【文章內(nèi)容簡介】 JX300X采用三層通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖 32 所示。最上層為信息管理網(wǎng)，采用符合基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，連接了各個(gè)控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計(jì)算機(jī)，用于工廠級的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。中間層為過程控制網(wǎng)（名稱為 SCⅡ ），采用了雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng) SCⅡ 作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實(shí)時(shí)信息。底層網(wǎng)絡(luò)為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（名稱為SBUS），采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各 卡件之間進(jìn)行信息交換的通道。 圖 32 JX300X的三層通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下： 、可靠、開放的通訊網(wǎng)絡(luò) SC II 、獨(dú)立、功能強(qiáng)大的控制站 基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 、易用的組態(tài)手段和工具 、實(shí)用、友好的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面 ，維護(hù)簡單，產(chǎn)品多元化、正規(guī)化 系統(tǒng)性能 工作溫度： 0℃ ～ 50℃ ； 存放溫度： － 40℃～ 70℃ ； 濕度： 50℃ 時(shí)， 5%～ 95%； 高度：可達(dá)海拔 4000m； 振動(dòng)（工作）： ″振幅， 5～ 17Hz； ， 17～ 500Hz； 振動(dòng) (不工作 )： ″振幅， 5～ 17Hz； 3G峰值沖擊， 17～ 500Hz。 電源性能 （ 1）控制站 雙路供電， 85～ 264VAC， 47～ 400Hz，最大 600W，功率因素校正 (符合 IEC6100032標(biāo)準(zhǔn) )； （ 2）操作站、工程師站和多功能站 200～ 250VAC， 50Hz，最大 500W； 接地電阻 在普通場合接地電阻不大于 4歐姆，在變電所、電廠及有大型用 電的場合接地電阻不大于 1歐姆。 運(yùn)行速度 采樣和控制周期： 50毫秒～ （邏輯控制）， 100毫秒～ （回路控制）； 基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 雙機(jī)切換時(shí)間：＜ ； 雙機(jī)冗余同步速度： 1Mbps； 電磁兼容性 電磁兼容性（ EMC）是指設(shè)備在其電磁環(huán)境中正常工作且不對該環(huán)境中其它事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容包括電磁干擾（ EMI）和電磁敏感度（ EMS）兩方面。 JX300X采用具有功率因素校正的開關(guān)電源，諧波幅射大大降低，使系統(tǒng)對電源網(wǎng)絡(luò)的干擾達(dá)到最小。系統(tǒng)完全按照工業(yè)環(huán)境的通用抗擾性標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并 經(jīng)嚴(yán)格測試，使系統(tǒng)在抗干擾力方面有很大提高，能完全滿足各種惡劣電磁環(huán)境下的工作要求。系統(tǒng)滿足如下電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)： IEC6100032(GB/176251198)諧波電流限值； IEC6100033電壓波動(dòng)和閃爍限值； IEC6100042()靜電放電抗擾度； IEC6100043(GB/)射頻電磁場輻射抗擾度； IEC6100044(GB/)電快速瞬變脈沖群擾試； IEC6100045(GB/)浪涌（沖擊）抗擾度； IEC6100048(GB/)工頻磁場抗擾度； IEC6100049(GB/)脈沖磁場抗擾度； IEC61000411(GB/)電壓暫降； EN500822(1995)工業(yè)環(huán)境的通用抗擾性標(biāo)準(zhǔn)。 JX300X 系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò) 概述 JX300X DCS 的通信網(wǎng)絡(luò)分三層（如圖 33）：第一層網(wǎng)絡(luò)是信息管理網(wǎng)（用戶可選）；第二層網(wǎng)絡(luò)是過程 控制網(wǎng)，稱為 SCⅡ ；第三層網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部 I/O 控制總線，稱為 SBUS。 基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 圖 33 JX300X DCS的通信網(wǎng)絡(luò) 信息管理網(wǎng) 信息管理網(wǎng)采用以太網(wǎng)絡(luò)，用于工廠級的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)綜合管理的信息通道。該網(wǎng)絡(luò)通過在多功能站（ MFS）上安裝雙重網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)接的方法，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理網(wǎng)與 SCⅡ 過程控制網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)間橋接，以獲 JX300X集散控制系統(tǒng)中過程參數(shù)和系統(tǒng)的運(yùn)行信息，同時(shí)也向下傳送上層管理計(jì)算機(jī)的調(diào)度指令和生產(chǎn)指導(dǎo)信息。管理網(wǎng)采用大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)信息共享，并 可將各個(gè)裝置的控制系統(tǒng)連入企業(yè)信息管理網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)綜合管理、調(diào)度、統(tǒng)計(jì)、決策等。 信息管理網(wǎng)的基本特性： 拓?fù)湟?guī)范：總線形（無根樹）結(jié)構(gòu)，或星形結(jié)構(gòu)； 傳輸方式：曼徹斯特編碼方式； 通訊控制：符合 TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議； 基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 通訊速率： 10Mbps、 100Mbps、 1Gbps等； 網(wǎng)上站數(shù)：最大 1024個(gè)； 通訊介質(zhì)：雙絞線（星形連接）， 50Ω 細(xì)同軸電纜、 50Ω 粗同軸電纜（總線形連接，帶終端匹配器），光纖等； 通訊距離：最大 10km。 過程控制 網(wǎng)絡(luò) （ SCNETⅡ ） JX300X系統(tǒng)采用了雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng) SCⅡ 作為其過程控制網(wǎng)絡(luò)。它直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，是傳送過程控制實(shí)時(shí)信息的通道，具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性，通過掛接網(wǎng)橋， SCⅡ 可以與上層的信息管理網(wǎng)或其它廠家設(shè)備連接。 JX300X SCⅡ 網(wǎng)絡(luò)采用雙重化冗余結(jié)構(gòu) (如圖 34)。在其中任一條通訊線發(fā)生故障的情況下，通訊網(wǎng)絡(luò)仍保持正常的數(shù)據(jù)傳輸。 圖 34 雙重化冗余結(jié)構(gòu) SetⅡ 的通訊介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)控制器、驅(qū)動(dòng)接口等均可 冗余配置，在冗余配置的情況下，發(fā)送站點(diǎn)（源）對傳輸數(shù)據(jù)包（報(bào)文）進(jìn)行時(shí)間標(biāo)識，接收站點(diǎn)（目標(biāo)）進(jìn)行出基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 錯(cuò)檢驗(yàn)和信息通道故障判斷、擁擠情況判斷等處理；若校驗(yàn)結(jié)果正確，按時(shí)間順序等方法擇優(yōu)獲取冗余的兩個(gè)數(shù)據(jù)包中的一個(gè)，而濾去重復(fù)和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包。而當(dāng)某一條信息通道出現(xiàn)故障，另一條信息通道將負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)通訊任務(wù)，使通訊仍然暢通。對于數(shù)據(jù)傳輸，除專用控制器所具有的循環(huán)冗余校驗(yàn)、命令響應(yīng)超時(shí)檢查、載波丟失檢查、沖突檢測及自動(dòng)重發(fā)等功能外，應(yīng)用層軟件還提供路由控制、流量控制、差錯(cuò)控制、自動(dòng)重發(fā)（對于物理層無法檢測的數(shù)據(jù)丟失 ）、報(bào)文傳輸時(shí)間順序檢查等功能，保證了網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性，使響應(yīng)時(shí)間小于 1秒。 在保證高速可靠傳輸過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上， SCⅡ 還具有完善的在線實(shí)時(shí)診斷、查錯(cuò)、糾錯(cuò)等手段。系統(tǒng)配有 SCⅡ 網(wǎng)絡(luò)診斷軟件，內(nèi)容覆蓋了網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)站點(diǎn)（操作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、工程師站、控制站、數(shù)據(jù)采集站等）、每個(gè)冗余端口（ 0和 1）、每個(gè)部件（ HUB、網(wǎng)絡(luò)控制器、傳輸介質(zhì)等），網(wǎng)絡(luò)各組成部分經(jīng)診斷后的故障狀態(tài)被實(shí)時(shí)顯示在操作站上以提醒用戶及時(shí)維護(hù)。 SCⅡ 網(wǎng)絡(luò)組件 操作站網(wǎng)卡是采用帶內(nèi)置式 10BaseT收發(fā)器 (提供 RJ45接口 )的以太網(wǎng)接口。 它既是 SCⅡ 通訊網(wǎng)與上位操作站的通訊接口，又是 SCⅡ 網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)（兩塊互為冗余的網(wǎng)卡為一個(gè)節(jié)點(diǎn)），完成操作站與 SCⅡ 通訊網(wǎng)的連接。 圖 35所示為操作站網(wǎng)卡的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 35 操作站網(wǎng)卡結(jié)構(gòu) JX300X的控制站 基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 控制站是 JX300X系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程控制的主要設(shè)備之一，其核心是主控制卡。主控制卡通常插在過程控制站的最上部機(jī)籠內(nèi)，通過系統(tǒng)內(nèi)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) — SBUS擴(kuò)充各種功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信 號的輸入輸出，同時(shí)完成過程控制中的數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制、以及包括優(yōu)化控制等各種控制算法。 控制站的軟硬件核心 —— 主控制卡 主控制卡（又稱控制站主機(jī)卡）是控制站的軟硬件核心，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制站內(nèi)的所有軟硬件關(guān)系和各項(xiàng)控制任務(wù)，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(shí)時(shí)性、可維護(hù)性和可靠性。 JX300X主控制卡的綜合性能（處理能力、程序容量、運(yùn)行速度等），除了增強(qiáng)系統(tǒng)控制功能外，還增強(qiáng)了卡件的可靠性，簡化了維護(hù)和保養(yǎng)。綜合技術(shù)特點(diǎn)： 采用雙微處理器結(jié)構(gòu)，即有兩片 Philips XAG3微處理器，主 CPU和從 CPU，主頻24M。它們協(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(dòng)接口（兩片 UM9008 和相關(guān)驅(qū)動(dòng)芯片），互為冗余，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性、可靠性、網(wǎng)絡(luò)開放性有了充分的保證，構(gòu)成了完全獨(dú)立雙重化熱冗余 SCⅡ ； 互為冗余的兩個(gè) CPU卡件之間高速數(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(jì)，核心程序固化在 CPU卡的 EPROM中。 具有 8Mbit的用戶可組態(tài)的控制程序和數(shù)據(jù)區(qū)，為用戶設(shè)計(jì)的復(fù)雜控制 區(qū)準(zhǔn)備了充足的內(nèi)存空間； 實(shí)時(shí)診斷和狀態(tài)信息可在本卡件的 LED上顯示，并向 SCⅡ 上廣播； 采樣周期和控制速率從 50毫秒到 5秒可選（固定）或根據(jù)程序運(yùn)行自行決定； 帶算術(shù)、邏輯、控制算法庫； 支持 SCX語言、梯形圖、功能圖、順控等組態(tài)工具構(gòu)造的控制方案； 軟件支持冷、熱啟動(dòng)等多種初始化模式。在冷啟動(dòng)模式下，可以調(diào)用用 初始化程序； 支持 1Mbps SBUS接口； 基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 可帶 16到 96塊 I/O卡，具有本卡或遠(yuǎn)程 I/O功能，節(jié)省 安裝費(fèi)用； 綜合診斷到 I/O通道級； 具有靈活的報(bào)警處理和信號質(zhì)量碼功能。過程點(diǎn)的傳感器和高低限檢 報(bào)警處理，增加了過程點(diǎn)質(zhì)量標(biāo)志 —— “ 報(bào)警 ” 、 “ 變送器故障 ” 、 “ 自動(dòng) /手動(dòng) ” 、“ 可疑 ” 等； 事件記錄的分辨率達(dá)到 1毫秒； 使用后備電池，以防主電源故障時(shí)丟失數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)斷電的情況下，能保 數(shù)據(jù)不丟失，后備電池最長時(shí)間為 5年； 冗余或非冗余的系統(tǒng)配置。 卡件供電： DC5V， 280mA； DC24V， 5mA； 冗余方式： 1:1熱備用。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡 (SP233)是系統(tǒng) I/O機(jī)籠的核心單元，是主控制卡聯(lián)接 I/O卡件的中間環(huán)節(jié)，它一方面驅(qū)動(dòng) SBUS總線，另一方面管理本機(jī)籠的 I/O卡件。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡，一塊控制卡（ SP243）可擴(kuò)展 1到 6個(gè) I/O機(jī)籠，即可以擴(kuò)展 16到 96塊不同功能的 I/O卡件。圖 36為 SBUS的結(jié)構(gòu)圖。 基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 圖 36 SBUS結(jié)構(gòu)示意圖 系統(tǒng) I/O卡件 系統(tǒng) I/O卡件如表 31所示。 表 31 系統(tǒng)卡件一覽表 型號 卡件名稱 性能及輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) SP243 主控制卡（ SC） 負(fù)責(zé)采集、控制和通訊等， 10Mbps SP244 通訊接口卡（ SC） RS232/RS485/RS422通訊接口，可以與 PLC、智能設(shè)備等通訊 SP233 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡 SBUS總線標(biāo)準(zhǔn)，用于擴(kuò)張 I/O單元 SP311 萬能模擬信號輸入卡 2路輸入，可配電 SP313 電流信號輸入卡 4路輸入，可配電 010mA， 420mA SP314 電壓信號輸入卡 4路輸入，電壓信號 SP315 應(yīng)變信號輸入卡 2路輸入，應(yīng)變信號 SP316 熱電阻信號輸入卡 2路輸入，熱電阻 基于 JX300X的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 SP318 HART接口卡 4路數(shù)字信號輸入， HART儀表 SP322 模擬信號輸出卡 4路輸出， 010mA， 420mA SP331 數(shù)字信號處理卡 4路輸入或輸出，可組態(tài) SP332 繼電器輸出卡 4路輸出 SP333 脈沖量輸入卡（ 10KHz） 4路輸入 SP336 16路數(shù)字信號輸入卡 16路輸入 SP337 16路數(shù)字信號輸出卡 16路輸出 SP339 16路 SOE信號處理卡 16路輸入 SP341 位置調(diào)節(jié)輸出卡（ PAT卡） 1路 模入， 2路開出， 2路開入 JX300X系統(tǒng)軟件基于中文 Windows 95/98/NT開發(fā)，用戶界面友好，所有的命令都化為形象直觀的功能圖標(biāo)，只須用鼠標(biāo)即可輕而易舉地完成操作，使用更方便簡潔；再加上 SC8004B操作員鍵盤的配合，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控快捷方便。 軟件特點(diǎn) 軟件運(yùn)行環(huán)境：中文 Windows95/98/NT； 采用多任務(wù)、多線程， 32位代碼； 采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫； 圖形組態(tài)與語言組態(tài)結(jié)合； 圖形分辨率 800 600， 256色； 數(shù)據(jù)更新周期 1秒，動(dòng)態(tài)參數(shù)刷新周期 1秒； 按鍵響應(yīng)時(shí)間≤