FCU711-S控制器使用说明及工程应用

FCU711-S控制器使用说明及工程应用
3使用说明
3.1结构简图
控制器单元由一对冗余控制器和1个基座构成。控制器FCU711-S的配套基座为MB712-S。控制器上设有掉电保护电池，面板上设有状态指示灯。基座作为控制器与其它部件的连接接口，具备供电、连接I/O总线、连接SCnet网络、连接时钟同步秒脉冲信号等功能，并可设置控制器过程控制网网络地址。基座上提供了8盏网络连接状态指示灯，指示过程控制网、扩展I/O总线的连接状态。
表3-1控制器基座接口说明
3.2外形尺寸
控制器单元由控制器模块与控制器基座组成，其外形尺寸如图3-2所示。
3.3指示灯说明
将控制站硬件组态、位号组态、控制算法下载到控制器之后，控制器立即按照组态进行工作。通过检查控制器面板指示灯状态或者使用故障诊断软件可以确定控制器是否正常工作。FCU711-S面板上提供 6个指示灯，可以指示出控制器的基本状态。
3.4拨码开关说明
控制器作为过程控制网上的一个节点，在开始正常工作之前，必须设定其在过程控制网上的IP地址，一对冗余的控制器仅需设定一个 IP地址，系统自动将相邻的一对IP地址分配给一对冗余的控制器。控制器IP地址设置包括域外地址设置和域内主机地址设置，域地址和域内主机地址均在控制器基座MB712-S上设置。
IP地址格式为172.子网地址.域地址.域内主机地址：
子网地址：20或者21。20对应过程控制网A；21对应过程控制网B。两个子网互为冗余，同时工作。
域地址：0～15。通过域地址拨号开关SW1可设置域地址，如表3-3所示。
域内主机地址：2～127。通过域内主机地址拨号开关SW2可设置域内主机地址，如表3-4所示。
3.5接线说明
3.5.1电源连接和秒脉冲同步线连接时钟同步和电源接线端子结构。
控制器基座采用两路冗余 24V电源供电，系统电源与系统电源接线端子的对应关系如表3-5：
时钟同步端子CLK+和CLK-用来接入外部时钟同步信号。
需要使用SOE的应用场合，必须配备授时仪，并将授时仪发出的秒脉冲信号转换成差分信号接入到FCU711-S中，从而进行时钟同步，确保SOE时间的准确性。
CLK+：秒脉冲差分信号高电平
CLK-：秒脉冲差分信号低电平
在对控制器时钟精度要求较低的场合，可不接秒脉冲同步线，使用SNTP服务器同步控制站时钟即可。
3.5.2过程控制网连接
过程控制网使用高速冗余工业以太网，网络拓扑结构为总线形结构或星形结构。在单个控制域内最多可连接60对控制器（冗余配置）。
控制器与过程控制网SCnet的连接，通过RJ45线，将冗余控制器的A网络通信接口（基座上标注为SCnet A）、B网络通信接口（基座上标注为SCnet B），分别连接到A网交换机、B网交换机即可。控制器网络正常连接后，控制器基座上相应网口指示灯将闪烁。
过程控制网（SCnet）通信接口：
双网冗余
通讯速率：100Mbps全双工
连接器：RJ45
连接电缆：CAT5e，UTP
3.5.3本地I/O总线连接
本地 I/O总线为冗余网络，拓扑结构为总线形结构。本地I/O总线连接 I/O模块与控制器（或I/O连接模块）。本地 I/O总线可连接64块I/O模块。
控制器可通过本地I/O总线连接4个机架，每个机架可插装16个I/O模块，本地I/O总线与控制器及机架的连接。本地I/O总线所连接的最后一个机架需要加终端匹配电阻。
基座MB712配置有一对本地I/O总线冗余端口（标注为L-BusA和B），通过DB15线连接到系统柜中的机架上，实现控制器与系统柜内I/O模块直接通信。
本地I/O总线通信接口：
双网冗余
通讯速率：1Mbps×2×2半双工
连接器：DB15
连接电缆： SUPCON出厂配套电缆
3.5.4扩展I/O总线连接
扩展I/O总线为冗余网络，拓扑结构为总线形结构或星形结构。扩展I/O总线连接同一控制站内的所有I/O连接模块、通信模块以及控制器。一对冗余的控制器最多可通过扩展I/O总线连接7个（或7对冗余）I/O连接模块或者通信模块。
将连接控制器的冗余扩展I/O总线分别连接到扩展I/O总线A网交换机和B网交换机，同时将连接各处I/O连接模块或者通信模块的冗余扩展I/O总线也连接到A网交互机和B网交换机后，控制器即建立起与I/O连接模块或者通信模块的物理连接，如图3-11所示。
扩展 I/O总线通信接口：
双网冗余
通讯速率：100Mbps全双工
连接器：RJ45
连接电缆：CAT5e，UT
3.6基座选型
FCU711-S控制器配套基座型号为MB712-S。
3.7安装维护说明
3.7.1模块装卸
先将 MB712-S基座安装在机柜指定位置。FCU711-S安装在MB712-S基座上。一个MB712-S基座可安装2个互为冗余的控制器（采用单控制器工作方式时，可安装在基座的任一插槽中）。
基座的安装
A． 基座在平板上的安装
① 在平板的4个螺孔上上螺钉，但不能拧紧。方法是先顺时针方向把螺钉拧紧，再逆时针方向拧松3～5圈。
② 检查基座。基座下端应有金属安装板，背部应无金属LATCH，如有不符，应立即修改之。
③ 安装基座。将基座底部的葫芦孔和金属安装板的半孔挂到平板的螺钉上，小心调整基座平整，然后紧固之。
B． 基座在机架导轨上的安装
① 将基座底部的定位块对齐机架导轨相应的定位槽。
② 小角度倾斜将定位块卡入机架导轨的定位槽中。
③ 旋转基座，将基座推向导轨平行，当听到“咔嚓”一声时，说明在导轨定位槽及基座LATCH作用下，基座已经安装到位。
基座的拆卸
A．拆卸平板上安装的基座
① 逆时针方向分别拧松安装螺钉3～5圈。
② 小心上移基座至葫芦孔大孔对准螺钉、金属安装板半孔脱离螺钉，保持基座正面与平板平行，沿螺钉轴线方向将基座移开至基座完全脱离螺钉。
③ 取走基座。
B．拆卸机架导轨上安装的基座
① 用一字螺丝刀松开基座LATCH，以基座底部定位块处为基点旋转基座。
② 用手扶住基座，当基座底部的20PIN端子与机架母板脱开后移走基座。
模块在基座的安装
① 安装模块前，先在基座上设置拨码开关地址。
② 装入模块。将模块上端钩入基座，下端因欧插的缘故使模块脱离基座，用力旋转模块至模块下端接触到基座上，当听到“咔嚓”一声时，说明模块已经安装到位。
③ 紧固模块。拧紧模块下端的螺钉。
模块在基座的拆卸
① 拧松模块下端与底座的固定螺钉至螺钉刚好脱离基座。
② 拔出模块。用手用力拔出模块，使模块下端脱离底座，上端钩在基座孔内。
③ 取走模块。当确保模块底部的欧插座完全脱离底部欧插时，小心操作模块，取走模块。
3.7.2更换掉电保护电池
FCU711-S具备掉电保护功能，只要在控制器中安装电池，则在控制器掉电之后的一段时间内，控制器中的组态数据、过程数据不会丢失。电池在控制器断电情况下最少工作时间为1个月。电池型号为CR2032（供电电压3.0V），可在线更换。电池的“+”极朝上。每三个月至半年更换一次电池。
电池安装的步骤如下：
1）戴上防静电手腕，释放人体静电。
2）将控制模块下端的外壳掀开；
3）将电池放入电池槽中，电池的“+”极朝上。（此时的电池处于倾斜状态，有金属Latch的一端向外倾斜，另一端处于电池槽底部，如图3-17所示）。
4）按住电池（靠近金属Latch的一端），听到“咔”一声，说明金属Latch已将电池扣住，电池安装完成。
电池拆卸的步骤如下：
1）先释放人体静电，例如触摸机柜10s。
2）将金属Latch向电池槽外部的方向推，此时电池在底部金属作用下被往外推，金属Latch松开扣住的电池（此时电池的状态与安装时的第二步状态类似）。
3）取出电池即可。
3.7.3控制器断电恢复（适用于FCU711-S V11.17.00）
控制器断电恢复后的启动模式分为瞬时断电和冷启动。
瞬时断电：控制器掉电时间在组态“冷启动时间”项设置的时间内且上电自检正常。当控制器发生瞬时断电时，其组态、实时数据均保持不变。硬件组态中设置为“按预置值输出”的AO/DO通道对应的AO/DO位号初始化为进入故障安全状态，待人工确认后才输出当前程序运算值；硬件组态中设置为“输出保持”的AO/DO通道对应的AO/DO位号直接输出当前程序的运算值。
冷启动：控制器掉电时间超出了组态“冷启动时间”项设置的时间，或者控制器掉电时电池失效（或无电池）。冷启动时控制器对内部控制状态和模块输出状态进行初始化，恢复到安全的状态。若冷启动时控制器掉电保护电池失效，则启动后需要重新下载组态；若冷启动时控制器掉电保护正常，则冷启动后硬件组态中设置为“按预置值输出”的AO/DO通道对应的AO/DO位号初始化为进入故障安全状态，输出故障安全值，待人工确认后才输出当前程序运算值；硬件组态中设置为“输出保持”的AO/DO通道对应的AO/DO位号初始化为手动状态，DO位号输出值初始化为OFF，AO位号输出值根据气开/气关特性输出0%或100%。
3.7.4控制器重启（适用于FCU711-SV11.19.00）
控制器故障重启的启动模式分为冷启动、瞬时断电和热启动三种。
1）冷启动
控制器掉电时间大于5秒后重新启动或者掉电保护电池失效情况下掉电重启，称为冷启动。
掉电保护电池失效情况下控制器冷启动时，系统需要重新下载组态。
若冷启动时控制器掉电保护电池工作正常，则启动后8秒内回读I/O模块的输出值，回读结束后，控制器输出特性如下：
1、若掉电前AO位号处于非强制状态，当AO位号上游与控制功能块相连时，输出回读值；当AO位号上游未与控制功能块相连时，输出程序运算值。
2、若掉电前AO位号处于强制状态，无论AO位号上游是否与控制功能块相连，均输出回读值。
3、若掉电前DO位号处于非强制状态，输出程序运算值。
4、若掉电前DO位号处于强制状态，输出回读值。
2）瞬时断电
控制器掉电时间小于5秒且上电自检正常的情况下掉电重启，称为瞬时断电。
控制器瞬时断电前后，掉电保护电池正常，控制器内的数据保持不变，启动后 8秒内回读I/O模块的输出值，回读结束后，控制器输出特性如下：
1、若掉电前AO位号处于非强制状态，当AO位号上游与控制功能块相连时，若功能块回退模式设置为手动回退，则输出回读值；若功能块回退模式设置为自动回退，则输出程序运算值。
2、若掉电前AO位号处于强制状态，无论AO位号上游是否与控制功能块相连，均输出回读值。
3、若掉电前DO位号处于非强制状态，输出程序运算值。
4、若掉电前DO位号处于强制状态，输出回读值。
3）热启动
控制器在未掉电的情况下发生复位引起的重启，称为热启动。
控制器内的数据在热启动前后保持不变，启动后从复位前的状态继续运算输出，保证控制的连续性和稳定性。
3.7.5指示灯故障现象分析及解决方法
通过FCU711-S的面板指示灯可初步确定控制器是否存在故障以及确定初步的故障源，各指示灯的状态指示现象分析及处理方法如表3-6所示。
3.8冗余说明
控制器采用1:1的热备份冗余方式保证可靠性。互为冗余的一对控制器中，在运行时其中一个控制器处于工作状态，另一个控制器处于备用状态。控制器通过其内部高速可靠的冗余通讯装置保证两冗余控制器间的组态、数据、运行周期保持一致。
互为冗余的控制器能够在发生故障的情况下自动根据故障的严重情况进行冗余切换，冗余切换的结果最终使无故障（或故障最轻）的控制器运行在工作状态，从而保证系统的可靠性。
3.9控制器组态实现
控制器组态须先在“系统结构组态”界面中添加控制器，并设置主机地址，如图3-20所示。控制站所在域的位置确定了控制器的域地址。
控制器参数组态在硬件配置界面中完成。硬件配置界面如图3-21所示。在此界面中可组态的内容有：控制器冗余与否？过程控制网和扩展I/O总线冗余与否？调试模式，扫描周期等等。
组态详细说明参见《系统结构组态软件使用手册》和《硬件组态软件使用手册》。
3.10控制器状态诊断
通过系统状态诊断软件可以直观显示当前控制站中控制器的工作情况。控制器诊断包括：运行状态、硬件信息、组态信息、通讯信息、版本信息、统计信息、时间记录和本地IO连接模块。
诊断画面的详细说明参见《系统状态诊断软件使用手册》。
控制器发生故障时，根据故障类型可采用如下解决方法：
1、过程控制网网络故障、I/O总线故障：检查网络是否正确连接；
2、组态出错：按故障诊断软件中的提示，检查相应部件的组态是否正确；
3、控制器运行时间超时：检查I/O位号是否过多、检查用户程序逻辑是否正确、检查用户程序是否过大；
4、硬件故障：需要维修硬件。
4工程应用
4.1应用注意事项
1、在使用FCU711-S之前，应安装掉电保护电池，以确保在系统掉电的情况下，可保持组态及过程数据。
2、完成FCU711-S的组态，并下载用户程序之后，应使用状态诊断软件检查控制器CPU负荷，确保CPU负荷低于70％。在快速逻辑控制场合，还需要检查每一页普通周期用户程序的运行时间，确保不超过10ms。
3、在组态下载过程中控制器不能断电，否则导致组态丢失。
4.2故障处理
控制器单元具有强大的故障自检及处理能力，不同的故障类型有不同的处理方式，故障类型可以分为以下几类：
I/O模块通道级故障
I/O模块模块级故障
I/O模块与控制器通讯故障
I/O模块通道级故障
I/O模块通道级故障指模块仅某通道发生故障（如断线、短路），其它全部正常的情况。
当I/O模块发生通道级故障时，位号的故障处理如下：
AI位号：立即进行故障处理，产生ERR报警，输出故障值。故障处理可以在位号组态软件中选择保持、置量程上限和置量程下限。
DI位号：立即进行故障处理，产生ERR报警，输出故障值。故障处理可以在位号组态软件中选择保持、置ON或置OFF。
AO位号：延时8秒进入故障安全状态，产生ERR报警，输出保持或输出预设值。通道故障安全模式在硬件组态软件中选择。
DO位号：延时8秒进入故障安全状态，产生ERR报警，输出保持或输出预设值。通道故障安全模式在硬件组态软件中选择。
I/O模块模块级故障
I/O模块模块级故障包括模块丢失、类型不一致，组态不一致和重故障。
当 I/O模块发生模块级故障时，位号的故障处理如下：
AI位号：延时8秒进行故障处理，产生 ERR报警，输出故障值。
DI位号：延时8秒进行故障处理，产生 ERR报警，输出故障值。
AO位号：延时8秒进入故障安全状态，产生ERR报警，输出保持或输出预设值。
DO位号：延时8秒进入故障安全状态，产生ERR报警，输出保持或输出预设值。
I/O模块与控制器通讯故障
AO/DO模块与控制器通讯中断大于5秒后，将进入故障安全状态，根据组态输出保持或输出预设值。
导致I/O模块与控制器通讯中断的原因包括I/O模块与控制器或远程节点之间的 L-BUS通讯故障、控制器与远程节点之间的 E-BUS通讯故障、远程节点故障等故障。
系统运行过程中，控制器与AO/DO模块通讯中断：
当通讯中断时间小于5秒时：中断期间，AO/DO模块输出保持，通讯恢复后立即输出程序运算值。
当通讯中断时间在5～8秒期间时：中断期间，AO/DO模块先输出保持，5秒后输出故障安全值，通讯恢复后立即输出程序运算值。
当通讯中断时间大于8秒时：中断期间，AO/DO模块先输出保持，5秒后输出故障安全值，AO/DO位号8秒后进入故障安全状态，输出故障安全值，通讯恢复后，AO/DO位号自动退出故障安全状态，若上游与回路或手操器相连，回路或手操器进入MAN状态，输出故障安全值；若上游未接回路或手操器，立即输出程序运算值。
注：上述故障安全值包括输出保持和输出预设值两种模式。