Распределенная система управления I/A Series

Система серии интеллектуальной автоматики (Intelligent Automation, I/A Series) является открытой промышленной системой (OIS), которая интегрирует и автоматизирует производственные операции. Это расширяемая распределенная система, которая позволяет технологической установке методом приращений адаптировать эту систему к требованиям технологического процесса. Модули, которые образуют систему I/A Series, осуществляют связь друг с другом, несмотря на то, что они могут располагаться в разных местах в зависимости от условий и компоновки конкретной технологической установки.

Другим преимуществом распределенной системы является то, что каждый модуль имеет конкретные задачи и самостоятельно их выполняет вне зависимости от состояния других модулей.

Сеть управления Mesh – это коммутируемая сеть Fast Ethernet, основанная на стандартах IEEE 802.3u (Fast Ethernet) и IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet). Сеть управления Mesh состоит из ряда коммутаторов Ethernet, подключенных по многоконтурной схеме.

Конфигурация сети управления Mesh позволяет получить высокий коэффициент готовности, обеспечивая резервированные каналы передачи данных и исключая одиночные точки отказов. Гибкость такой архитектуры позволяет вам спроектировать сетевую конфигурацию, которая точно соответствует требованиям системы управления. Конфигурации могут быть такими простыми, как главная рабочая станция, непосредственно подключенная к контроллеру, или такими сложными, как многоконтурная сеть с множеством коммутаторов со скоростью передачи данных до 1 Гигабита в секунду.



Рис. 1-1    Система I/A Series

Типы  модулей
    Система  I/A Series представляет набор устройств, каждое из которых называется модулем. Каждый модуль запрограммирован для выполнения конкретных задач, связанных с мониторингом и управлением производственными процессами.
    Чтобы отвечать конкретным требованиям технологического процесса, персонал управления технологическим процессом создает или модифицирует программное обеспечение (ПО), которое выполняется внутри этих модулей. Различные типы конфигураций программных и аппаратных средств становятся более понятными и успешно выполняемыми, когда персонал вначале ознакомится с функциями, выполняемыми каждым модулем.  
    Базовая функция модуля определяют  его классификацию, а именно:
Процессорный модуль (Станция)
Модуль Fieldbus (FBM)
Коммутатор Ethernet
С этими модулями связаны различные типы аппаратных средств, такие как  периферийные устройства и кабели.


Рис.1-2    Сеть  управления  Mesh

Функциональные возможности  рабочей  станции
    Рабочая станция, зависящая от выбранного комплекта ПО, обладает вычислительными возможностями, чтобы выполнять:
  • системное программное обеспечение, написанное фирмой  Foxboro
  • прикладные программные пакеты, написанные фирмой Foxboro
  • программы, написанные пользователем, и программы сторонних поставщиков.
    Примером такой программы является  архиватор AIM*Historian, используемый для сбора и сжатия данных технологического процесса.
    Кроме того, рабочая станция может  выступать в роли файлового сервера или хоста (ведущего компьютера) для других станций в сети. Файловый сервер обеспечивает сервис загрузки образа для этих станций и хранит информацию, полученную от этих станций, чтобы ее можно было использовать в других прикладных программах.         Примером функции файлового сервера является загрузка схем базы данных управления на станции, которые на самом деле управляют технологическим  процессом. Рабочая станция также обеспечивает сетевой интерфейс  с накопителями данных большой емкости, такими как:
  • накопители на компакт-дисках
  • накопители на "бегущей" магнитной ленте (стримеры)
  • накопители на жестких дисках (НМД)
  • накопители на гибких дисках (НГМД).
    Еще одной основной функцией рабочей станции является выполнение роли интерфейса между пользователем и технологическим процессом, обеспечивая программы, необходимые для работы с устройствами пользовательского интерфейса. К этим устройствам относятся:
  • монитор рабочей станции;
  • буквенно-цифровая клавиатура;
  • клавиатура оповещений;
  • мышь или шаровой манипулятор;
  • сенсорный экран.
    Клавиатура оповещений – это клавиатура, служащая для сигнализации аварийных сигналов технологического процесса, и  клавиши данной клавиатуры используются для  получения доступа к дисплеям. Устройство GCIO (Графический контроллер ввод/вывода) используется как интерфейс между клавиатурой оповещений и  станцией оператора  (WP).
    Рабочая станция – это графический терминал, с помощью которого оператор  взаимодействует с дисплеями системы I/A Series, чтобы: 
  • выполнять мониторинг и управление параметрами технологического процесса;
  • принимать уведомления об аварийных сигналах технологического процесса.

Управляющие процессоры и модули Fieldbus 
    C появлением версии V8.0 мы представляем два новых управляющих процессора – FCP270 и ZCP270. Полевой управляющий процессор 270 (FCP270) – это распределенный, факультативно отказоустойчивый модуль контроллера, монтируемый в полевых условиях. FCP270 выполняет регулирование, а также логическое, временное и последовательностное управление вместе с подключенными модулями Fieldbus. Он также осуществляет сбор данных, обнаружение и сигнализацию аварийных состояний. Полевой управляющий процессор 270 (FCP270) аналогичен по размерам с модулями FBM и монтируется на базовую плату, обеспечивает управление технологическим процессом и служит в качестве коммуникационного интерфейса между модулями FBM и сетью управления Mesh. FCP270 подключается к сети управления Mesh с помощью стандартных волоконно-оптических кабелей 100Мб/сек Ethernet. Для высокоскоростной связи между модулями в отказоустойчивой конфигурации, два управляющих процессора (СР) устанавливаются в соседних слотах FCP270 на базовой плате. 
FCP 270 поддерживает следующие аппаратные средства: 
  • Все модули FBM серии 200, монтируемые на рейку DIN (до 32 модулей FBM).
  • Модули системных интеграторов полевых устройств (FDSI), (FBM230/231/232/233).
  • Moore APACS + конкурентоспособный модуль миграции.
  • Конкурентоспособный модуль миграции Westinghouse.

Функции и возможности 
FCP270 обеспечивает следующие новые функции и возможности: 
  • Прямое волоконно-оптическое соединение 100Мб/сек Ethernet с сетью управления Mesh для высокоскоростного обмена данными, являющегося невосприимчивым к электромагнитным помехам на всей длине волоконно-оптического кабеля.
  • Отказоустойчивая опция, которая позволяет получить улучшенный коэффициент готовности и повышенную надежность за счет использования уникального сравнения сдвоенных контроллеров для всех исходящих сообщений.
  • Устойчивое управление в полевых условиях (волоконно-оптический контроллер 100Мб/сек Ethernet, 2 Мб/сек Fieldbus, модули FBM серии 200, монтируемые на рейку DIN, клеммные сборки и блок питания FPS400-24). Новая конфигурация исключает необходимость в помещении для стоек (вам требуется только операторная и полевой корпус).
  • Соединение с Ethernet или последовательными устройствами через FDSI позволяет осуществлять интерфейсы с новыми устройствами. FDSI включает FBM230, FBM231, FBM232 и FBM233.
  • Факультативная глобальная система позиционирования (GPS) позволяет выполнять внешнюю временную синхронизацию.
  • Последовательность событий (SOE) имеет факультативные отметки времени в FBM с точностью до 1мсек для всей системы для выполнения последующего анализа событий. Отметки времени имеют точность 1мсек, только когда используется факультативная внешняя временная синхронизация от GPS.
  • Факультативный регистратор данных переходных процессов (Transient Data Recorder – TDR) позволяет выполнять 10мсек стробирование аналоговых данных для выполнения последующего анализа событий, используя анализатор данных переходных процессов (Transient Data Analyzer- TDA). Для данных TDR применяются отметки времени с точностью 1мсек. Отметки времени имеют точность 1мсек, только когда используется факультативная внешняя временная синхронизация от GPS.
  • Инфракрасный интерфейс с конфигуратором  леттербагов I/A Series позволяет установить и считать леттербаг контроллера.
  • Образ, резидентно находящийся в памяти, для быстрой начальной загрузки станции. Время перезагрузки составляет менее 10 секунд.
  • Улучшенная производительность контроллера. Выполнение блоков в секунду равно 10000 для FCP270 и 3400 для СР60.
  • До 4000 блоков могут быть сконфигурированы для FCP270 (или отказоустойчивой пары FCP270).
  • Масштабируемая лицензия позволяет вам начать с небольшой, но полнофункциональной системы управления. Вы можете со временем увеличить вашу систему.
  • Улучшения аварийной сигнализации для функциональных блоков: повторная сигнализация при изменениях приоритета аварийного сигнала, повторная сигнализация, основанная на времени, подавление аварийной сигнализации, основанное на времени.
  • Поддерживаются модули FBM Foundation Fieldbus, FoxCom, HART, Profibus и Modbus. Для повышения удобства выполнения операций технического обслуживания, модуль FCP270 оснащен утопленной кнопкой сброса, расположенной на лицевой стороне модуля. Данная функция позволяет вам вручную сбросить модуль в исходное состояние, не вынимая его из базовой платы.

    Сеть управления Mesh обеспечивает факультативное расширение сети управления, используя 100Мб/сек коммутаторы Ethernet, что позволяет размещать удаленно от рабочих станций ZCP270, FCM100Et, FCP270 и соответствующие модули FBM. 


Отказоустойчивая конфигурация 
    Повышенная надежность достигается, если использовать отказоустойчивую конфигурацию FCP270. Отказоустойчивая версия FCP270 состоит из двух модулей, работающих параллельно, с двумя отдельными соединениями с сетью Mesh. Два модуля FCP270, взаимодействующие вместе как отказоустойчивая пара, обеспечивают непрерывную работу установки даже в случае буквально любой аппаратной неисправности, появляющейся внутри одного модуля этой пары. Отказоустойчивое решение обеспечивает следующие преимущества над просто резервированными контроллерами: 
  • Неверные сообщения не передаются в поле или в приложения, использующие данные контроллера; ни какое сообщение не выходит из контроллера, если оба модуля не определят побитового совпадения для передаваемого сообщения.
  • Вторичный контроллер синхронизирован с первичным, что гарантирует наличие достоверных данных, даже в случае отказа первичного контроллера.
  • Вторичный контроллер обнаруживает скрытые  неисправности до любого переключения управления, так как он выполняет точно такие же операции, что и первичный контроллер.
Управляющий процессор 270 с формфактором Z  (ZCP270)
    Управляющий процессор 270 (ZCP270) – это факультативно отказоустойчивый контроллер с формфактором Z. ZCP270 выполняет регулирование, а также логическое, временное и последовательностное управление вместе с подключенными коммуникационными модулями Fieldbus (FCM) и модулями Fieldbus. Он также осуществляет сбор данных (через модули FBM и/или другие устройства), обнаружение и сигнализацию аварийных состояний. ZCP270 подключается к сети управления Mesh и модулям FCM100Et с помощью стандартных волоконно-оптических кабелей 100Мб/сек Ethernet. 
    ZCP270 позволяет вам модернизировать вашу сеть Nodebus до высокоскоростной сети Mesh I/A Series, сохраняя при этом ваши традиционные монтажные конструкции и шкафы I/A Series. ZCP270 конструктивно выполнен в формате модуля с формфактором Z, что позволяет его установить на существующие монтажные конструкции 1х8 или 2х8. Питание подается на ZCP270 только от существующей монтажной конструкции. Он не соединен напрямую с существующим оборудованием Nodebus или Fieldbus через монтажную конструкцию. ZCP270 не предназначен для непосредственной замены любого существующего управляющего процессора фирмы Foxboro. 
ZCP270 поставляется в двух конфигурациях: неотказоустойчивой и отказоустойчивой. Отказоустойчивая версия ZCP270 состоит из двух процессорных модулей одинарной ширины. Эти модули устанавливаются в соседних слотах ZCP270 в монтажной конструкции 1х8 или 2х8 и соединены с отказоустойчивым разъемом, чтобы обеспечить высокоскоростную связь между модулями. ZCP270 предназначен для установки в шкафах для оборудования I/A Series.     Общая информация по установке оборудования в таких шкафах представлена в документе "Шкафы и монтажные конструкции", B0700AS. 
ZCP270 поддерживает управление технологическим процессом, используя следующие продукты: 
  • Модули FCM100Et, монтируемые на рейку DIN (32 модуля максимум).
  • Модули FBM серии 200, монтируемые на рейку DIN (120 модулей максимум).
  • Модули системных интеграторов полевых устройств (FDSI), (FBM230/231/232/233).
  • Moore APACS + конкурентоспособный модуль миграции.
  • Конкурентоспособный модуль миграции Westinghouse.

Функции и возможности 
ZCP270 обеспечивает следующие новые функции и возможности: 
  • Прямое волоконно-оптическое соединение 100Мб/сек Ethernet с сетью управления Mesh для высокоскоростного обмена данными, являющегося невосприимчивым к электромагнитным помехам на всей длине волоконно-оптического кабеля.
  • Прямое волоконно-оптическое соединение 100Мб/сек Ethernet с  шиной Fieldbus сети управления Mesh для высокоскоростного обмена данными FCM100Et, являющегося невосприимчивым к электромагнитным помехам на всей длине волоконно-оптического кабеля.
ЗАМЕЧАНИЕ: Сеть управления Mesh  и сеть Fieldbus могут находиться в одной сети или в разных сетях. 
  • Отказоустойчивая опция, которая позволяет получить улучшенный коэффициент готовности и повышенную надежность за счет использования уникального сравнения сдвоенных контроллеров для всех исходящих сообщений.
  • Соединение с полевыми устройствами Ethernet или последовательными устройствами через FDSI позволяет осуществлять интерфейсы с новыми устройствами.
  • Факультативная глобальная система позиционирования (GPS) позволяет выполнять внешнюю временную синхронизацию.
  • Последовательность событий (SOE) имеет факультативные отметки времени в FBM с точностью до 1мсек, когда в системе используется факультативная внешняя временная синхронизация от GPS для выполнения последующего анализа событий.
  • Факультативный регистратор данных переходных процессов (Transient Data Recorder – TDR) позволяет выполнять 10мсек стробирование аналоговых данных для выполнения последующего анализа событий, используя анализатор данных переходных процессов (Transient Data Analyzer- TDA). Для данных TDR применяются отметки времени с точностью 1мсек.
  • Инфракрасный интерфейс с конфигуратором  леттербагов I/A Series позволяет установить, изменить и считать леттербаг контроллера.
  • Образ, резидентно находящийся в памяти, для быстрой начальной загрузки станции.
  • Улучшенная производительность контроллера. Выполнение блоков в секунду равно 10000 для ZCP270 и 3400 для СР60.
  • Масштабируемая лицензия позволяет вам начать с небольшой, но полнофункциональной системы управления. Вы можете впоследствии увеличить вашу систему.
  • Улучшения аварийной сигнализации для функциональных блоков: повторная сигнализация при изменениях приоритета аварийного сигнала, повторная сигнализация, основанная на времени, подавление аварийной сигнализации, основанное на времени.
  • ZCP270 использует шину 2Мб/сек Fieldbus c протоколом высокоуровневого управления каналом передачи данных (HDLC) через FCM100Et.
  • Связь по шине Fieldbus с модулями FCM приблизительно в 2,5 раза быстрее, чем связь СР60 с модулем FCM10.
  • Для повышения удобства выполнения операций технического обслуживания, модуль FCP270 оснащен утопленной кнопкой сброса, расположенной на лицевой стороне модуля. Данная функция позволяет вам вручную сбросить модуль в исходное состояние, не вынимая его из базовой платы.
Модули  Fieldbus 
    Модули FBM служат в качестве интерфейса между полевыми устройствами и управляющим процессором I/A Series. Они выполняют необходимые преобразования данных, обеспечивая полную поддержку аналоговых измерений, считывания дискретных состояний, аналогового или дискретного управления и цифровой связи. Модули FBM не являются станциями. Физически они меньше станций, и логически они находятся на отдельном коммуникационном канале, называемом Fieldbus. 

Модули FBM бывают двух категорий: 

  • Аналоговые
  • Дискретные (цифровые), (Вкл – Выкл).

    Дискретные модули FBM передают и/или принимают дискретные (цифровые) сигналы на или от полевых устройств. Они имеют 16 каналов максимум, при этом каждый канал имеет индикатор состояния, показывающий включенное/отключенное состояние каждого канала (сигнала). 
    Модуль FBM осуществляет связь с одной и только одной станцией, управляющим процессором (СР), которому он был присвоен. Модуль FBM напрямую соединен с технологическим процессом (насосами, клапанами и так далее). Он передает информацию о технологическом процессе на СР, где информация становится доступной для других станций в сети I/A Series. СР также передает информацию на соответствующий модуль FBM, которые передает ее в технологический процесс для целей управления. 
    Аналогично станциям, два светодиодных индикатора (красный и зеленый) на лицевой панели каждого модуля FBM отображают рабочее состояние модуля. Определенные модули FBM могут быть резервированными. 
Пожалуйста, помните, что существуют различные типы модулей FBM, которые могут использоваться, в зависимости от конкретной производственной среды. Например, один аналоговый модуль FBM имеет четыре входных канала и четыре выходных канала. Другой аналоговый модуль FBM имеет только восемь входных каналов. 
    Подсистема, монтируемая на рейку DIN, обеспечивает надежный, высокоскоростной коммуникационный интерфейс между главным управляющим процессором (например, рабочей станцией I/A Series) и полевыми датчиками и приводами. Она использует передовую компоновку оборудования и использует волоконно-оптические и/или коаксиальные кабели между модулями для локального или удаленного распределения точек технологического ввода/вывода. 
Подсистема I/A Series, монтируемая на рейку DIN, поддерживает три конфигурации управляющих процессоров: 

  • 100 Мб/сек сеть управления Mesh до полевого управляющего процессора 270 (FCP270).
  • 100Мб/сек сеть управления Ethernet от управляющего процессора 270 с формфактором  Z (ZCP270) до полевого коммуникационного модуля (FCM100Et).

Все из этих конфигураций предлагают факультативное расширение сети управления, позволяя располагать модули FBM удаленно от станции управления  I/A Series или рабочих станций.

Модули FBM, монтируемые на рейку DIN, и соответствующие блоки ЕСВ

Обзор подсистемы FBM

Таблица 2.   Модули FBM и блоки управления оборудованием (ECB)


FBM Функциональное описание ЕСВ Тип ECB Разрешенные точки
FBM201 8 аналоговых входов, 0-20 мА 01 Аналоговый вход от 1 до 8
FBM202 8 термопарных/мВ входов 01 Аналоговый вход от 1 до 8
FBM203 8 входов для термометров сопротивления (RTD) 01 Аналоговый вход от 1 до 8
FBM204 4 аналоговых входа, 4 аналоговых выхода, 0-20 мА 02 Аналоговый вход / Аналоговый выход от 1 до 4, от 5 до 8
FBM205 4 аналоговых входа, 4 аналоговых выхода, 0-20 мА, резервированный 02 Аналоговый вход / Аналоговый выход от 1 до 4, от 5 до 8
FBM206 8 импульсных входов 04 Импульсный вход от 1 до 8
FBM207 16 каналов контроля напряжения/определения состояния контактов 05, 06 07, 08 Дискретный вход от 1 до 16
FBM208 4 аналоговых входа, 4 аналоговых выхода, 0-20 мА, резервированный 02 Аналоговый вход / Аналоговый выход от 1 до 4, от 5 до 8
FBM211 16 аналоговых входов, 0-20 мА 01 Аналоговый вход от 1 до 16
FBM212 14 входов для термопар/мВ 01 Аналоговый вход от 1 до 14
FBM213 8 входов для термометров сопротивления (RTD) 01 Аналоговый вход от 1 до 8
FBM214 HART (Замечание 1) 200 FBM от 1 до 8
201 Устройство
FBM215 HART (Замечание 1) 200 FBM от 1 до 8
201 Устройство
FBM216 HART, резервированный (Замечание 1) 200 FBM от 1 до 8
201 Устройство
FBM217 32 дискретных входа 05, 06 07, 08 Дискретный вход от 1 до 32
FBM218 HART, резервированный (Замечание 1) 200 FBM от 1 до 8
201 Устройство
FBM219 24 входа, 8 выходов, контроля напряжения/ определения состояния контактов 08 Лестничная логика от 1 до 24 CIN, от 25 до 32 COUT
05 Дискретный вход / выход
FBM220/ FBM221 Интерфейс FOUNDATION Fieldbus H1 (см.замечание 2). 200 FBM См. замечание 2 ниже.
201 Устройство
FBM223 Profibus-DP (См. замечание 3). 200 FBM  
201 Устройство
FBM224 Интерфейс Modbus (Замечание 4) 200 FBM  
201 Устройство
FBM228 Резервированный интерфейс FOUNDATIONFieldbus H1 (см. замечание 6). 200 Одиночный FBM См. замеч.6 ниже
202 Резервированная пара
201 Устройство
FBM230 FBM231 Выход RS232/RS-422 / RS-485 (Замечание 5) 200 Одиночный FBM  
202 Резервированная пара
201 Устройство
FBM232 FBM233 Выход Ethernet (Замечание 5) 200 Одиночный FBM  
202 Резервированная пара
201 Устройство
FBM237 8 аналоговых выходов, 0-20 мА 53 Аналоговый выход от 1 до 8
FBM240 8 дискретных выходов с обратным считыванием, резервированных 05 Дискретный выход 9 -6 COUTR 9-6 COUT
FBM241 8 дискретных входов, 8 дискретных выходов, контроль напряжения/определение состояния контактов 08 Лестничная логика от 1 до 8 CIN от 9 до 16 COUT
05 Дискретный вход / выход
FBM242 16 дискретных выходов 05 Дискретный выход от 1 до 16
FBM243 8 двунаправленных каналов 73 Интерфейс FoxCom Всего до 8
18, 74
FBM246 8 двунаправленных каналов 38R Интерфейс FoxCom Всего до 8
18, 74
  ЗАМЕЧАНИЯ:
  1. Подробная информация представлена в документе "Руководство пользователя по коммуникационным интерфейсным модулям HART (FBM214/215/216/218), (B0400FA).
  2. Подробная информация представлена в документе "Руководство пользователя по коммуникационным интерфейсным модулям FOUNDATION Fieldbus H1 (FBM220/FBM221), (B0400FD). Для модуля FBM220 максимальное количество точек соединений равно 24 для 16 устройств максимум. Для модуля FBM221 максимальное количество точек соединений равно 64 (или 16 на порт для 8 устройств максимум на один порт). Обратите внимание, что для каждого аналогового или дискретного выхода требуется две точки соединений: одна для выхода и одна для обратного считывания.
  3. Подробная информация представлена в документе "Руководство пользователя по коммуникационным интерфейсным модулям Profibus-DP (FBM223), (B0400FF).
  4. Подробная информация представлена в документе "Руководство пользователя по коммуникационным интерфейсным модулям Modbus (FBM224), (B0400FK).
  5. Подробная информация представлена в документе "Руководство пользователя по системным интеграторам полевых устройств  (FBM230/231/232/233), (B0700АН).
  6. Подробная информация представлена в документе "Руководство пользователя по FOUNDATION Fieldbus для интерфейса FBM228, (B0700BA).