制热电阻RTD输入。跨接器将输入的正极、负极和COM直接连接到ASI模件的3线输入端。共同接在热电阻RTD元件一端的两根引线连接到NTAI06输入端子的“+”和“COM”端，热电阻RTD元件另一端引线应连接到NTAI06输入端子的“-”端。模拟输入子模件FEC模拟输入模件IMFEC11/12简称FEC，是Symphony架装IO模件，它们通过I0扩展总线与Symphony控制器通信。IMFEC11为控制器输入15路模拟信号或频移键控(FSK)数字信号。IMFECl2则仅为控制器输入15路模拟信号。IMFEC11可完成IMFECl2所有的功能，另外还提供与ABB FSK智能变送器和其他智能设备的通信功能，它支持现场总线或点对点通信。FEC模件可以用端子单元NTAI05将现场设备信号连接到Symphony中。NTAI05电路板布置图如图12-14所示。FEC模件利用该端子单元上的双列直插式分路器XU1XU17来选择每个输入通道的信号类型。这些信号类型包括：420mA，15VDC，01VDC，05VDC，010VDC和-1010VDC。在TAI05电路板上，TBlTB4为16个输入通道的接线端子。每个通道有+，-两个端子。P1为通过端子电缆NKTU01与FEC模件的P3连接的信号插座。XUlXUl7为输入类型组态用的分路器插座。XUlXUl6分别对应16个输入通道。NTAI05的输入电路如图12-15所示。NTAI05分路器的组态设置如表12-4所示，现以系统供电420mA输入为例说明TAI05的工作情况。+24VDC限流电阻1-16端子接线端子块“+”端现场两线制变送器接线端子块“-”端3-14端子(同时分路到FEC“+”端)6-11端子250欧姆7-10和8-9端子(同时分路到FEC“-”端)-24VDC。420mA流经250欧姆产生的15V电压加在FEC输入电路的“+、-”端。 表12-4 NTAI05分路器的组态设置 模拟量输出子模件ASO基本功能模拟量输出模件IMASO11简称ASO，它是架装的IO模件。ASO为控制器输出14路单独可用于控制过程的模拟信号，它是过程与Symphony系统之间的接口。ASO模件通过电路板上的集成电路输出14路独立的模拟信号，模拟输出信号可以是15VDC的电压或420mA的电流。根据过程要求确定使用哪种输出模式(电压或电流)。 组成原理 AS0模件的电路板主要由模拟输出电路、控制逻辑、输出逻辑、回读逻辑、存储器和I0扩展总线接口电路等组成。电路板上有1个设置模件在I0扩展总线上地址的地址设置开关S1，跨接器J1J28用于设置14个独立输出通道的输出模式(电压或电流)。电路板的功能框图如图12-16所示。 AS0模件的存储器是一个双端口RAM，控制器和ASO模件可同时访问它。控制器将要输出的数值和总线故障时的缺省状态通过IO扩展总线分别写入ASO模件的DA寄存器和RAM存储器。输出数值经DA转换器转换成模拟信号通过输出电路输出给过程。总线故障定时器始终监视总线上的通信故障，一旦定时器超时，就发出总线故障信号。控制逻辑检测到这个故障信号，就迫使模件进入缺省操作状态。从RAM中读出预置的缺省状态，以控制送往DA转换器的输出数据，使模件的输出为1VDC或4mA，5VDC或20mA，或保持DA转换器上一次输出的值。在正常运行情况下，回读选择依次把各通道的模拟输出和参考电压(模拟量)选择送到AD转换器，转换成数字量(称为反馈量)，由控制器读回，以便经过比较调整模拟输出和检查ASO模件的输出电路是否失效。回读的参考电压用来校准和检验AD转换器是否运行正常。每个输出都具有限流功能，以防止因短路而损坏模件，另外，每个输出信号还将被回读，以确认输出操作的准确性，大大减少校验输出的必要性。模件设置ASO模件的外观图如图12-17所示。它占用MMU的1个槽位，模件有3个连接外部信号和电源的卡边连接器(P1、P2和P3)。P1连接驱动模件电路的逻辑电源(5VDC)；P2将模件连接到IO扩展总线上，用于与控制器模件通信；P3通过端子电缆与TU相连，通过TU向现场输出模拟信号。图12-17 ASO模件外观图 模件的前面板上方有2个IED指示灯(红色、绿色各1个)，用以指示模件的运行状态：红、绿灯均熄灭表示模件未上电或不允许；红灯熄、绿灯亮，表示允许并正在与控制器通信；红灯亮、绿灯熄，表示总线故障定时器出错(定时器超时)；红灯、绿灯均亮为不允许。 (1)地址设置。ASO模件的地址可以是64个地址(063)中的任何1个，这个地址供控制器识别ASO模件，并必须与控制器组态中设置的地址一样。Sl是1个8位的地址设置开关。其右边6位(第3位至第8位)用于设置1个6位的模件地址。开关的第1和第2位对于正常运行，必须保持闭合状态。(2)模拟输出模式设置。ASO模件有电流输出或电压输出两种模式。电流模式输出420mA的电流，电压模式输出15VDC的电压。对于ASO模件的每个输出通道有2个跨接器用于设置该通道的输出模式。跨接器有3个跨接柱：1、2和3号柱。用跨接器将1、2号柱短接可设置电流模式；将2、3号柱短接可设置电压模式。端子单元组态AS0模件通过端子单元NTDI01将模拟输出信号输出给现场设备， ASO模件利用该端子单元上的双列直插式分路器XUlXUl6来组态每个输出通道送往过程的模拟输出。TDI01的电路图如图12-18所示。分路器XU的组态如表12-5所示。 表12-5 NTDI01分路器组态数字量输入模件DSI数字量输入模件目前有四种输入类型的模件：IMDSI12用于24VDC、48VDC或125VDC的输入；IMDSIl3用于24VDC的输入；IMDSIl4用于48VDC的输入；IMDSI15用于125VDC的输入。IMDSI12/13/14/15都简称为DSI，因为火电厂大多使用IMDSIl4，所以下面主要介绍IMDSIl4。 基本功能 DSI为Symphony提供16个独立的数字信号，用于系统处理和监视，是过程现场的数字输入与控制器之间的接口。DSI模件可采集16路数字量信号，输入为48VDC电压的接点信号。模件对输入信号具有限流和隔离功能。输入电压经过阈值检测转换成反映现场接点断开和闭合状态的逻辑量。模件面板上的状态指示灯指示各路输入的开关状态。 组成原理DSI模件的电路板主要由输入电路、控制逻辑、阈值检测和I0扩展总线接口电路、地址设置开关S1等部分组成。DSI模件电路板的组成框图如图12-19所示。 当输入信号以一个适当的电压等级（48V）出现时，输入电路中的齐纳二极管导通，使电流流过光电耦合器。光电耦合器的输出使阈值检测电路的输出电平变低。这使得模件面板上相应的状态指示灯点亮，指示一个被激励的输入。IO扩展总线接口传送一个逻辑“1”给控制器。当没有输入信号出现时，没有电流流过光电耦合器，则前面板上相应的状态指示灯不亮，指示一个没有被激励的输入。这时，DSI模件传送一个逻辑“0”给控制器。 模件设置DSI模件由前面板和印刷电路板组成，外观图如图12-20所示，它占用MMU的一个槽位。模件的16个数字量输入分为A、B两组，每组8个，其中12个输入相互隔离，另2对输入共用输入线的正端。模件的前面板有16个LED指示灯(分为A、B两组)，每个指示灯代表一个数字输入节点的状态：当输入接点闭合时，指示灯为红色；输入接点断开时，指示灯不亮。 DSI模件上的地址设置开关Sl是一个双列直插式拨动开关，用于设置模件在IO扩展总线上的地址。跨接器J1J32用于设置16个独立数字输入通道的电压等级(J1，J3，J31)和选择正确的DC模式(J2，J4，J32)。由于IMDSIl31415都有固定的组态，不需要对这些跨接器进行设置。只有IMDSIl2模件(2428125VDC)需要设置电压等级和DC模式。DSI模件必须有一个在IO扩展总线上唯一的地址，它可以是64个地址(063)中的任何1个。这个地址供控制器识别DSI模件，并必须与控制器组态(功能码FC84中的规格参数S1)中设置的地址一样。S1是1个8位的地址设置开关，其右边6位(第3位第8位)用于设置1个6位的模件地址。开关的第1和第2位对于正常运行，必须保持闭合状态。模件地址以二进制格式设置。NTDl01端子单元组态IMDSIl2131415模件通过端子单元NTDI01从现场设备输入数字信号。模件利用该端子单元上的双列直插式分路器XUlXUl6来组态数字输入。根据所选用的模件，DSI模件接受24VDC、48VDC和125VDC的输入。图12-21画出了TDl01端子单元的一个通道和DSI之间的连接。现场触点通过现场连接到端子单元的端子块TB上，经过可组态的分路器XU连接到端子单元上的P1，再通过端子电缆NKTU01连接到DSI模件的输入回路。分路器的组态如表12-6所示。数字量输出模件DSO数字量输出模件IMDS014/15简称为DSO，它们是架装的IO模件，并通过I0扩展总线与控制器通信。IMDSO14有16个开集电极数字输出通道，可以切换24、48VDC负载电压。IMDSO15有8个独立并隔离数字输出通道，可以切换48VDC或120VAC负载电压。下面介绍IMDS014。 表12-6 分路器的组态 基本功能 DSO模件通过电路板上的固体电路输出16路独立的数字信号。12路输出相互隔离，剩下的2对共用公共的正输出线。数字输出有“ON”或“OFF”两种状态。DS0模件的数字输出在24VDC(50mA)或48VDC(125mA)之间切换。这个输出电压激励(闭合)和去激励(断开)现场设备或继电器，控制器用这些数字输出来控制现场设备。 组成原理DSO模件的电路板主要由数字输出电路，输出控制逻辑，状态逻辑，总线故障检测电路和通用I0扩展总线接口电路等组成。电路板上有一个设置模件在IO扩展总线上地址的地址设置开关S1。电路板的功能框图如图12-22所示。 (1)数字输出电路。在数字输出块中的16个集电极开路晶体管D01D016组成一组数字开关，每个输出的光电耦合器在模件电路与过程现场设备之间提供隔离，所有的输出在正常情况下处于去激励(OFF)状态，直到从数据选择器来的信号使它们被激励(ON)。输出电路在输出与逻辑电路和其他输出电路之间提供1.5kV的隔离。数据选择器的输出根据从输出寄存器或缺省寄存器选择的数据，一方面驱动输出电路，另一方面点亮模件前面板上的输出状态指示灯。在正常运行期间，它选择输出寄存器的数据。(2)输出控制逻辑。输出寄存器中保存控制输出的数据，控制器通过I0扩展总线接口将输出数据写入该寄存器。这个数据被送入数据选择器以控制输出的状态(ON或0FF)。(3)总线故障定时器。总线故障定时器是一个由I0扩展总线时钟复位的单稳定时器，总线时钟由控制器产生。如果总线时钟停摆(表明控制器出错或故障)，则总线故障定时器计时超过10ms就使模件的数字输出变成它们的缺省值，同时前面板上的状态指示灯变为红色，以指示总线故障(超时)。 (4)通用IO扩展总线接口。DSO模件采用一种专用门阵列电路来完成I0扩展总线接口功能，所有的控制逻辑和通信协议都集成在一块集成电路(IC)芯片中。IC提供以下功能：地址比较和检测；功能码锁存和解码；读选通信号生成；总线信号的数据线滤波和电路板上总线驱动等。 模件设置DSO14模件由前面板和印刷电路板组成，外观图如图12-23所示，它占用MMU的1个槽位。模件有3个连接外部信号和电源的卡边连接器：P1、P2和P3。P1连接驱动模件电路的逻辑电源(+5VDC)；P2将模件连接到IO扩展总线上，用于与控制器模件通信；P3通过端子电缆与TU相连，通过TU向现场输出数字信号。 模件的前面板上方有2个模件状态LED指示灯(1个红色，1个绿色)和2组各8个LED的输出状态指示灯，指示16个数字输出的状态。模件状态指示灯所指示的状态如下：红、绿灯均熄灭表示模件未上电或不允许；红灯熄、绿灯亮，表示允许，并正在与控制器通信；红灯亮、绿灯熄，表示总线故障定时器出错(定时器超时)；红灯、绿灯均亮，表示不允许。 每个输出状态指示灯代表一个数字输出的状态。红色指示灯指示一个被激励(ON)的输出，不亮的指示灯指示一个未激励(0FF)的输出。 DSO模件上的地址设置开关S1是一个双列直插式拨动开关，用于设置模件在IO扩展总线上的地址。端子单元组态DSO模件可以使用端子单元NTDI01或NTDO02作为接线端子。DSO模件利用该端子单元上的双列直插式分路器XUlXUl7来组态每个输出通道送往过程的数字输出, NTDI01端子单元跨接器接线如图12-24所示。 分路器XU的组态如表12-7所示。表12-7 NTDI01分路器组态脉冲量输入子模件DSM脉冲输入数字子模件IMNDSM04简称DSM，它是向控制器(MFC或BRC)提供数据的接口设备。NDSM可将脉冲输入调整、转换并处理成数字信号。DSM与涡轮流量计、转速计、计数器、电表等测量装置相配，可处理8个输入信号，并由扩展总线传送给控制器。频率计数器子模件FCSIMFCS01简称FCS。FCS是一个用于MFP或BRC单通道频率输入，它是汽轮机与控制器的接口，提供精确的频率计数和周期数据，主要用于测量汽轮机的转速。液压伺服子模件HSS液压伺服子模件（卡）IMHSS03简称HSS，是一种位置控制模件，是电液伺服阀与MFC或BRC控制器之间的接口，控制器向液压伺服子模件传递阀位指令，液压伺服子模件接收该信号，并和实际阀位相比较、运算后输出控制信号到电液伺服阀。HSS和FCS两个模件配合使用，构成的汽轮机转速控制系统如图12-25所示。子模件扩展总线是HSS与BRC之间的通信通道，也是FCS与BRC之间的通信通道。FCS是一个输入模件，HSS是一个输入输出模件（HSS不但能输出执行器位置的控制信号，也能接受执行器位置的反馈信号）。 五、系统机柜与电源 机柜 Symphony的系统机柜分为模件与端子混装柜和纯端子柜两种。这两种机柜的外形和安装方式都一样，只是内部电源的分配方式及支持设备有所不同。在机柜组装时，已将系统和现场电源配置完成。 (1)模件、端子混装柜。模件、端子混装柜一般包括：电源系统；插在符合48.26cm(19in)标准安装单元（卡笼）的模件；与相应模件配套的端子单元等设备。它们的安装排列分别是：机柜上部安装电源系统；机柜中部安装由安装单元支持的所需系统模件，它是该单元的中心；机柜的下部留有足够空间，用于安装如环路通信使用的端子单元等设备。系统模件将直接插入模件安装单元内。模件的通信、使用的电源、接地线等电气结构的获得与分配，全部由模件安装单元上的印刷电路提供，不需要另外布线。模件本身可以带电插拔，这使得模件的更换与连接变得非常容易。机柜专门设计了空气过滤与通风，以及超温报警等装置，为模