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新聞資訊

主控制卡(部件號SP243X)的功能及用途

更新時間:2017-08-21 14:33:31 點擊數(shù):2367

主控制卡(部件號SP243X

1.功能

主控制卡(SP243X)是控制站的軟硬件核心,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制站內(nèi)的所有軟硬件關(guān)系和各項控制任務(wù),如完成控制站中的I/O 信號處理、控制計算、與上下網(wǎng)絡(luò)通信控制處理、冗余診斷等功能。

主控制卡的功能和性能將直接影響系統(tǒng)功能的可用性、實時性、可維護(hù)性和可靠性。

2.技術(shù)特點

采用雙微處理器協(xié)同處理控制站的任務(wù),功能更強(qiáng),速度更快;

具有雙重化 10Mbps 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)通訊控制器和驅(qū)動接口(兩片獨(dú)立的通訊控制器和相關(guān)的驅(qū)動芯片),互為冗余,使系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸實時性、可靠性、網(wǎng)絡(luò)開放性有了充分的保證,構(gòu)成了雙重化、熱冗余的SCnet Ⅱ;

支持冗余或非冗余配置,冗余方式為 11 熱備用。互為冗余的兩個SP243X 卡件安裝在主控制卡槽位內(nèi),能自動進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換,使工作/備用卡件之間的運(yùn)行狀態(tài)同步,同步速度達(dá)1Mbps;

控制軟件和算法模塊采用模塊化設(shè)計,核心程序固化在 CPU 卡的EPROM 中;

控制回路可達(dá) 128 個(其中BSC、CSC 之和最大不超過64 個);

具有 4Mbit 的用戶可組態(tài)(編程)的控制程序和4Mbit 的數(shù)據(jù)區(qū),為用戶設(shè)計的復(fù)雜控制程序和數(shù)據(jù)區(qū)準(zhǔn)備了充足的內(nèi)存空間;

實時診斷和狀態(tài)信息可在本卡件的 LED 上顯示,并向SCnet Ⅱ上廣播;

帶算術(shù)、邏輯、控制算法庫;

支持 1Mbps SBUS I/O 總線的通訊接口;

可帶 1 128 I/O 卡,通過SBUS 實現(xiàn)就地或遠(yuǎn)程I/O 功能,節(jié)省安裝費(fèi)用;

綜合診斷到 I/O 卡件、I/O 通道級;

具有靈活的報警處理和信號質(zhì)量碼功能。過程點的傳感器和高低限檢查,過程點報警處理,增加了過程點質(zhì)量標(biāo)志——“報警”、“變送器故障”、“自動/手動”、“可疑”等;

用戶程序的存儲介質(zhì)采用大容量的 Flash Memory 存儲器,控制程序可以實現(xiàn)了在線修改,斷電不丟失,可靠保存;

內(nèi)置后備鋰電池,用于保護(hù)主控制卡斷電情況下卡件內(nèi)SRAM 的數(shù)據(jù)(包括系統(tǒng)配置、控制參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等),提高了系統(tǒng)安全性和可維護(hù)性。在系統(tǒng)斷電的情況下,能保護(hù)SRAM 數(shù)據(jù)不丟失最長時間為3 年。

使用說明

控制站作為 SCnet Ⅱ的節(jié)點,其網(wǎng)絡(luò)通訊功能由主控卡承擔(dān)。每個控制站可以安裝兩塊互為冗余的主控制卡,分別安裝在主機(jī)籠的主控制卡槽位內(nèi)。

主控制卡結(jié)構(gòu)圖如 圖 3-7(正視圖)所示。主控制卡面板上具有二個互為冗余的SCnet Ⅱ通訊口和7 LED 狀態(tài)指示燈,以下詳細(xì)說明主控制卡的外部接口、卡件設(shè)置、狀態(tài)指示燈等。

SBUS 總線接口:

主控制卡的 Slave CPU 負(fù)責(zé)SBUS 總線(I/O 總線)的管理和信息傳輸,通過歐式接插件物理連接實現(xiàn)了主控制卡與機(jī)籠內(nèi)母板之間的電氣聯(lián)接,將SP243X SBUS 總線引至主控制機(jī)籠,機(jī)籠背部右側(cè)安裝有兩個冗余的SBUS 總線接口(DB9 芯插座)。

冗余主控制卡處于正常工作過程中,RUN 是工作卡件的運(yùn)行指示,STDBY 是備用卡件的運(yùn)行指示,而工作卡的STDBY 和備用卡RUN 都處于“暗”的狀態(tài)。

主控制卡的的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址(SCnet Ⅱ)設(shè)置:

通過主控卡上撥號開關(guān) SW2 S8S7、S6S5、S4 采用二進(jìn)制碼計數(shù)方法讀數(shù)進(jìn)行地址設(shè)置,其中自左至右代表高位到低位,即左側(cè)S4 為高位,S8 右側(cè)為低位,如下表所示。

故障診斷與調(diào)試

SP243X 具有WDT 復(fù)位和冷熱啟動判斷電路。WDT 能使系統(tǒng)在受到干擾或用戶程序(系統(tǒng)定義的組態(tài)或用戶控制程序)出錯而造成程序執(zhí)行混亂或跳飛后自動對卡內(nèi)CPU 及各功能部件進(jìn)行有效的復(fù)位,以快速恢復(fù)(熱啟動模式)到系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀況;而冷熱啟動判斷電路能使系統(tǒng)正確判斷系統(tǒng)復(fù)位狀態(tài),以進(jìn)行合理初始化。對于WDT 動作而引起的熱復(fù)位系統(tǒng)將保持復(fù)位前狀態(tài),保證控制的連續(xù)性。對于斷電較長時間后上電的主控制卡啟動模式稱為冷啟動。為保證現(xiàn)場工藝過程的安全,冷啟動模式下的主控卡監(jiān)控軟件將對內(nèi)部控制狀態(tài)和I/O 卡件輸出狀態(tài)進(jìn)行初始化,回復(fù)到安全的狀態(tài)上,如開關(guān)量輸出卡處于OFF 狀態(tài)、閥位輸出處于關(guān)閉狀態(tài)、控制回路都處于手動狀態(tài),等等。但組態(tài)信息、控制參數(shù)都能保持?jǐn)嚯娗跋卵b的內(nèi)容和數(shù)值。主控制卡的啟動模式有三種:熱啟動、冷啟動、組態(tài)混亂清除組態(tài)。

啟動模式 1——熱啟動模式:

在斷電時間小于 3 秒且保證原卡件中組態(tài)信息是正確的情況下,而,則該卡件監(jiān)控軟件將判定為熱啟動模式。這種啟動模式一般是由以下情況引起:WDT 動作而引起的熱復(fù)位,卡件被從槽位中拔出并快速插入,系統(tǒng)瞬間斷電并恢復(fù)。對于系統(tǒng)熱啟動后的控制狀態(tài)(控制回路、輸出等)都應(yīng)保持在復(fù)位前狀態(tài),保證控制的連續(xù)性和安全性。

啟動模式 2——冷啟動模式:

在斷電時間大于 10 秒且保證原卡件中組態(tài)信息是正確的情況下,則該卡件監(jiān)控軟件將判定為冷啟動模式。對于斷電較長時間后上電的主控制卡啟動模式都為冷啟動。由于主控卡具有斷電保護(hù)功能,冷啟動模式下的卡件的組態(tài)信息、控制參數(shù)都能保持?jǐn)嚯娗跋卵b的內(nèi)容和數(shù)值,不會丟失。但是,為保證現(xiàn)場工藝過程的安全,冷啟動模式下的主控卡監(jiān)控軟件將對內(nèi)部控制狀態(tài)和I/O 卡件輸出狀態(tài)進(jìn)行初始化,回復(fù)到安全的狀態(tài)上,如開關(guān)量輸出卡處于OFF 狀態(tài)、閥位輸出處于關(guān)閉狀態(tài)、控制回路都處于手動狀態(tài),等等。

啟動模式 3——組態(tài)混亂清除組態(tài)模式:

監(jiān)控軟件復(fù)位啟動(系統(tǒng)上電或WDT 動作)后對組態(tài)信息、保護(hù)進(jìn)行自檢(合法性和有效性),如發(fā)現(xiàn)信息混亂,不是有效的組態(tài)信息,則清除(初始化)內(nèi)存中組態(tài)、控制參數(shù)、控制程序代碼等內(nèi)容,并產(chǎn)生“組態(tài)出錯”報警(診斷畫面中),主控制卡的FAIL 燈常亮。這種系統(tǒng)啟動模式將被判定為啟動模式3。對于新生產(chǎn)的卡件(從未對它下載過組態(tài))或斷電保護(hù)被中斷過的(如更換主控制卡上斷電保護(hù)的電池)主控制卡的啟動模式都為啟動模式3。在這種啟動模式下,卡件內(nèi)組態(tài)信息、控制參數(shù)、輸出狀態(tài)等等緩沖區(qū)都將被初始化在一合適的數(shù)值上,控制運(yùn)算、采樣、輸出等監(jiān)控動作都被停止,等待工程師站下裝組態(tài),這種狀態(tài)也就是我們所說的主控卡“組態(tài)丟失”。在系統(tǒng)控制方案調(diào)試過程中,可能會發(fā)生由于用戶控制程序出錯而導(dǎo)致主控制卡資源被破壞,或者系統(tǒng)配置和算法容量超出系統(tǒng)規(guī)定的限制,有可能出現(xiàn)這種組態(tài)丟失(組態(tài)出錯)的報警現(xiàn)象,在這種情形下,必須改正組態(tài)或程序中問題并下裝組態(tài)信息,報警現(xiàn)象就會消失。

由于每塊主控制卡內(nèi)部冷熱啟動判斷電路具有一定的離散性,所以大于 3 秒,小于10 秒的主控制卡的啟動模式對于每一塊卡件來說并不完全一樣。但我們保證:主控制卡斷電時間小于3 秒必定為熱啟動;而斷電時間大于10 秒必定為冷啟動。

SP243X 可冗余配置,也可單卡工作。冗余中的每一個主控制卡均執(zhí)行同樣的應(yīng)用程序,當(dāng)然只有一個運(yùn)行在控制方式(工作機(jī))。另外一個必須運(yùn)行在后備方式(備用機(jī))。它們都能訪問I/O

和過程控制網(wǎng)絡(luò),但工作模式下的主控制卡起著控制、輸出、實時信息廣播決定性的作用。

工作模式(控制模式):

在控制模式下,處理器的功能如同在非冗余的一樣,直接訪問 I/O 口,執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能,此外它還監(jiān)視其配對的后備卡件和過程控制網(wǎng)絡(luò)的好壞。

備用模式(后備模式):

在備用方式下,后備主控制卡執(zhí)行診斷和監(jiān)視主處理器的好壞,通過周期查詢運(yùn)行中的主處理器的數(shù)據(jù)庫存儲器,接受工作機(jī)發(fā)送的全部運(yùn)行信息,后備處理器可隨時保存最新的控制數(shù)據(jù),包括了過程點數(shù)據(jù),控制算法中間值等,保證了工作/備用的無擾動故障切換。它們通過母板上的控制信號線聯(lián)接來實現(xiàn)冗余信息交換,狀態(tài)跟蹤。

主控制卡的切換可分為失電強(qiáng)制切換、干擾隨機(jī)切換和故障自動切換。在工作主控制卡突然斷電的情況下,強(qiáng)制切換到備用機(jī)并承擔(dān)控制任務(wù),稱失電強(qiáng)制切換。由于工作、備用的切換邏輯電路受到干擾(電磁干擾)而引起的工作備用切換,稱為干擾隨機(jī)切換。

故障自動切換,如果處理控制方式的主控制卡(工作機(jī))發(fā)生故障,并將這故障通知后備處理器,并自動放棄控制權(quán)。于是后備處理器接替了系統(tǒng)控制權(quán),并向數(shù)據(jù)高速公路廣播信息。算法塊的自動跟蹤功能保證了無擾動的故障切換。當(dāng)下列故障發(fā)生時,主控卡將自動切換進(jìn)行故障切換:

控制處理器故障;

 網(wǎng)絡(luò)控制器故障;

I/O 接口故障;

 工作的主控制卡運(yùn)行時間超時;

工作的主控制卡失電;

 工作的主控制卡受到外部強(qiáng)干擾而復(fù)位;

 控制處理器復(fù)位(包括 WDT 引起的復(fù)位或供電電壓低引起的復(fù)位);

 系統(tǒng)資源破壞,如系統(tǒng)程序空間;

 RAM 自檢出錯,如組態(tài)信息破壞。

一旦主控制卡被切換到后備處理器上,故障的主控制卡可停電,維修,更換,絲毫不影響運(yùn)行的控制系統(tǒng)。檢修好的處理器上電后再啟動,會檢測到其配對的處理器是否處于控制方式,若是,便承擔(dān)起后備處理器的任務(wù)。而運(yùn)行控制的控制器檢測到有后備處理器出現(xiàn)便會調(diào)整按冗余運(yùn)行。

主控制卡具有自身運(yùn)行狀態(tài)的 LED 指示:運(yùn)行(RUN)、就緒(STDBY)、故障(FAIL)、SCnetⅡ通信(COM),如圖 3-7 所示。通過卡件上的LED 指示可以幫助我們確定主控制卡的運(yùn)行狀態(tài)和一些簡單的故障情況,以及時發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行維修。LED 顯示如下:工作機(jī)的RUN 將按采樣周期兩倍的周期閃爍,而備用機(jī)的STDBY 將按采樣周期兩倍的周期閃爍。當(dāng)主控制卡的組態(tài)、下裝的用戶控制程序、網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)控制器出現(xiàn)故障時,該主控制卡的FAIL 將以不同的方式閃爍。以下將對主控制卡的LED 的指示作詳細(xì)說明。正常運(yùn)行情況下,LED 指示如表.

如果有某一塊主控制卡處于工作狀態(tài)(工作機(jī)),另一塊主控制卡(該卡件必須符合啟動模式2或啟動模式3)插入相應(yīng)的冗余槽位(nn+1,n 為偶數(shù),n<15)作為熱備用卡件(備用機(jī)),這一塊備用的主控制卡啟動過程中RUN STDBY 指示燈將會交替閃爍,以指示“備用機(jī)通過通信向工作機(jī)讀取組態(tài)、實時等必要的運(yùn)行數(shù)據(jù)”。交替閃爍結(jié)束后(即備用機(jī)和工作機(jī)拷貝數(shù)據(jù)結(jié)束),此卡件進(jìn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)(熱備用),即如表格中所示的STDBY 指示燈按控制周期兩倍的周期閃爍。

如果只有單獨(dú)一塊主控制卡冷啟動(斷電時間>10 秒),則在進(jìn)入正常運(yùn)行前FAIL 燈將會快閃一下(紅色),表明此主控制卡要求向另一冗余卡件讀取數(shù)據(jù)失?。ㄒ驗槿哂嗫静淮嬖冢?。而另一種情況是:在系統(tǒng)中已存在工作主控制卡,備用主控制卡上電冷啟動,它首先向工作機(jī)讀取運(yùn)行數(shù)據(jù),RUN STDBY 指示燈交替閃爍,如果拷貝數(shù)據(jù)(交替閃爍)結(jié)束后FAIL 燈快閃一下(紅色),則表明備用機(jī)讀取工作機(jī)數(shù)據(jù)失敗。通常在主控制卡的硬件正常的情況下,備用機(jī)將成功地向工作機(jī)讀取數(shù)據(jù),因此FAIL 燈不會出現(xiàn)快閃現(xiàn)象。

在主控卡出現(xiàn)故障的情況下,FAIL 指示燈將以不同的頻率閃爍的方式進(jìn)行報警??赏ㄟ^觀察RUN 燈、FAIL 燈、STDBY 燈的相對狀態(tài)來確定其故障,具體說明如下:

首先需特別提醒一點:主控制卡處于工作狀態(tài)(WORK 燈亮)時,RUN 燈將按控制周期兩倍的周期閃爍,STDBY 燈暗;而處于備用狀態(tài)(WORK 燈暗)時,STDBY 燈將按采樣周期兩倍的周期閃爍,RUN 燈暗,表明備用主控制卡處于準(zhǔn)備就緒的狀態(tài)。當(dāng)本主控制卡處于工作狀態(tài)時,由于RUN 燈是按采樣周期兩倍的周期閃爍的,所以其余指示燈的閃爍情況都將與RUN 燈進(jìn)行對照,以RUN 燈為相對時間基準(zhǔn)。

如果主控制卡受到外部強(qiáng)干擾而引起復(fù)位,或者軟件運(yùn)行出錯(如用戶控制程序運(yùn)行超時或程序存在死循環(huán))而引起WDT 動作,這兩種情況都將導(dǎo)致主控制卡的CPU 和系統(tǒng)外部電路復(fù)位,同時FAIL 故障指示燈將會無規(guī)則的“閃爍”一下,這種“閃爍”不同于上述表格中有序的狀態(tài)顯示。

如果主控制卡內(nèi)部的供電直流電源電壓不足(一般低于4.8V)或電源電壓不穩(wěn),卡件的電源監(jiān)視電路將使CPU 處于復(fù)位狀態(tài),導(dǎo)致SP243X 無法正常工作,此時卡件的FAIL 指示燈一般常亮,而其他狀態(tài)指示燈出現(xiàn)異常閃爍。這種FAIL 指示燈常亮不同于卡件組態(tài)丟失的情況,在組態(tài)丟失的情況下,RUN、SLAVE、STDBY 等指示燈都能正常的有序的閃爍。

當(dāng)本主控制卡處于備用狀態(tài)時,RUN 燈暗,STDBY 燈按采樣周期兩倍的周期閃爍,所以上表中RUN 燈將被STDBY 代替,備用主控制卡將以STDBY 燈為相對時間基準(zhǔn)進(jìn)行比較,其余指示燈的閃爍情況都與RUN 燈進(jìn)行對照來判定故障情況。

必須說明的是:備用主控制卡與工作主控制卡的LED 指示時間順序并沒有直接關(guān)系,上述LED的閃爍時間順序關(guān)系只限于同一主控制卡上(工作主控制卡或備用主控制卡)的各LED,所以我們可以通過觀察某一主控制卡的LED 的閃爍來判定卡件或網(wǎng)絡(luò)的故障情況。


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