MACS硬件讲义.docx
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MACS硬件讲义
1系统结构介绍
1.1
工程师站
1.硬件环境
CPUPentiumⅢ 450及以上,RAM128M,软驱1.44M,彩色CRT,光驱,分辨率1280*1024或1024*768,256色,刷新频率85HZ,鼠标,以太网卡2块。
2.软件环境
系统平台:
中文WindowsNT4.0workstation或以上版本,SERVICEPACK3、SERVICEPACK4,IE4.01或以上版本。
数据库支撑软件:
Sybase公司的SQLAnywhere。
应用软件:
MACS专用组态软件,MicrosoftExcel,可选装MACS专用操作员站软件。
3.功能
组态:
完成数据库等组态;
下装:
将组态后的数据下装到服务器,操作员站等;
离线查询:
查询历史数据。
1.2操作员站
1.硬件环境
CPUPentiumⅢ350及以上,RAM128M,软驱1.44M,光驱,可选单屏显示卡或多屏显示卡,彩色CRT,分辨率1280*1024或1024*768,256色,刷新频率85HZ,鼠标或轨迹球,专用键盘,以太网卡2块,工业机箱。
2.软件环境
系统平台:
中文WindowsNT4.0workstation或以上版本,SERVICEPACK3、SERVICEPACK4,IE4.01或以上版本。
应用软件:
MACS专用操作员站软件,MACS专用打印处理软件,MicrosoftExcel。
3.功能
图形显示:
流程图显示、趋势显示、日志显示,可打开多个窗口,实现会话操作;
控制调节:
进入控制调节窗口,修改参数,切换控制方式等;
打印:
屏幕拷贝打印,报表打印。
1.3服务器
1.硬件环境
CPUPentiumIII500及以上,RAM256M,软驱1.44M,彩色CRT分辨率1280*1024或1024*768,256色,键盘,鼠标,以太网卡4块,可擦写光驱。
2.软件环境
系统平台:
中文WindowsNT4.0Server或以上版本,SERVICEPACK3、SERVICEPACK4,IE4.01或以上版本。
应用软件:
MACS系统服务器软件。
3.功能
对系统数据库进行集中管理,为各站的数据请求提供服务,还提供数据存档功能。
1.4现场控制站
1.硬件环境
CPUPentium233及以上,RAM8M,DP总线和以太网卡。
2.软件环境
操作系统平台:
QNX实时操作系统。
应用软件:
MACS现场控制站专用实时控制软件和I/O单元运行软件。
3.功能
数据采集和过程控制。
1.5网络
企业管理网(E-NET)
由10M/100M高速冗余以太网络构成,用于企业级的信息系统管理。
监控网络(M-NET)
由10M/100M高速冗余以太网络构成,用于系统服务器与工程师站、操作站、高级计算站等的连接。
完成工程师站的数据下装,操作员站、高级计算站等的在线数据通讯。
系统网络(S-NET)
由10M/100M高速实时以太网络构成,用于系统服务器与现场控制站、通信控制站等的连接。
完成现场控制站、通信控制站的数据下装,服务器与现场控制站、通信控制站之间的实时数据通讯。
控制网络(C-NET)
由ProfiBus-DP构成,可兼容CAN、FF、MODBUS等多种现场总线网络,用来与现场控制站主控单元和过程I/O单元通信,完成实时输入、输出数据传送服务的专用网络系统。
2现场控制站结构
(a)正面配置图(b)背面配置图
1.主控单元组件
主控单元组件安装在机柜正面上部,其上装冗余主控单元、集线器、空气开关等设备。
主控单元是系统网络和控制网络之间的枢纽,完成现场控制站中除实时数据输入/输出外的各项工作。
主控单元内多功能接口卡上带有网络接口,用以同各个I/O模块进行通信。
主控单元支持带电插拔和冗余配置。
主控单元为220V供电。
2.I/O模块
在机柜的正反面可各安装三列导轨,最多有54个安装位,正面最多有30个安装位,背面最多有24个安装位,但一般最多安装50个I/O模块,(终端匹配器占用两个安装位,DP重复器占用一安装位,如有热电偶补偿模块也需占用一安装位)。
I/O模块是完成与现场信号的连接、对输入信号进行的采集与转换、对输出信号进行限幅等处理的智能单元。
3.电源组件
电源组件放置在机柜反面的上部,可安装12个FM191分布式电源模块。
MACS系统中电源模块主要为I/O模块供电。
2.1供电
1.现场控制柜外的供电
把现场的220VAC电源连接至控制室的配电箱,再由配电箱转接送入MACS系统。
现场提供的两路电源,一路由UPS来,另一路由厂区保安段来。
同时进配电柜,配电单元有专用的电源冗余切换装置,保证系统供电电源的输出。
如图所示。
2.现场控制柜内的供电
下面说明电源端子排应如何连线,分单路供电和双路供电两种情况。
2P402型现场控制柜单路供电的电源端子排接线图
1.若现场控制站为单路供电,电源分线端子排接线如图所示。
图中,L为火线,N为零线,CG为现场控制站的保护地线,即用导线将电源分线端子排的保护地端子与机架相连。
电源端子排的输出端从左至右排序号,分别连接至各设备,其对应关系如表所示:
单路供电的电源端子排接线表
电源端子排输出端
连接设备
1,2,3
电源模块1
4,5,6
电源模块2
7,8,9
电源模块3
……
……
34,35,36
电源模块12
40,41,42
集线器
43,44,45
集线器
46,47,48
风机
49,50,51
主控单元1
52,53,54
主控单元2
2P402型现场控制柜双路供电的电源端子排接线图
2.若现场控制站双路供电,电源端子排接线如图所示。
电源端子排的输出端子与连接设备的对应关系如表所示:
双路供电的电源端子排接线表
电源端子排输出端
连接设备
1,2,3
电源模块1
4,5,6
电源模块2
7,8,9
电源模块3
……
……
34,35,36
电源模块12
40,41,42
集线器
43,44,45
集线器
46,47,48
风机
49,50,51
主控单元1
52,53,54
主控单元2
交流220V电源线的连接步骤为:
1.交流220V电源由现场控制柜正面左下方的电源输入端子进入现场控制站,并连接至现场控制柜正面上方的空气开关的输入端,若要求双路电源供电,则应将现场提供的双路交流电源接入现场控制站,并连接到两个空气开关上;
2.把空气开关的输出端连接至机柜背面的电源分线端子排上;
电源分线端子排从左至右最多可安装54对输入、输出端子,每对输入、输出端子均有开关控制。
3.把电源分线端子排的输出端连接至需220VAC供电的设备上。
现场控制柜内部一般只有电源模块和风机单元需要220VAC供电,但某些主控单元、集线器也有可能需要220VAC供电,具体连线时应参考系统的配置情况。
❒将220VAC电源分线端子排的输出端子连接到电源模块的电源输入端;
❒将220VAC电源分线端子排的输出端子连接到风机的电源输入端;
❒将220VAC电源分线端子排的输出端子连接到集线器/光端机或主控单元的电源输入端(如果该集线器为220VAC供电)。
2.2接地
1.保护地
MACS现场控制柜的保护地铜块与现场控制柜相连,各个现场控制柜的保护地之间可以通过铜导电缆(φ6以上)串联在一起,最后一点接入大地。
“保护地”接地电阻应小于4欧姆。
2.屏蔽地
“屏蔽地”通过柜内各个分汇流排汇入总汇流排,再一点接入大地。
现场信号的屏蔽层要求单端接到屏蔽地汇流排。
通讯电缆屏蔽层也要与屏蔽地汇流排连接。
接地电阻小于4欧姆。
3各模块的介绍
现场控制站主要由FM191电源模块,FM811主控模块,通用智能I/O模块等构成。
I/O模块按功能分为多种类型,如表所示。
现场I/O模块的类型
代号
模块名称
防混销号
FM131
普通端子模块
FM131R
冗余模出端子模块
FM131R-AI-I
电流型冗余模入端子模块
FM131R-AI-U
电压型冗余模入端子模块
FM141
八路大信号模拟量输入模块
1
FM142
八路热电偶模拟量输入模块(单端输入)
2
FM143
八路热电阻模拟量输入模块
5
FM144
四路隔离型模拟量输入模块
1
FM145
八路外供电模拟量输入模块
3
FM146
DEH伺服单元
FM147
八路热电偶模拟量输入模块(差动输入)
3
FM151
八路模拟量输出模块
4
FM151R
六路冗余模拟量输出模块
4
FM161
十六路触点型开关量输入模块
1
FM161-48
十六路触点型开关量输入模块
1
FM162
八路脉冲量输入模块
1
FM163
汽机转速测量模块
1
FM171
十六路继电器开关量输出模块
6
FM172
八路晶体管开关量输出模块
6
FM181
单回路调节模块
7
FM182
电动执行器控制模块
7
FM192-TR
DP有源终端匹配器
FM192-CC
热电偶冷端补偿模块
每个I/O模块的前面板都有运行灯(标为RDY)和通讯指示灯(标为COM)。
RDY亮表示本模块的CPU工作正常,COM亮表示本模块的通讯芯片工作正常,RDY和COM的各种状态组合,对应着本模块的各种状态,如表所示。
MACS系统现场I/O模块前面板的RDY和COM指示灯
面板指示灯RDY和COM的组合及含义
RDY
COM
含义
闪
灭
CPU工作正常,等待初始化或未得到正确的初始化数据,通讯未建立。
灭
灭
未上电或CPU坏。
亮
亮
一切正常。
亮
灭
通讯线路故障
闪
亮
通讯已建立,模块未得到正确的初始化数据(FM181模块专用状态)
闪
亮
通讯已建立,模块为从状态,闪动速度为1-2秒/次(FM151R模块专用状态)
间隔
亮
通讯正常,并且模块为主模块状态,而且通道输出或有故障或电流输出为开路。
亮3次(每次0.5秒),灭2次。
如此反复重复(FM151R模块专用状态)
I/O模块的技术特点
❒采用ProfiBus-DP现场总线通讯协议,通讯速率达到1.5Mbps。
❒支持实时的状态显示。
可实时显示本模块的运行状态和通讯状态。
❒支持带电插拔。
在系统加电的情况下插拔本模块,不会影响系统的正常运行,也不会损坏本模块。
❒周期性的故障检测。
定期检测模块自身CPU的工作状态。
一旦CPU出现故障,在保证安全的前提下,WATCHDOG电路可使模块复位。
❒具备较完备的保护功能。
这些保护功能包括:
通道电流过载保护、DC24V反压保护、通讯线钳压保护、通道过压保护。
3.1主控单元FM811
3.1.1说明
FM811MACS主控单元为单元式模块化结构,它具备较强的数据处理能力和网络通信能力,是MACS系统现场控制站的核心单元。
FM811能够支持冗余的双网结构(以太网)。
通过以太网与MACS系统的服务器相连,FM811还有ProfiBus-DP现场总线接口,与MACS系统的I/O模块通信。
主控单元一般为冗余设置,以提高系统的可靠性。
3.1.2结构
FM811MACS主控单元主要由以下几部分组成:
机壳、无源底板、CPU卡、100M以太网卡(三块)、FB193多功能卡、电源模块、FB121DP主站卡、FB194状态显示卡。
3.1.3前面板
主控单元的前面板如图所示:
主控单元的前面板图
主控单元的前面板上的状态灯如图所示:
主控单元的前面板状态灯
主控单元的状态灯的说明:
POWER(绿灯)
“亮”表示主控单元电源打开。
STANDBY(黄灯)
“亮”在双机系统中表示从机。
RUN(绿灯)
“亮”表示主控单元处于在线运行状态,在双机系统中表示主机。
“闪”表示主控单元处于在线运行状态,在双机系统中表示从机。
ERROR(红灯)
“亮”表示主控单元运行错,“闪”表示无数据库。
SNET1(黄灯)
“亮”表示系统网(以太网)数据交换。
SNET2(黄灯)
“亮”表示系统网(以太网)数据交换。
CNET(黄灯)
“亮”表示该机为主机,对控制网有控制权,并与DP链路上的I/O模块通讯正常;
“灭”表示该机为从机,对控制网无控制权。
RNET(黄灯)
“亮”表示双机(以太网)数据交换。
RESET
复位键。
其中,主/从机表示双机在线运行时的状态。
RUN、STANDY和CNET灯各种状态组合在一起,可以表示出不同的运行状态。
❒STANDY亮,RUN与CNET灯灭:
现场控制站正在等待下装数据库,如长时间处于该状态,请检查系统网是否正常工作,其次,查看现场控制站掉电保护拨码开关是否设置。
❒RUN、STANDY和CNET灭
正在对控制网进行初始化。
如果长时间处于该状态,可能会有以下几种故障状态:
1)通讯线路连接有误。
2)DP从卡全都配置有误,致使对控制网初始化不成功。
3)DP主站卡有问题,如其地址跳线未跳、该卡上的元器件坏等。
❒RUN和CNET亮,STANDY灭
该机对控制网有控制权,现在正在正常运行。
❒RUN亮,STANDY闪,CNET灭
该机正处于热备份状态,可以随时切换为工作机
❒RUN亮,STANDY和CNET灯灭
运行过程中,控制网出现问题,如所有从站模块在运行过程中突然掉电等。
若出现其它状态,则为异常状态,应急时与系统管理人员联系
3.1.4背面
主控单元背面连接器说明
主控单元的背面板如图所示:
主控单元的背面板图
说明
1.三块以太网卡的接口顺序
背面从左到右依次为:
168网段接口(系统网A网),178网段接口(系统网B网),双机数据备份线接口。
双机数据备份线的连接关系如表所示。
双机数据备份线的连接关系
插头1#
线颜色
插头2#
1
橙白
3
2
橙
6
3
绿白
1
4
蓝
4
5
蓝白
5
6
绿
2
7
棕白
7
8
棕
8
2.FB193板拨码开关的设置
1)第1~6位(从下到上)用于设置主控单元站号,ON为0,OFF为1。
换算方法如下:
站号=20*K1+21*K2+22*K3+23*K4+24*K5+25*K6
其中Ki=0表示开关拨到ON位置,Ki=1表示开关拨到OFF位置,i=1~8。
2)第7位设置掉电保护是否有效,ON为掉电保护有效。
3)第8位当为双机系统时设置A/B机,ON为A机,OFF为B机。
A/B机表示双机在系统网上的节点地址的相对关系。
原理如下:
以10号现场控制站为例:
A机在整个系统网上的节点号为:
0.10,则B机在整个系统网上的节点号为:
0.138。
可见,B机即由10+27*K8=10+128*1=138,从而得到0.138。
其它站类推。
3.1.5DP主站卡
DP主站卡是FM811主控单元内的一块插卡,是一块智能DP协议卡,能完成ProfiBus-DP协议链路层和物理层功能,减轻主站CPU的负担。
一块DP卡最多能接22个从站,若加中继器,总线最多可达126个站。
建议串联的中继器不超过3个
3.1.6使用时的注意事项
1.当因故拆卸其中一台主控单元时,应首先切断该主控单元的电源,再拔出双机冗余线及其它通讯电缆。
2.当已有一台主控单元处于运行状态,再安装一台备份的主控单元时,应按以下方法进行:
先将主控单元固定在机柜上并设置好拨码开关,然后接好冗余电缆和其它通讯线,最后再接入电源。
3.当两台冗余主控单元处于运行状态时,绝对不允许带电拔插双机冗余电缆。
4.主控单元背面板上的所有连接端口都要用固定螺钉固定好,以保证各个连接器良好的连接。
5若遇特殊情况(如维修)需拆卸主控单元内部模板的情况,在重新安装应注意上好模板的固定螺钉和固定模板的压条。
6定期清洗主控单元前面板的过滤网,以保证机箱内部良好的通风。
7当主控单元出现异常情况时,应做好故障记录,并移交专业人员进行故障诊断处理和维修。
3.2电源模块FM191
FM191电源模块是一种开关电源,体积小、重量轻、变换效率高,它为MACS系统现场控制站的I/O模块提供+24V电源。
模块具有完善的保护电路。
输入部分模块采用可熔断保险丝进行过电流保护,当输入端电流大于3A且持续时间较长(毫秒级)时,保险丝熔断,以保护后级电路及器件。
模块还采用防雷击保护管进行过电压保护。
使用防雷击器件进行瞬间过电压保护,主要防止雷电等瞬间高电压的引入损坏电路。
输出部分使用自恢复保险丝防止输出过流损坏输出级器件,使用压敏电阻进行输出过压保护。
3.3终端匹配器FM192-TR
FM192-TRDP总线终端匹配器模块是为MACS系统配套设计的,用于DP总线终端匹配。
模块为+24V供电,利用电阻消除信号不匹配,以克服干扰,提高通讯质量。
四针连接器如图所示。
端子说明
四针连接器信号定义如表所示:
序号
定义
1
+24V
2
GND
3
DP通讯正端
4
DP通讯负端
3.4热电偶冷端补偿模块FM192-CC
FM192-CC热电偶冷端补偿模块用于测量端子温度进行冷端补偿。
供FM147使用。
四针连接器、四孔连接器、T型端子如图所示。
端子说明
四针(孔)连接器信号定义如表所示:
序号
定义
1
+24V
2
GND
3
DP通讯正端
4
DP通讯负端
T型端子信号定义如表所示:
序号
定义
1
DP通讯正端
2
冷端补偿电压输出正端
3
DP通讯负端
4
冷端补偿电压输出负端
FM192-CC在软件上供FM147使用,在硬件上与FM141/FM148AB相连。
与FM141模块或FM148AB模块连接关系如图所示。
与FM141模块或FM148AB模块连接关系
3.5底座
底座共有四种,分别为普通端子模块FM131、冗余模出端子模块FM132、FM134电压型冗余模入端子模块、FM133电流型冗余模入端子模块。
下面分别介绍。
3.5.1普通端子模块FM131
1.外形
FM131的外形如图所示。
FM131前视图
FM131后视图
2.防混销的设置
沿顺时针方向旋转底座上的防混销,使其指向正确的位置。
底座上的防混销位置应与I/O模块上的防混销孔一致。
3.地址拨码开关的设置
模块通讯地址二进制位与拨码开关位置的对应关系
按照预定的模块通讯地址的二进制值,设定底座上的8位拨码开关。
当拨码开关的某位置于“ON”位置时,对应位的二进制值为“0”,置于“OFF”则为“1”,拨码开关的低位对应于模块地址二进制值的低位。
第8位在冗余使用时有效。
模块通讯地址二进制位与拨码开关位置的对应关系如图所示(图中拨码开关位置对应的模块通讯地址为120或0x78)。
3.5.2冗余模出端子模块FM132
1.外形
2.防混销的设置
同FM131模块的“防混销的设置”说明。
本模块的两个防混销均要拨成一致。
3.地址拨码开关的设置
本模块有两个拨码开关,其中拨码开关的第8位用于主从的判断,两个模块拨码开关的第8位必须拨成不一样,即一个拨成ON,设置最高位为“0”,一个拨成OFF,设置最高位为“1”,其余7位拨具体地址,主从模块的地址必须不一样。
3.5.3FM134电压型冗余模入端子模块、FM133电流型冗余模入端子模块
外形结构、防混销设置和拨码开关地址的设置与FM132相同。
3.6八路大信号模拟量输入模块FM141
3.6.1说明
该模块是8路模拟大信号输入单元,是MACS现场控制站的通用I/O模块中的一种。
它采用智能的模块化结构,可以对8路差动0-10mA/4-20mA/0-5V/0-10V模拟信号高精度转换,并通过通信接口(ProfiBus-DP)与主控单元交换数据。
FM141的输入为差动输入,每一通道可接入电压型或电流型信号。
电压信号(电流信号经过模块也转换为电压信号)经过电阻分压,滤波等处理,转换为合适的输入信号送入AD转换器,AD转换结果送入CPU处理,然后由DP通讯接口与主控单元交换数据。
3.6.2端子定义
该模块与FM131底座连接构成完整的I/O模块,通过底座的接线端子连接现场信号。
说明:
V+为模块供电电源的+24V;GN为供电电源的地;
C+、C-为通讯的正、负信号;
In+、In-表示现场电流信号正负输入端(n=0~7);
Vn+、Vn-表示现场电压信号正负输入端(n=0~7)。
在同一通道不可同时输入Vn+/-(电压信号)和In+/-(电流信号)(n=0~7)。
3.6.3接线
电压型输入:
FM141任一路电压型输入信号的连接(n=0~7)
电流型输入:
FM141任一路电流型输入信号的连接(n=0~7)
3.7八路模拟量输入模块FM148A/FM148B
3.7.1说明
模块是8路模拟量大信号输入单元,是MACSTM现场控制站的通用I/O模块中的一种。
它采用智能的模块化结构,可以完成8路模拟信号高精度转换,并通过通信接口(ProfiBus-DP)与主控单元交换数据。
FM148A用于实时处理8路4~20mA/0~10mA/0~5V输入信号。
FM148B用于实时处理8路4~20mA/0~10mA/0~5V/0~10V输入信号。
3.7.2端子定义
该模块与FM131底座连接构成完整的I/O模块,通过底座的接线端子连接现场信号。
说明:
V+为+24V电源,GN为外接地;
C+、C-为通讯的正、负信号;
VCn为外供电电源+24V输出端(n=0~7);
Gn为输入信号公共端(n=0~7);
Vn+表示电压信号输入端(n=0~7);
In+表示电流信号输入端(n=0~7)。
3.7.3接线
电流型输入
二线制电流设备和四线制电流设备现场信号与模块的连接方法如图所示。
FM148A/FM148B任一路二线制现场设备输入信号的连接(n=0~7)
FM148A/FM148B任一路四线制现场设备输入信号的连接(n=0~7)
电压信号连接
3.8FM148R八路冗余模拟量输入模块
3.8.1说明
该模块是8路冗余模拟量输入单元,是MACSTM现场控制站的通用I/O模块中的一种。
它采用智能的模块化结构,可以完成8路模拟信号高精度转换,并通过通信接口(ProfiBus-DP)与主控单元交换数据。
FM148R用于实时处理8路冗余0~5V电压、两线制和四线制4~20mA,0~10mA电流输入信号。
3.8.2端子定义
电流信号
当FM148R用于电流信号冗余输入时,需要配用电流型冗余模入底座FM133,两块FM148R配一块FM133底座,实现8路电流信号的输入。
FM148R通过底座FM133与现场电流信号连接时,FM133端子定义如图所示。
说明:
V+为+24V电源,GN为外接地;
C+、C-为通讯的正、负信号;
VCn为外供电电源+24V输出端(n=0~7);
In+表示电流信号的正输入端(n=0~7);
In-表示电流信号的负输入
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