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FCU711-S控制器使用說明及工程應用


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3使用說明

3.1結構簡圖

3-1控制器FCU711-S單元結構圖

如圖3-1所示,控制器單元由一對冗餘控制器和1個基座構成。控制器FCU711-S的配套基座為MB712-S。控制器上設有掉電保護電池,面板上設有狀態指示燈。基座作為控制器與其它部件的連接接口,具備供電、連接I/O總線、連接SCnet網絡、連接時鐘同步秒脈衝信號等功能,並可設置控制器過程控制網網絡地址。基座上提供了8盞網絡連接狀態指示燈,指示過程控制網、擴展I/O總線的連接狀態。

3-1控制器基座接口說明

3.2外形尺寸

控制器單元由控制器模塊與控制器基座組成,其外形尺寸如圖3-2所示。

3.3指示燈說明

將控制站硬體組態、位號組態、控制演算法下載到控制器之後,控制器立即按照組態進行工作。通過檢查控制器面板指示燈狀態或者使用故障診斷軟體可以確定控制器是否正常工作。FCU711-S面板上提供 6個指示燈,可以指示出控制器的基本狀態,具體含義如表3-2所示。

3.4撥碼開關說明

控制器作為過程控制網上的一個節點,在開始正常工作之前,必須設定其在過程控制網上的 IP地址,一對冗餘的控制器僅需設定一個 IP地址,系統自動將相鄰的一對IP地址分配給一對冗餘的控制器。控制器IP地址設置包括域外地址設置和域內主機地址設置,域地址和域內主機地址均在控制器基座MB712-S上設置,如圖3-3所示。

IP地址格式為172.子網地址.域地址.域內主機地址:

  • 子網地址:20或者2120對應過程控制網A21對應過程控制網B。兩個子網互為冗餘,同時工作。

  • 域地址:015。通過域地址撥號開關SW1可設置域地址,如表3-3所示。

  • 域內主機地址:2127。通過域內主機地址撥號開關SW2可設置域內主機地址,如表3-4所示。

3.5接線說明

3.5.1電源連接和秒脈衝同步線連接

時鐘同步和電源接線端子結構如圖3-4所示。

控制器基座採用兩路冗餘 24V電源供電,系統電源與系統電源接線端子的對應關係如表3-5

時鐘同步端子CLK+CLK-用來接入外部時鐘同步信號。

需要使用SOE的應用場合,必須配備授時儀,並將授時儀發出的秒脈衝信號轉換成差分信號接入到FCU711-S中,從而進行時鐘同步,確保SOE時間的準確性。

  • CLK+:秒脈衝差分信號高電平

  • CLK-:秒脈衝差分信號低電平

在對控制器時鐘精度要求較低的場合,可不接秒脈衝同步線,使用SNTP服務器同步控制站時鐘即可。

3.5.2過程控制網連接

過程控制網使用高速冗餘工業以太網,網絡拓撲結構為總線形結構或星形結構。在單個控制域內最多可連接60對控制器(冗餘配置),如圖3-5所示。

控制器與過程控制網SCnet的連接示意圖如圖3-6所示,通過RJ45線,將冗餘控制器的A網絡通信接口(基座上標註為SCnet A)、B網絡通信接口(基座上標註為SCnet B),分別連接到A網交換機、B網交換機即可。控制器網絡正常連接後,控制器基座上相應網口指示燈將閃爍。

過程控制網(SCnet)通信接口:

  • 雙網冗餘

  • 通訊速率:100Mbps全雙工

  • 連接器:RJ45

  • 連接電纜:CAT5eUTP

3.5.3本地I/O總線連接

本地 I/O總線為冗餘網絡,拓撲結構為總線形結構。本地I/O總線連接 I/O模塊與控制器(或I/O連接模塊)。本地 I/O總線可連接64I/O模塊。

控制器可通過本地I/O總線連接4個機架,每個機架可插裝16I/O模塊,本地I/O總線與控制器及機架的連接如圖3-8所示。本地I/O總線所連接的最後一個機架需要加終端匹配電阻。

基座MB712配置有一對本地I/O總線冗餘端口(標註為L-BusAB),通過DB15線連接到系統櫃中的機架上,實現控制器與系統櫃內I/O模塊直接通信。

本地I/O總線通信接口:

  • 雙網冗餘

  • 通訊速率:1Mbps×2×2半雙工

  • 連接器:DB15

  • 連接電纜:  SUPCON出廠配套電纜

3.5.4擴展I/O總線連接

擴展I/O總線為冗餘網絡,拓撲結構為總線形結構或星形結構。擴展I/O總線連接同一控制站內的所有I/O連接模塊、通信模塊以及控制器。一對冗餘的控制器最多可通過擴展I/O總線連接7個(或7對冗餘)I/O連接模塊或者通信模塊。如圖3-10所示。

將連接控制器的冗餘擴展I/O總線分別連接到擴展I/O總線A網交換機和B網交換機,同時將連接各處I/O連接模塊或者通信模塊的冗餘擴展I/O總線也連接到A網交互機和B網交換機後,控制器即建立起與I/O連接模塊或者通信模塊的物理連接,如圖3-11所示。

擴展 I/O總線通信接口:

  • 雙網冗餘

  • 通訊速率:100Mbps全雙工

  • 連接器:RJ45

  • 連接電纜:CAT5eUTP

3.6基座選型

FCU711-S控制器配套基座型號為MB712-S

3.7安裝維護說明

3.7.1模塊裝卸

先將 MB712-S基座安裝在機櫃指定位置。FCU711-S安裝在MB712-S基座上。一個MB712-S基座可安裝2個互為冗餘的控制器(採用單控制器工作方式時,可安裝在基座的任一插槽中)。

基座的安裝

A. 基座在平板上的安裝

① 在平板的4個螺孔上上螺釘,但不能擰緊。方法是先順時針方向把螺釘擰緊,再逆時針方向擰松35圈。

② 檢查基座。基座下端應有金屬安裝板,背部應無金屬LATCH,如有不符,應立即修改之。

③ 安裝基座。將基座底部的葫蘆孔和金屬安裝板的半孔掛到平板的螺釘上,小心調整基座平整,然後緊固之。

B. 基座在機架導軌上的安裝

① 將基座底部的定位塊對齊機架導軌相應的定位槽。

② 小角度傾斜將定位塊卡入機架導軌的定位槽中。

③ 旋轉基座,將基座推嚮導軌平行,當聽到“咔嚓”一聲時,說明在導軌定位槽及基座LATCH作用下,基座已經安裝到位。

基座的拆卸

A.拆卸平板上安裝的基座

① 逆時針方向分別擰松安裝螺釘35圈。

② 小心上移基座至葫蘆孔大孔對準螺釘、金屬安裝板半孔脫離螺釘,保持基座正面與平板平行,沿螺釘軸線方向將基座移開至基座完全脫離螺釘。

③ 取走基座。

B.拆卸機架導軌上安裝的基座

 用一字螺絲刀鬆開基座LATCH,以基座底部定位塊處為基點旋轉基座。

 用手扶住基座,當基座底部的20PIN端子與機架母板脫開後移走基座。

模塊在基座的安裝

 安裝模塊前,先在基座上設置撥碼開關地址。

 裝入模塊。將模塊上端鉤入基座,下端因歐插的緣故使模塊脫離基座,用力旋轉模塊至模塊下端接觸到基座上,當聽到咔嚓一聲時,說明模塊已經安裝到位。

 緊固模塊。擰緊模塊下端的螺釘。

模塊在基座的拆卸

① 擰松模塊下端與底座的固定螺釘至螺釘剛好脫離基座。

② 拔出模塊。用手用力拔出模塊,使模塊下端脫離底座,上端鉤在基座孔內。

③ 取走模塊。當確保模塊底部的歐插座完全脫離底部歐插時,小心操作模塊,取走模塊。

3.7.2更換掉電保護電池

FCU711-S具備掉電保護功能,只要在如圖 3-16  所示的控制器中安裝電池,則在控制器掉電之後的一段時間內,控制器中的組態資料、過程資料不會丟失。電池在控制器斷電情況下最少工作時間為1個月。電池型號為CR2032(供電電壓3.0V),可在線更換。電池的“+極朝上。每三個月至半年更換一次電池。

電池安裝的步驟如下:

1)戴上防靜電手腕,釋放人體靜電。

2)將控制模塊下端的外殼掀開,如圖3-16所示;

3)將電池放入電池槽中,電池的+極朝上。(此時的電池處於傾斜狀態,有金屬Latch的一端向外傾斜,另一端處於電池槽底部,如圖3-17所示)。

4)按住電池(靠近金屬Latch的一端),聽到一聲,說明金屬Latch已將電池扣住,電池安裝完成,如圖3-18所示。

電池拆卸的步驟如下:

1)先釋放人體靜電,例如觸摸機櫃10s

2)將金屬Latch向電池槽外部的方向推,此時電池在底部金屬作用下被往外推,金屬Latch鬆開扣住的電池(此時電池的狀態與安裝時的第二步狀態類似)。

3)取出電池即可。

3.7.3控制器斷電恢復(適用於FCU711-S V11.17.00

控制器斷電恢復後的啟動樣式分為瞬時斷電和冷啟動。

  • 瞬時斷電:控制器掉電時間在組態冷啟動時間項設置的時間內且上電自檢正常。當控制器發生瞬時斷電時,其組態、實時資料均保持不變。硬體組態中設置為按預置值輸出AO/DO通道對應的AO/DO位號初始化為進入故障安全狀態,待人工確認後才輸出當前程式運算值;硬體組態中設置為輸出保持AO/DO通道對應的AO/DO位號直接輸出當前程式的運算值。

  • 冷啟動:控制器掉電時間超出了組態冷啟動時間項設置的時間,或者控制器掉電時電池失效(或無電池)。冷啟動時控制器對內部控制狀態和模塊輸出狀態進行初始化,恢復到安全的狀態。若冷啟動時控制器掉電保護電池失效,則啟動後需要重新下載組態;若冷啟動時控制器掉電保護正常,則冷啟動後硬體組態中設置為按預置值輸出AO/DO通道對應的AO/DO位號初始化為進入故障安全狀態,輸出故障安全值,待人工確認後才輸出當前程式運算值;硬體組態中設置為輸出保持AO/DO通道對應的AO/DO位號初始化為手動狀態,DO位號輸出值初始化為OFFAO位號輸出值根據氣開/氣關特性輸出0%100%

3.7.4控制器重啟(適用於FCU711-SV11.19.00

控制器故障重啟的啟動樣式分為冷啟動、瞬時斷電和熱啟動三種。

1)冷啟動

控制器掉電時間大於5秒後重新啟動或者掉電保護電池失效情況下掉電重啟,稱為冷啟動。

掉電保護電池失效情況下控制器冷啟動時,系統需要重新下載組態。

若冷啟動時控制器掉電保護電池工作正常,則啟動後8秒內回讀I/O模塊的輸出值,回讀結束後,控制器輸出特性如下:

1若掉電前AO位號處於非強制狀態,當AO位號上游與控制功能塊相連時,輸出回讀值;當AO位號上游未與控制功能塊相連時,輸出程式運算值。

2、若掉電前AO位號處於強制狀態,無論AO位號上游是否與控制功能塊相連,均輸出回讀值。

3、若掉電前DO位號處於非強制狀態,輸出程式運算值。

4、若掉電前DO位號處於強制狀態,輸出回讀值。

2)瞬時斷電

控制器掉電時間小於5秒且上電自檢正常的情況下掉電重啟,稱為瞬時斷電。

控制器瞬時斷電前後,掉電保護電池正常,控制器內的資料保持不變,啟動後  8秒內回讀I/O模塊的輸出值,回讀結束後,控制器輸出特性如下:

1、若掉電前AO位號處於非強制狀態,當AO位號上游與控制功能塊相連時,若功能塊回退樣式設置為手動回退,則輸出回讀值;若功能塊回退樣式設置為自動回退,則輸出程式運算值。

2、若掉電前AO位號處於強制狀態,無論AO位號上游是否與控制功能塊相連,均輸出回讀值。

3、若掉電前DO位號處於非強制狀態,輸出程式運算值。

4、若掉電前DO位號處於強制狀態,輸出回讀值。

3)熱啟動

控制器在未掉電的情況下發生複位引起的重啟,稱為熱啟動。

控制器內的資料在熱啟動前後保持不變,啟動後從複位前的狀態繼續運算輸出,保證控制的連續性和穩定性。

 

3.7.5指示燈故障現象分析及解決方法

通過FCU711-S的面板指示燈可初步確定控制器是否存在故障以及確定初步的故障源,各指示燈的狀態指示現象分析及處理方法如表3-6所示。

3.8冗餘說明

控制器採用1:1的熱備份冗餘方式保證可靠性。互為冗餘的一對控制器中,在運行時其中一個控制器處於工作狀態,另一個控制器處於備用狀態。控制器通過其內部高速可靠的冗餘通訊裝置保證兩冗餘控制器間的組態、資料、運行周期保持一致。

互為冗餘的控制器能夠在發生故障的情況下自動根據故障的嚴重情況進行冗餘切換,冗餘切換的結果最終使無故障(或故障最輕)的控制器運行在工作狀態,從而保證系統的可靠性。

 

3.9控制器組態實現

控制器組態須先在“系統結構組態”界面中添加控制器,並設置主機地址,如圖3-20所示。控制站所在域的位置確定了控制器的域地址。

控制器引數組態在硬體配置界面中完成。硬體配置界面如圖3-21所示。在此界面中可組態的內容有:控制器冗餘與否?過程控制網和擴展I/O總線冗餘與否?除錯樣式,掃描周期等等。

組態詳細說明參見《系統結構組態軟體使用手冊》和《硬體組態軟體使用手冊》。

3.10控制器狀態診斷

通過系統狀態診斷軟體可以直觀顯示當前控制站中控制器的工作情況。控制器診斷包括:運行狀態、硬體信息、組態信息、通訊信息、版本信息、統計信息、時間記錄和本地IO連接模塊。

診斷畫面的詳細說明參見《系統狀態診斷軟體使用手冊》。

控制器發生故障時,根據故障型別可採用如下解決方法:

1、過程控制網網絡故障、I/O總線故障:檢查網絡是否正確連接;

2、組態出錯:按故障診斷軟體中的提示,檢查相應部件的組態是否正確;

3、控制器運行時間超時:檢查I/O位號是否過多、檢查用戶程式邏輯是否正確、檢查用戶程式是否過大;

4、硬體故障:需要維修硬體。

 

4工程應用

4.1應用註意事項

1、在使用FCU711-S之前,應安裝掉電保護電池,以確保在系統掉電的情況下,可保持組態及過程資料。

2、完成FCU711-S的組態,並下載用戶程式之後,應使用狀態診斷軟體檢查控制器CPU負荷,確保CPU負荷低於70%。在快速邏輯控制場合,還需要檢查每一頁普通周期用戶程式的運行時間,確保不超過10ms

3、在組態下載過程中控制器不能斷電,否則導致組態丟失。

4.2故障處理

控制器單元具有強大的故障自檢及處理能力,不同的故障型別有不同的處理方式,故障型別可以分為以下幾類:

  • I/O模塊通道級故障

  • I/O模塊模塊級故障

  • I/O模塊與控制器通訊故障

I/O模塊通道級故障

I/O模塊通道級故障指模塊僅某通道發生故障(如斷線、短路),其它全部正常的情況。

I/O模塊發生通道級故障時,位號的故障處理如下:

  • AI位號:立即進行故障處理,產生ERR報警,輸出故障值。故障處理可以在位號組態軟體中選擇保持、置量程上限和置量程下限。

  • DI位號:立即進行故障處理,產生ERR報警,輸出故障值。故障處理可以在位號組態軟體中選擇保持、置ON或置OFF

  • AO位號:延時8秒進入故障安全狀態,產生ERR報警,輸出保持或輸出預設值。通道故障安全樣式在硬體組態軟體中選擇。

  • DO位號:延時8秒進入故障安全狀態,產生ERR報警,輸出保持或輸出預設值。通道故障安全樣式在硬體組態軟體中選擇。

I/O模塊模塊級故障

I/O模塊模塊級故障包括模塊丟失、型別不一致,組態不一致和重故障。

I/O模塊發生模塊級故障時,位號的故障處理如下:

  • AI位號:延時8秒進行故障處理,產生  ERR報警,輸出故障值。

  • DI位號:延時8秒進行故障處理,產生  ERR報警,輸出故障值。

  • AO位號:延時8秒進入故障安全狀態,產生ERR報警,輸出保持或輸出預設值。

  • DO位號:延時8秒進入故障安全狀態,產生ERR報警,輸出保持或輸出預設值。

I/O模塊與控制器通訊故障

AO/DO模塊與控制器通訊中斷大於5秒後,將進入故障安全狀態,根據組態輸出保持或輸出預設值。

導致I/O模塊與控制器通訊中斷的原因包括I/O模塊與控制器或遠程節點之間的  L-BUS通訊故障、控制器與遠程節點之間的 E-BUS通訊故障、遠程節點故障等故障。

系統運行過程中,控制器與AO/DO模塊通訊中斷:

  • 當通訊中斷時間小於5秒時:中斷期間,AO/DO模塊輸出保持,通訊恢復後立即輸出程式運算值。

  • 當通訊中斷時間在58秒期間時:中斷期間,AO/DO模塊先輸出保持,5秒後輸出故障安全值,通訊恢復後立即輸出程式運算值。

  • 當通訊中斷時間大於8秒時:中斷期間,AO/DO模塊先輸出保持,5秒後輸出故障安全值,AO/DO位號8秒後進入故障安全狀態,輸出故障安全值,通訊恢復後,AO/DO位號自動退出故障安全狀態,若上游與迴路或手操器相連,迴路或手操器進入MAN狀態,輸出故障安全值;若上游未接迴路或手操器,立即輸出程式運算值。

註:上述故障安全值包括輸出保持和輸出預設值兩種樣式。



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