SM系列硬件系统概述.pdf

1、HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 1 SM 系列硬件系统 系统 概述 体系结构 与 组成 说明 SM 系列 硬件系统 是和利时公司基于现场总线技术而设计 、开发 的 分布、 开放式过程控制 硬件 系统 ，具有 先进、可靠、高效、节能等特点。 SM 系列 硬件系统 的体系结构如图 1 所示，主要由 工程师站、 操作员站、主控 机笼 、 I/O 机笼 、端子模块和 通讯网络 等 组成。 图 1 SM 系列 硬件系统 体系结构 HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 2 l 工程师站 工程师站是配有系统组态软件的计算机，工程师站对应用系统进行功能组态，包括操作 员站组态和控制器组态，并进行在线

2、下装和在线调试，是工程师对工程实施各 种控制策略和人机交互方式的工作平台。 l 操作员站 操作员站由配有实时监控软件和各种可配置的人机接口设备的计算机，完成对生产过程和现场参数的实时监视与操作。操作员站可全面完成对现场工艺状况的显示、报警、打印、历史数据记录和再现及报表等功能。 工程师站 和 操作员站 均 运行 在基于 Windows NT/2000 构架 的 PC 平台 之 上。 l 现场控制机柜 SM 系列 硬件系统的基础硬件设备如主控机笼 ( SM110)、扩展机笼 ( SM111)、端子模块等均置于现场控制机柜（ FP051）中，它既可以在控制室中采用柜式集中安装，也可以分散安装。 每

3、个控制机柜正面安装机笼，机笼之间的通讯联系通过预制电缆（ SX00x/DB9）连接；每个机笼可以安装 10 个模块，主控机笼中安装 2 个电源模块（ SM900） 2 个主控模块 ( SM201) 6 个 I/O 模块，扩展机笼中安装 2 个电源模块（ SM900） 8 个 I/O 模块；控制机柜背面有三列导轨，可以安装 45个 100 型端子模块（ SM37x） , 或 30 个 150 型端子模块（ SM32x），或 15 个 300 型端子模块（ SM36x、SM38x）。 l 主控 单元 置于 主控机笼 内部的冗余主控模块 是整个 SM 系列 硬件系统 的 控制单元 ， 采用双机 冗余

4、 配置 ， 内部具有硬件构成的冗余切换电路和故障自检电路， 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。 主控 单元采用 嵌入式 无风扇设计， 超低功耗运行（ 7.5W24VDC），用于 执行各种实时任务（算法 、I/O 管理等）的调度、运算。 内置微内核 实时多任务操作系统，提供快速的扫描周期和开放的结构，将网络通讯 、数据处理、连续控制、 离散控制 、顺序控制和批量处理 等有机地结合起来，形成稳定、可靠和 低耗 的先进控制系统。 l I/O 单元 SM 系列 硬件系统 的 智能 I/O 单元 由 置于 主控机笼 和扩展机笼 内部的 I/O 模块 及 对应端子模块共 同构

5、成， I/O 模块 与 对应端子模块 通过预制电缆（ DB25）连接，用于完成现场数据的采集、 处理 与驱动 ，实现现场数据的数字化。每个 I/O 单元通过 ProfiBus-DP 现场总线 与 主控 单元建立 通讯。 主 控模块和 I/O 模块均 支持带电插拔功能。 l 通讯网络 系统网 (SNET)是连接工程师站 / 操作员站 和 主控 单元 等节点的实时通讯网络， 用于 工程师站 / 操作站和主控 单元 之间的双向数据传输。 采用工业以太网冗余配置，可快速构建星型、环型或总线型拓扑结构的高速冗余的安全网络，符合 IEEE802.3 及 IEEE802.3u 标准，基于 TCP/IP 通讯

6、协议，通讯速率10/100Mbps 自适应 , 传输介质为带有 RJ45 连接器的 5 类非屏蔽双绞线。 控制网 (CNET)是现场控制 机柜 的内部网络，实现控制 机柜 内的各个 I/O 模块和主控 单元 之间的互连和信息传送， 采用 ProfiBus-DP 现场总线 与 各个 I/O 模块 及智能设备连接，实时、快速、高效的完成过程或现场通讯任务，符合 IEC61158 国际 标准（ 国标： JB/T10308.3-2001/欧标： EN50170） 最大通讯速率 500Kbps，传输介质为屏蔽双绞线。 系统网络和控制网络分别 完成相对独立的数据采集和设备控制 等 功能 ，有效的隔离工业自

7、动化系统和 IT 系统。 HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 3 硬件设备清单 机笼 型号 名称 技术指标 SM110 主控机笼 2 电源、 2 主控、 6 I/O SM111 I/O 机笼 2 电源、 8 I/O 主控 模块 型号 名称 技术指标 SM201 主控 模块 双机 冗余 配置 电源模块 型号 名称 配套 端子 模块 技术指标 SM900 24.5V/5.1V 电源模块 - 24.5V2A 5.1V7A SM920 48V 电源模块 SM340 SM341 120W I/O 模块 型号 名称 配套 端子 模块 技术指标 SM410 8 通道电压型模拟量输入模块 SM320 SM

8、330 SM331 SM370 0-5V 0-10V SM411 8 通道（通道间隔离）模拟量输入模块 SM320 SM370 6 路 4-20mA 2 路 0-10V SM430 6 通道热电阻型模拟量输入模块 SM324 SM374 Cu50、 Pt100 SM460 汽轮机 DEH 电液 伺服单元 SM350 - SM470 8 通道热电偶型模拟量输入模块 (-1080mV) SM322 SM323 SM372 SM373 -10-80mv SM471 8 通道热电偶型模拟量输入模块（ -2.520mV) SM322 SM372 -2.5-20mv SM481 8 通道电流型模拟量输入模

9、块 SM321 SM371 4-20mA SM510 8 通道电流型模拟量 输出模块 SM328 SM378 4-20mA SM520 6 通道（通道冗余）电流型模拟量 输 出 模块 SM330 冗 余4-20mA SM610 16 通道 触点型开关量输入模块 SM327 - HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 4 SM377 SM611 16 通道 触点型 SOE 输入模块 SM327 SM377 - SM620 8 通道 脉冲量输入模块 SM320 SM370 - SM630 汽轮机转速测量及超速保护 模块 SM320 SM370 SM710 8 通道 继电器型开关量输出模块 SM32

10、0 SM370 - SM711 16 通道 共负端晶体管型开关量输出模块 SM320 SM326 SM370 SM376 SM380 SM381 SM382 - 端子模块 型号 名称 SM320 SM370 通用端子模块 SM321 SM371 电流型模拟量输 入 端子模块 SM322 SM372 热电偶型模拟量输 入 端子模块 SM323 SM373 热电偶 (带冷端补偿 ) 型模拟量输 入 端子模块 SM324 SM374 热电阻型模拟量输 入 端子模块 SM325 SM375 通用开关量输 入 端子模块 SM326 SM376 继电器型开关量输出端子模块 SM327 SM377 48VD

11、C 开关量输 入 端子模块 SM328 SM378 电流型模拟量输出端子模块 SM330 通用型（冗余）模拟量端子模块 SM331 电流型（冗余）模拟量输入端子模块 SM340 SM341 48VDC 电源分配端子模块 SM360 220VAC 开关量输 入 端子模块 SM380 交流继电器输出端子模块 HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 5 SM381 直流继电器输出端子模块 SM382 交、直流通用固态继电器输出 端子模块 说明： SM320SM328 模块、 SM330SM331 模块和 SM340 模块 均 为 150 型 端子模块； SM370SM378 模块和 SM341 模块

12、 均 为 100 型端子模块； SM360 模块和 SM380SM382 模块 均 为 300 型端子模块； 预制电缆 数据电缆 型号 名称 备注 SX001 I/O 模块 / 端子 模块 连接电缆 DB25； 2.6m（ 不含电缆头） SX002 I/O 模块 / 端子 模块 连接电缆 DB25； 2.2m（不含电缆头） SX003 I/O 模块 / 端子模块连接电缆 DB25； 1.8m（不含电缆头） SX004 I/O 模块 / 端子模块连接电缆 DB25； 1.5m（不含电缆头） SX005 I/O 模块 / 端子模块连接电缆 DB25； 1.2m（不含电缆头） SX006 I/O 模

13、块 / 端子模块 备用 连接电缆 DB25； 6m（不含电缆头） 通讯电缆 型号 名称 备注 SX007 ProfiBus-DP 通讯 电缆 DB9； 1.1m（不含电缆头） SX008 ProfiBus-DP 通讯 电缆 DB9； 2.8m（不含电缆头） 控制机柜 型号 名称 尺寸规格 （ mm ） FP051 现场控制机柜 8002271.5600（宽、高、深） 硬件配置说明 在对 控制系统做 出合理配置前，应 先 统计出 工程应用对象的测量、控制点数及类型，从而确定所需模块 的类型 和数量。表 1 是一种 比 较通用的 I/O 数据点统计表 ，将它与硬件配置清单相互配合，在 得到 I/O

14、 点数的确切配置后，就可以确定 工程所需 I/O 模块及端子底座的类型和数量 。 表 1 I/O 数据点统计表 非冗余点数 冗余点数 信号分类 信号类型 工程要求 实际配置 工程要求 实际配置 4 20mA(1 5V) 热电偶 AI 热电阻 模 拟 量 AO 4 20mA 触点型 DI 电平接点 触点型 DO 固态继电器 开 关 量 SOE 脉冲 量 PI HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 6 交流电压 交流 采样 输入 交流电流 其它 注意事项： 1. 每 个控制机柜 的 正面可以安装 4 个机笼，每个机笼可以安装 10 个模块，主控机笼中安装 2 个电源模块 2 个主控模块 6 个

15、I/O 模块，扩展机笼中安装 2 个电源模块 8 个 I/O 模块；控制机柜 的 背面有三列导轨，共可以安装 45 个 100 型端子模块 , 或 30 个 150 型端子模块，或 15个 300 型端子模块。 2. 采用 SM411 模块 时， 应注意 1 6 通道为电流（ 4 20mA）输入通 道， 7 8 通道为电压（ 010V） 输入 通道，电压输入通道有 05V 和 010V 两个量程可选。 3. 采用 SM410 模块 时， 1 个 SM330 模块 配 2 个 SM410 模块 ，构成一个冗余电压型模拟量输入单元； 1 个 SM331 模块 配 2 个 SM410 模块 ，构成一

16、个冗余电流型模拟量输入单元； 4. 采用 SM470 模块时，如果热偶信号需要柜内冷端温度补偿，需要选用 相应 数量的 SM323 模块。 5. 采用 SM520 模块 时， 1 个 SM330 模块 配 2 个 SM520 模块 ，构成一个冗余模拟量输出单元。 6. 采用 SM460 模块 时， 每个机笼 最多不能超过 4 个 SM460 模块 。 按照以上原则完成 硬件系统 的配置后，一般情况下，能够满足现场控制站的容量要求，可以稳定正常工作。 ProfiBus-DP 简介 及应用 概述 现场总线（ Fieldbus）是应用在现场、在智能化测量控制设备之间实现双向串行多接点数字通信的系统，

17、 是 开放式的底层控制网络。 ProfiBus 是比较有影响的 现场总线技术之一，它 符合 IEC61158 国际 标准（欧标： EN50170 /国标： JB/T10308.3-2001） ProfiBus 根据应用特点分为 ProfiBus-DP、 ProfiBus-FMS、 ProfiBus-PA 三种协议。 ProfiBus-DP 是经过优化的高速通信连接，专为自动控制系统和设备级分散 I/O 之间通信 而 设计。使用 ProfiBus-DP 模块可以取代价格昂贵的 24V 和 0 20mA 并行信号线，用于分布式控制系统的高速数据传输。 ProfiBus 的 基本特性 ProfiBu

18、s 可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，该系统分为主站和从站。主站决定总线的数据通讯，当主站得到总线控制权，没有外界请求也可以主动发送 信息。从站没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。 ProfiBus-DP 的 传输 方式采用 RS485 传输 技术 ， 传输介质 采用屏蔽双绞线。 网络拓扑 为总线结构，传输速度可选用 9.6Kbps 12Mbps ，一旦设备投运，每条链路上的全部设备需设定为同一传输速率。传输速度取决于电缆长度。 ProfiBus 的 基本功能 中央控制器周期地读取从设备的输入信息并周期地向从设备发送信息。 ProfiBus-D

19、P 的基本功能如下： 传输技术 ? RS-485 双绞线电缆或光缆 ? 波特率 9.6Kbps 12Mbps HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 7 总线存取 ? 各主站间令牌传送，主站与从站间数据传送 ? 支持单主和多主系统 ? 主 -从设备，总线上最多站点数 126 通信 ? 点对点（用户数据发送）或广播（控制指令） ? 循环主 -从用户数据传送和非循环主 -主数据传送 ProfiBus-DP 在 SM 系列硬件系统中的应用 SM 系列硬件系统采用了目前世界上先进的现场总线技术（ ProfiBus-DP 总线）。主控单元（ SM201）为 ProfiBus-DP 主站， I/O 模块为

20、 ProfiBus-DP 从站。主 /从站及他们之间的连接件构成了完整的ProfiBus-DP 总线网络。网络的配置（包括主 /从站数量、传输数率、传输距离等）的优化，在保证系统的正确、快速工作的前提下，可大大提高系统稳定性。 站点数目 标准 ProfiBus-DP 系统每条链路最多可连接 126 个站（站号从 0125） 。 当前 SM 系列硬件系统DP 网的 典型 配置 为： 主控机笼 扩展机笼 2 电源 2 电源 8 从站 2 主站 2 电源 8 从站 1#机柜 1 个 6 从站 3 个 2 电源 8 从站 2 电源 8 从站 2 电源 8 从站 2 电源 8 从站 2机柜 4 个 2

21、电源 8 从站 通讯速率 标准 ProfiBus-DP 总线 支持以下传输速率：（单位： Kbps） 9.6、 19.2、 31.25、 45.45、 93.75、 187.5、 500、 1500、（ 3000、 6000、） 12000 SM 系列硬件系统 的 ProfiBus-DP 总线 支持 以下 传输速率 1（单位： Kbps）： 9.6、 19.2、 31.25、 45.45、 93.75、 500 传输介质 SM 系列硬件系统的网络传输技术采用 RS485 双绞线电缆或者光纤。从工程应用的角度（施工难易度、可维护性、经济性等）考虑和根据实际产 品应用现场实际情况， SM 系列硬件

22、 系统中，传输介质通常采用屏蔽双绞线 (Line A)。 RS485 双绞线电缆传输介质可以选择型式 A 和型式 B 两种导线， A 为屏蔽双绞线， B 为普通双绞线。但在 EN50170 标准中规定为型式 A 导线，型式 A 比型式 B 有较大的扩展长度，见表 2。 1 输入 / 输出模块类型不同，传输数率不同，详见各种模块的说明书 机 笼类型 设备配 置 机柜编号 HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 8 表 2 ：导线 A 和导线 B说明 参 数 Line A Line B 特征阻抗（ O） 135165 100130 单位长度的电容（ PF/m） 0.53 线芯截面积（ mm2） 0

23、.34 0.22 不同的介质，不同的波特率，信号可传输的的距离是不同的，见表 3。 表 3 传输速率与距离关系表 波特率 (kbps) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000 传输距离 （导线 A） 1200 1200 1200 1200 400 200 100 传输距离 （导线 B） 1200 1200 1200 600 200 不推荐 不推荐 * 注：该传输距离指不加重复器的距离。 SM 系列硬件系统 站点数目计算 先根据通讯距离由表 3 查出最快通讯速率，再根据 表 4 的数据和 下述内容的 方法计算该速率下最多能挂多少个站 . SM 系列模块的数据量 S

24、M 系列 I/O 模块 的数据量 如 表 4 所示 ： 表 4 SM 系列 I/O 模块通讯数据量表（每控制周期） SM 模块名称 数据量 SM 模块名称 数据量 SM410 341bit SM520 462bit SM411 341bit SM610 187bit SM430 341bit SM611 231bit SM460 528bit SM620 341bit SM470 341bit SM630 330bit SM471 341bit SM710 242bit SM481 341bit SM711 242bit SM510 550bit 数据交换周期的概念 在 SM 系列硬件 系统中

25、，用于数据交换的周期有两个，一个是主控 单元 CPU 与 DP 主卡的数据交换周期（称为周期 I）；一个是 DP 主卡与 I/O 模块的数据交换周期（称为周期 II）。为了实现系统中两个周期处理的同步性， 系统规定：周期 II 应该不超过周期 I 的 2/3。 在 SM 系列硬件 系统中，用于主控 单元 CPU 与 DP 主卡的数据交换周期（周期 I）是设定的，当从站含有 SOE 功能时，该数据交换的时间是 30ms；否则，用于该数据交换的时间是 50ms。周期 II 是随模块数量和种类自动变化的。 HOLLiAS SM系列硬件 系统概述 9 在 SM 系列硬件 系统中，用于 DP 主卡与 I

26、/O 模块的数据交换周期（周期 II）的工程计算可以采用如下公式： 周期 II(s)=? （ SMxxx 的数据量 SMxxx 的数目） (bit)/传输速率 (bit/s) 上式只是给出了一个便于工程计算的实用算法，若要准确计算一个完整的数据交换周期时，还要考虑协议中的各种传输间隔（该值一般在一个完整的数据交换周期内所占比例很小）。 数据交换周期的工程应用 虽然由表 3：传 输距离与电缆长度的关系，可以确定信号的正常传输。但当 有些 控制 具 有数据交换周期要求的场合下，就必须考虑从站数目太多时，可能会使在 DP 主卡与 I/O 模块的数据交换的数据量太大，使得上述周期 II 大于系统规定。

27、此时，提高传输速率是解决问题的一个有效办法。 例：当某 IO 站不含 SOE 时，假定有若干个 SM 模块，如果参考上述表 4，得出一个控制周期中，该工程的 DP 总线中所有从站的数据量是 10000bit，而总线的传输速率是 9600bps，此时一个完整的数据交换周期是 10000/9600（ 50 2/3） ms，会产生失控。若采 用提高传输速率的办法，将传输速率提高到 500kbps，则此时一个完整的数据交换周期为 10000/500000=20ms（ 50 2/3） ms，因此通讯传输速率设置合理。 单位：北 京 和 利 时 系 统 工 程 股 份 有 限 公 司 地址：北 京 海 淀 区 西 三 旗 建 材 城 中 路 10 号 邮编： 100096 电话： 010-82922200 传真： 010-82923980 网址： www.HollyS E-mail： HardWareHollyS DevelopHollyS