1.1系統(tǒng)網(wǎng)絡結構組成
MACS-K系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構由三部分組成,從上到下依次為管理網(wǎng)(MNET)、系統(tǒng)網(wǎng)(SNET)、控制網(wǎng)(CNET)。其中系統(tǒng)網(wǎng)和控制網(wǎng)都是冗余配置,管理網(wǎng)為可選網(wǎng)絡。系統(tǒng)網(wǎng)絡架構圖如下所示:
圖 01 系統(tǒng)網(wǎng)絡架構圖
n 管理網(wǎng)絡(MNET)
由100/1000M以太網(wǎng)絡構成,用于控制系統(tǒng)服務器與廠級信息管理系統(tǒng)(RealMIS或者ERP)、INTERNET、第三方管理軟件等進行通訊,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高級管理和共享。管理網(wǎng)絡層為可選網(wǎng)絡層。
n 系統(tǒng)網(wǎng)絡(SNET)
由100/1000M高速冗余工業(yè)以太網(wǎng)絡構成,用于工程師站、操作站、現(xiàn)場控制站、通信控制站的連接,完成現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)下裝。可快速構建星型、環(huán)型或總線型拓撲結構的高速冗余的安全網(wǎng)絡,符合IEEE802.3 及IEEE802.3u 標準,基于TCP/IP 通訊協(xié)議,通訊速率100/1000Mbps 自適應,傳輸介質為帶有RJ45連接器的5類非屏蔽雙絞線。
n 控制網(wǎng)絡(CNET)
采用冗余現(xiàn)場總線與各個I/O 模塊及智能設備連接,首次同時支持星型網(wǎng)絡和總線型網(wǎng)絡。實時、快速、高效地完成與現(xiàn)場通訊任務,符合IEC61158 國際標準(國標:JB/T10302.3-2001/歐標:EN50170,即PROFIBUS-DP通訊協(xié)議),傳輸介質為屏蔽雙絞線或者光纜。在MACS-K系統(tǒng)中,我們也稱控制網(wǎng)為IO-BUS。
1.2系統(tǒng)網(wǎng)、控制網(wǎng)節(jié)點功能說明
系統(tǒng)網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點主要由工程師站、操作員站、歷史站(選配可兼系統(tǒng)服務器)、控制站等部件組成;而控制網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點由控制站和I/O模塊構成。
n 工程師站
用于完成系統(tǒng)組態(tài)、修改及下裝,包括:數(shù)據(jù)庫、圖形、控制算法、報表的組態(tài),參數(shù)配置,操作員站、現(xiàn)場控制站及過程I/O模塊的配置組態(tài),數(shù)據(jù)下裝和增量下裝等。
n 操作員站
用于進行生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)視和管理,包括:系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集中管理和監(jiān)視,工藝流程圖顯示,報表打印,控制操作,歷史趨勢顯示,日志、報警記錄和管理等。
n 歷史站(選配可兼系統(tǒng)服務器)
用于完成系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)服務和與工廠管理網(wǎng)絡交換信息等。
n 控制站
用于完成現(xiàn)場信號采集、控制和聯(lián)鎖控制算法、控制輸出、通過系統(tǒng)網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)和診斷結果傳送到操作員站等功能。
n I/O模塊
用于將模擬信號轉換為數(shù)字信號、工程單位變換,模塊和通道級故障診斷。通過冗余的多功能總線送給主控制器單元。
HOLLiAS MACS-K系統(tǒng)的性能指標完全符合表1-1所示。
系統(tǒng)性能指標 | |
系統(tǒng)規(guī)模 | |
支持最多15個域 | |
單域******規(guī)模 | |
歷史站數(shù) | 2臺 |
現(xiàn)場控制站 | 64臺 |
操作員站 | 64臺(包括2臺冗余的歷史站,歷史站可以兼做操作員站) |
直接與主控通訊的操作站個數(shù) | 16臺 |
******模擬量內部點 | 26000 |
******模擬量輸入點 | 8000 |
******開關量內部點 | 26000 |
******開關量輸入點 | 14000 |
******DCS系統(tǒng)設備點 | 6000 |
******脈沖量輸入點 | 6000 |
******SOE | 2000 |
******開關量輸出點 | 8000 |
******模擬量輸出點 | 6000 |
單個現(xiàn)場控制站******規(guī)模 | |
I/O模塊數(shù) | 100塊 |
物理I/O配置能力 | 1280點 |
AI點數(shù) | 640(含脈沖量、熱電阻、熱電偶信號) |
AO點數(shù) | 240 |
DI點數(shù) | 1200 |
DO點數(shù) | 1200 |
控制回路數(shù) | 300 |
模擬量控制回路數(shù) | 128 |
實際相應能力 | |
從輸入變化到顯示該變化時間 | <1s |
從操作鍵入到相應輸出變化時間 | <1s |
事件順序記錄分辨率SOE | 0.1ms |
CPU控制IEC周期 | 50ms, 100ms, 200ms, 500ms, 1s |
輸入-輸出回路最小響應時間 | <100ms(IEC周期為50ms);<200ms(IEC周期為100ms,默認值); |
畫面顯示完成時間 | ≤1s |
動態(tài)數(shù)據(jù)更新時間 | ≤1s |
MACS系統(tǒng)產(chǎn)品通過CE認證,即完全符合歐盟EMC要求。
表1-1 MACS系統(tǒng)性能指標
HOLLiAS MACS系統(tǒng)硬件提升了可靠性和易用性,應用了多種冗余技術,以保證系統(tǒng)硬件運行的安全可靠,從用戶體驗角度出發(fā),具備易用、易換、易維護的特性。
n 控制網(wǎng)網(wǎng)絡結構
HOLLiAS MACS系統(tǒng)主要硬件由控制器模塊和I/O模塊構成,控制器模塊是系統(tǒng)網(wǎng)和控制網(wǎng)之間的樞紐。總線模塊是連接控制器和I/O模塊的樞紐。控制網(wǎng)CNET連接示意圖見下圖1-2。
圖 12 控制網(wǎng)CNET連接原理圖
單機柜中最多可安裝6列DIN35導軌,每列導軌上最多可安裝10個I/O模塊。K-BUS支持級聯(lián)擴展,一對控制器最多帶100個I/O單元。
n 現(xiàn)場控制站硬件安裝
HOLLiAS MACS硬件采用模塊式結構,采用DIN35標準導軌安裝,可以在任何機柜中安裝。
n 現(xiàn)場控制站機柜
? 機柜類型:控制柜/控制擴展柜
? 尺寸規(guī)格:2200×800×800mm(高×寬×深)
? 顏色:國際標準RAL7032或RAL7035等
? 材料:鋼板、箱體架、頂蓋、后壁和底板:1.5mm。門:2.0mm。
? 表面處理:箱體架(浸涂底漆);門、頂蓋和后壁(浸涂底漆,外部經(jīng)粉末涂層);安裝板和底板(鍍鋅)。
? 防護等級:IP56,根據(jù)EN60 529/03.2000,符合NEMA 12的要求。
機柜示意圖如圖1-3所示。
圖 13 機柜內布置圖
n 系統(tǒng)容量
K系列的硬件設備(背板、主控、I/O單元、電源、底座、端子板)集中安裝在機柜中,各部分通過專用電纜、導線連接。每列最多安裝10個I/O模塊,I/O模塊底座長度為120mm,冗余底座長度為240mm,端子板的長度有兩種,200mm和300mm。
K系列單機柜安裝******模塊數(shù)
拓撲結構 | 主機柜 | 擴展機柜 | 總計 |
總線形 | 30 | 0 | 30 |
星形+總線形 | 60 | 30 | 90 |
星形 | 60 | 40 | 100 |
1. 當IO-BUS總線網(wǎng)絡采用總線形配置時:單控制站******僅支持30個I/O模塊,模塊安裝在第1~3列導軌(總線端口)上;
2. 當IO-BUS總線網(wǎng)絡采用星形配置時:單控制站單一機柜受物理空間所限******支持60個I/O模塊;帶擴展機柜時受系統(tǒng)性能所限******支持100個I/O模塊。
n 控制器單元
控制器采用”背板+模塊”單元設計,1個控制器背板上可以插2個控制器和2個控制網(wǎng)連接模塊(IO-BUS)。
控制器單元一般安裝在機柜的上部。既可以導軌安裝,也可以螺釘安裝,甚至可以直接掛在壁掛式箱內,安裝和拆卸十分方便,體積小,節(jié)省了柜內空間。
控制器背板通過預制電纜和I/O模塊相連接,為I/O模塊供電,并提供通訊通路。每列模塊的預制電纜的上端插頭對應接入控制器背板上的多功能總線端口,第n列模塊的冗余預制電纜對應接入An Bn多功能總線端口,每個機柜內最多可裝6列模塊,即n取1~6。
4槽控制器單元外觀圖如圖1-4所示。
4槽控制器單元接口示意圖
n IO-BUS模塊
IO-BUS模塊用來實現(xiàn)總線型或者星型連接。BUS模塊具有集線器的功能,可以改變網(wǎng)絡的拓撲結構,實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲結構由總線形網(wǎng)到星形、樹形等復雜網(wǎng)絡結構的轉變。
n I/O模塊
K系列模塊全系列采用雙冗余通訊IO-BUS總線、雙冗余供電工作方式,任意斷一根IO-BUS總線和電源,不影響正常工作。K系統(tǒng)模塊還采用了現(xiàn)場電源和系統(tǒng)電源分開隔離供電。同儀表相連的電路采用現(xiàn)場電源供電,數(shù)字電路和通訊電路采用系統(tǒng)電源供電,因此現(xiàn)場來干擾不會影響數(shù)字電路和通訊。K系列模塊全部模塊支持帶電熱插拔。
一個K系列模塊的完整的模塊單元由一個I/O模塊、一個模塊底座和兩根電源IO-BUS總線構成,I/O模塊插在I/O底座上,K系列模塊底座的接線端子負責接入現(xiàn)場儀表信號,I/O模塊負責將模擬信號轉換為數(shù)字信號,最后通過冗余的多功能總線送給主控器單元。完整的模塊單元在系統(tǒng)機柜中的安裝位置如下圖1-5:
I/O模塊單元示意圖