IndustrialIT ABB

1.  AC800F 控制器概述

    AC800F 控制器通过多种现场总线标准与现场设备接口，它作为ABB工业IT标准控制器即可以覆盖传统DCS功能又可以实现面向未来的FCS控制功能。

    AC800F控制器是Freelance 2000 DCS 系统 CPU 系列中的一种可实现下述功能:

Freelance 2000DCS 控制系统和AC800F控制器可在同一系统中任意混用.

现有的Freelance 2000Ò DCS 控制系统应用程序可直接下载到AC800F控制器.

AC800F控制器编程方式与Freelance  机架式CPU 相同；

可与Freelance 机架I/O模件连接.

采用ProfiBus 协议与S800 I/O 模件连接.

采用冗余或非冗余ProfiBus 接口与S900 I/O 模件连接.

   AC800F 控制器支持多种标准现场总线通信.可支持以下通信协议标准:

PROFIBUS-DP/V1

Modbus

Freelance 2000 CAN I/O总线

Open CAN-Bus

Foundation Fieldbus H1

HART

    AC800F  控制器为您的自动化控制工艺设计提供了充分的灵活性. 它将”简单的工程” 概念融入到一套真正开放的面向未来的控制系统中.

现场智能设备的组态与系统应用程序组态完全统一；

组态,调试及诊断仅需要一种工具软件；

可读取现场智能设备的所有信，周期及非周期数据；

在组态,调试,试车,服务及维护等方面节省大量的费用

现场安装节省电缆及空间；

系统结构灵活，具有较强伸缩性即使是只有几个信号的应用也很经济；

 1.1 AC800F控制器元件特点

 1.1.1  控制器CPU

    PM802 CPU单元通过各种现场总线模件循环采集现场智能设备的信号,应用已安装的用户应用程序对这些信号进行处理,并将处理好的信号通过现场总线模件输出到现场设备。

    AC800F控制器可以使用2个实现CPU冗余功能,当主AC800F出现故障时可以平滑、快速切换到热备AC800F,每个控制器使用一个专用以太网模件(DigiNet  R)用于主AC800F与热备控制器的数据通信及同步控制, 所有输入与输出均设计为支持冗余设置。

    现场总线控制器、过程站与操作员站之间的数据通信采用以太网系统总线（DigiNet S),与工程师 站的数据交换也通过这条数据总线,工程师站可以将新的或修改的程序加载到过程站,同时可以远程诊断现场控制器及各模件的运行状态。当安装和更换一个现场总线模件时,该模件的组态信息会自动进行更新。

    程序与实时过程数据存储在RAM中,为防止在系统停电时造成数据丢失,采用后备电池保持RAM信息,该电池装在每个以太网模件上及专用电池模件上。

   特性

Superscalar RISC 微处理器 (160 MIPS)

 16 K 内部 CPU 缓冲 RAM

4 MB FLASH EPROM

4 MB SRAM 具有错误校验

后备电池保持,包括电池电压监控

 EPROM, 串行, 16 Kbit

内置温度检测设备

Watchdog

4 个现场总线模件槽

2 个 Ethernet 通信模件槽, 32 位数据总线, 通信速率为 10 Mbit/s

支持现场控制器冗余功能

 1.1.2    控制器电源

    现场控制器模件通过SA801F 或 SD802F 电源模件提供  5 V DC/5 A 与3.3 V DC/5 A 辅助电源。电源模件具备开路、过载与短路保护功能。同时提供高稳定性的输出电源。若采用SD802F 冗余电源，一旦电源故障,在5 ms 之内现场控制器产生一个 电源故障信号, 同时输出电压保持20 ms, 在此期 间故障信号可以使CPU模件运行关断程序 并进入安全状态 或进行电源切换。电源恢复后,需重新启动系统及应用程序, 输出电压最少可保持 15 ms.

   特性

SA801F: 输入电源 115/230 V AC (自动调压), 输出电源电气隔离

SD802F: 冗余输入电源  24 V DC, 符合NAMUR 标准

电源模件输出:   5 V DC / 5 A and 3.3 V DC / 5 A

电源故障信号诊测与保护

电源模件及AC800F控制器运行状态指示灯

短路保护及限流

在主电源故障时,输出20 ms 能量保持, 符合NAMUR 标准

 1.1.3    控制器以太网通信单元

    模件符合IEEE802.3 标准以太网通信协议,作为系统总线(DigiNet S). 兼容IEEE 802.1 协议.

EI 801F: 通信模件,兼容10BASE2 细缆标准；

EI 803F: 通信模件,使用AUI接口；

EI 803F：通信模件，使用RJ45接口；

   特性

IEEE 802.3 以太网标准

32 位数据总线,100 M bit/s

直接存取到主存储器 < 4% CPU 操作负载

可选冗余电池,保持主存储器信息

 1.1.4    控制器ProfiBus通信模件

    FI 810F 模件为Profibus 现场总线接口模件,该模 件与PROFIBUS-DP V1 协议兼容,数据通信速率最 高为 12 Mbd。模件作为Profibus 总线上主站,允许连接124 个Profibus从站。组态与参数设置 均使用DigiTool 软件,无需另外附加编程软件。总线冗余使用外部附加设备RLM 01实现,它可提供两条并行的Profibus 总线,或采用OZD Profi 12 实现光纤环型冗余结构，同样也可以使用 2个 AC800F控制器模件, 在2个冗余主站之间进行冗余 切换。

   特性

PROFIBUS-DP 模件 (DIN 19245)

传输速率高达 12 Mbd

支持124 个从站

集成接口物理标准 RS485

电气隔离

 板上共享存储器 (128 KB), 最少占用基本单元内存

模件可以在操作期间移动或插入

通过现场控制器冗余实现冗余操作

 1.1.5    设计标准

  1)环境条件

允许环境温度 0° C…60° C

允许内部模件温度          0° C…70° C (基本单元温度监测)

温度斜率 运行状态: 1° C/min, 根据DIN/IEC 68, Part 14

运输及存放温度 -25° C…+85° C

允许相对湿度 ≤ 80 % 每年平均,  无冷凝现象

≤ 95 % 每年最多30天

湿度等级 RH-1

气候范围 KWE 根据DIN 40040, 3K3 根据DIN IEC 721, Part  3-3

保护等级 IP20

电磁抗干扰性EMC          符合EMI 规则 89/336/EEC,  1989.05 及 EMVG, 1992.11

干扰抑制能力 符合EN 55022/4.1998  (DIN VDE 0878 Part 22/11.89, Class B)

噪音抑制能力 基本标准: EN 50082-2
测试通过 IEC 801/EN 60801/VDE 0843
符合 Parts 1-6, 8,11 安全等级 3,  屏蔽通讯 电缆
符合NAMUR 中涵盖等工业标准(1993.05)

3) 电气保护等级

安全等级 1

过压等级 2 , 污染等级 2
2 其它情况

设计标准 符合IEC 1010-1 (1990-09), EN 61010-1/03.94

DIN EN 61010-Part 1/3.94(VDE 0411-Part 1)

CSAC 22.2, No. 1010-1, No. 213 (Class 1, Div 2)

SIQ (CB Scheme 97NK2421), CSA/NTRL, CSA/FM

模件供电 符合 IEC 364-4-41, 1991

供电单元 DFP 01 安全隔离变压器离符合 EN 60742

光电管防电冲击(德国标准 VDE 0884/8.87)

供电单元 DFP 02 无电气隔离

4) 抗冲击及振动

测试根据DIN IEC 68 Part 2-27 及 DIN IEC 68 Part 2-6

运输

冲击 30 g/18 ms/18 次

振动 3x5 个周期 2 g/0.15 mm/5…150 Hz

运行

振动 3x2 个周期           2 g/0.075 mm/5…150 Hz 

2.      S800 I/O 概述

    S800 I/O 是用于过程控制站的分布式I/O, 它通过现场总线与其所属的控制器通信. 因S800 I/O 可以安 装在现场, 尽量接近现场传感器和执行器, 从而减少安装费用, 节省电缆.

2.1        S800 I/O 具有以下优点:

灵活性: 对安装数量没有限制, 可小数量安装,也可大量安装, 可以安装在室内,也可安装在室外, 可以安装在墙上, 也可安装在机柜中.

模块化: 可一步一步扩展, 不会因自身限制而影响系统扩展.

经济性: 节省硬件, 电缆, 从而节省安装及维护费用

可靠性: 因其自诊断及冗余等特性, 可平滑的实现自动转换

    S 800 I/O 采用模块化设计, DIN导轨式安装, 由于对空间及环境要求不苛刻, S800 I/O 尤其适用于安装 在分散的场合, 并且对处理信号几乎没有要求, 从而现场仪表和设备信号可以直接接线到S800 I/O 站.

2.2        特性:

通过Advant Fieldbus 通信,

通过ProfiBus通信

所有模件LED 故障显示

丰富的I/O模件类型

DIN标准导轨式安装

支持电源冗余

所有输出均可设定安全值

所有模件均可带电插拔, 并自动识别

支持冗余现场总线

2.3        通信

   S800 I/O 支持Advant Fieldbus100 及 ProfiBus DP 通信

Advant Fieldbus 100
 Profibus DP
 
介质
 双绞线, 同轴,光缆
 介质
 双绞线, 同轴,光缆
 
节点
 每条总线 79 个节点

双绞线     32 个节点
 节点
 每条总线 79 个节点

双绞线     32 个节点
 
距离
 双绞线     750 米

最长         15 公里
 距离
 双绞线     1200 米
 

2.4        I/O 模件

    S800 I/O 具有多种模拟及数字输入输出模件, 以及电阻和热电偶模件. 所有I/O模件均通过了多种恶劣 环境及应用领域的测试, 证实了它在极其恶劣场合应用下的寿命及可靠性.

     技术数据

型号
 名称
 规格
 
DI 810
 数字输入模件
 24V dc 16 通道, 额定电压 50 V
 
DI 811
 数字输入模件
 48V dc 16 通道, 额定电压 50 V
 
DI 814
 数字输入模件
 24V dc 16 通道, 额定电压 50 V, 电流源
 
DI 820
 数字输入模件
 120 V ac…110V dc 8 通道, 额定电压 250 V
 
DI 821
 数字输入模件
 230 V ac…220V dc 8 通道, 额定电压 500 V
 
DI 830
 数字输入模件
 24V dc 16 通道, 额定电压 50 V, SOE
 
DO 810
 数字输出模件
 24V dc 16 通道, 额定电压 50 V, 0.5A 短路保护
 
DO 815
 数字输出模件
 24V dc  8 通道, 额定电压 50 V, 2 A 短路保护
 
DO 820
 数字继电器输出模件
 24…230 V ac  8 通道, 额定电压 250 V
 
DP 820
 脉冲计数模件
 2 通道, 1.5MHz, 额定电压 50V
 
AI 810
 模拟输入模件
 0…20mA, 4…20mA, 0…10V, 8通道,12 位, 250 ohm
 
AI 820
 模拟输入模件
 ±20mA, ±10V, 4 通道, 12 位, 250 ohm
 
AI 830
 模拟输入模件
 8 通道, Pt100, Ni, Cu, 14 位
 
AI 835
 模拟输入模件
 8 通道, 热电偶, B,C,E,J,K,N,R,S,T, 14 位
 
AO 810
 模拟输出模件
 8 通道, 0…20mA, 4…20mA, 500/1000ohm, 14 位
 
AO 820
 模拟输出模件
 4 通道, ±20mA, ±10V, 12 位
 

 2.5        电源

     SD811/SD812 可为过程模件及S800 I/O 模件提供24V 电源,  其输出带有短路保护, 适用于高阻抗, 高容量及持续性供电要求的负载, 如多状态功率整流器等.

    选用2个电源模件可实现电源冗余.

型号
 规          格
 
SD 811
 100-240 V ac/ 24 V dc, 2.5A
 
SD 812
 100-240 V ac/ 24 V dc,    5A
 

 2.6        设计标准

环境温度 max 55°C

防护等级 IP 20

EMC EN50081-2, EN50084-2, EN60439-1

EN60950, EN61010-1

现场总线介质 IEC1158-2

腐蚀性气体 ISA Class G2 CSA

环保认证 IEC14001

本质安全 Zone 2, Class 1, div. 2 

3. 操作员站

     Freelance 2000 系统操作员站运行在高性能的PC机和工业PC机上。 DigiVis软件包基于MS-WindowsNT ,其图形操作接口增强Freelance2000系统的使用与操作。此外，还可以提高PC机的外部设备指标如显示器、打印机、鼠标及键盘等使系统操作更方便。Freelance2000系统在一台PC机上完成操作与监控，系统配置10个或10以上操作员站和 1个工程师站。

  DigiVis 软件的特征：

快速的数据更新与操作;

大量标准显示;

基于 MS-WINDOWS 图形化工业操作标准;

直接快速选择测点信息;

全图形显示;

每条报警配置语音信息;

报警与操作提示信息的统一定义和列表显示;

多达 16个用户组和1000个用户的存取权限;

使用 DIGILOCK 为每个用户规定操作密码;

趋势与归档;

记录;

系统诊测;

  过程显示支持：

标准显示;

工厂标准过程图形显示;

测点的面板显示;

多达15个厂域;

  使用这些工具操作人员可以快速操作监视整个控制过程;

工厂专用流程显示

   工厂控制流程图显示适于操作人员对流程操作的特殊需求，和对整个过程状态的显示。当前的过程数据和过程状态以数字和模拟的格式来表示（如棒图、动态填充与趋势窗口）,依照过程状态图形显示中的图形符号可以替换，闪烁与颜色变换等操作。选择过程测点详细显示，即可以在图形菜单中通过面板方式显示，也可以在组显示中使用标准定义显示，若图形选择域或按钮已被配置，一个专用选择级可在操作员站自由画面上设置，此外提供菜单方式的选择，这个菜单位于显示屏幕底部，在任何情况下均可调用所需要测点的显示类型。

Freelance 2000 中的流程图形数量仅受硬盘容量限制。

   标准预定义显示

  系统提供下列形式的标准显示：

总貌显示

组显示

面板显示

SFC 显示

时间调度表显示

趋势显示

信息列表与操作提示列表

系统显示

此外还有与功能块相对应的标准显示，用于显示与操作，这些画面无需编程。

 4.  工程师站

    使用普通PC机作为工程师站，或使用便携机作为调试设备。DigiTool软件包不仅仅是一个自动化编程工具，同时也是一个高性能的调试工具。DigiTool的编程语言与IEC 1131-3标准兼容，可以图形编程方式定义。DigiTool软件可以在线或离线编程，离线方式下的程序可在任何时候装载到系统 中去，用于配置编程与调试。DigiTool  软件具有下列特点：

一个独立的编程工具，用于过程站程序组态及操作员站组态；

图形化的编程界面，与IEC 1131-3 标准兼容，支持下列编程语言；

功能块图 FBD

指令表 IL

梯形图 LD

顺序功能图 SFC

功能块图库，多于190经过现场验证的功能块子程序；

大量（>200符号）符号，用于用户自定义编程；

采用项目树结构管理程序；

全局过程控制程序检查，包括操作员站，可以直接指出错误及错误出现原因；

变量与标签名可以很方便在编辑器中查询，同时具有交叉参考帮助功能；

ASCII输入与输出，可将程序、画面、变量、标签及部分项目树输入，输出；

密码保护功能；

系统全局图形文档，包括系统通信；

一个集成在线帮助功能；

可将程序文件备份至操作员站；

 项目树

    项目树是管理与调试用户程序的核心部件，所有项目程序以一种树的结构显示，

    在树结构中：

项目中的程序数据结构化；

任务级与硬件结构的定义；

程序指定到任务级中；

程序画面与记录可被拷贝、移动、粘贴；

项目配置数据可被输出与输入；

用户程序加载到过程站与操作员站；

用户程序加载到网关（如 DDE，OPC，Mqestro UX)；

  项目数据库

    所有信号、变量与过程测点以一个通用项目数据库列表形式管理。因为数据库是全局的，数据仅需要输入一次，变量与回路列表在编程时自动建立，同时变量与过程测点也能在FBD或IL编程时直接打开进行修改。

  其它列表功能包括：

系统全局范围的命名、注释、数据、或模件类型的修改

通过特殊查询窗口查询与显示

交叉参考功能允许快速在系统全局范围内选择变量的位置。

   过程控制组态

 功能块图编辑:

    FBD是一个图形化的编程语言，用于回路与逻辑控制。一个FBD程序是功能块图所有元件的组合，功能、功能块子程序、程序输入与输出均通过信号流线组合到一起。

    过程控制的信号处理通过FBD程序实现，与CAD图兼容的图形界面，可以方便的布局与连接各功能块程序，输入与输出变量填入FBD输入与输出区域，输入及信号流位于左部，输出位于屏幕右部。端子与信号线依据信号类型不同，具有不同颜色。

 参数定义：

    FBD程序中模块参数定义，采用对话方式或填表方式进行，结束FBD程序编程后 ，使用语法检查来 校验语法合理性，任何错误与报警提示以列表形式表示，同时可简单使用鼠标单击相应行进入程序错误出现位置, 交叉参考参数可在整个系统应用范围内显示，相应显示或程序能被直接调用。

  一个FBD程序可以进行下列组态：

定义FBD程序名

调用FBD程序编辑器

选择功能块

在图形编辑区域内布局

使用信号线连接功能块

输入与输出变量的录入

定义功能块参数

FBD程序检查

修改语法错误

顺控图组态

    顺控图可以图形方式进行编辑，步可以按照指定的动作进行编辑，同时可以变换步的执行条件，程序（功能块图、指令表）可以在步或条件中使用。顺控图还支持并行分支的变换功能，同时顺控图可以自动在操作员站上建立显示画面。

 指令表组态

    所有的Freelance2000控制功能均可以使用指令列表进行编辑。指令表可以使用转移指令和回路子程序编程，操作指令和数据按照IEC1131-3的标准格式进行输入。功能块和功能块图中的指令可以内置到指令表中调用。 功能块中的参数定义与FBD图中的参数定义类似。

   梯形图组态

    与FBD和SFC类似，梯形图也是图形语言的一种。梯形图语言遵循传统的节点和继电器逻辑控制，电流线用于连接逻辑电路，一系列的元件在梯形图中支持。（连接、节点、线圈等）功能和功能块可以在梯形图中执行。参数定义与使用同FBD编程一致。

   操作员站组态

操作员站操作与显示功能包括：

自由图形显示；

标准显示：总貌显示、组显示、趋势显示、时间调度表显示；

顺序显示；

信号，操作，事件等记录；

信息列表和信息行；

操作提示列表；

由于采用系统全局数据库，标签变量不用重复输入。

标准显示

标准显示使用 DigiTool 进行组态，

组显示组态，只在列表中选择过程测点即可，其余参数系统将自动建立，每个组显示可以配置6个模拟量值。总貌显示的配置过程同样简单，仅指定图形名称即可。

   自由编辑图形显示

图形显示包括静态与动态两部分元件：

静态部分用于显示工厂控制的背景信息，可由一些独立的图形元件组成。

静态图形的制作可以使用下列方法：

静态元件，直线、曲线、弧线、圆、椭圆和文本等；

图形可以复制，旋转；

图形可以组合，制作宏；

图形可以输入位图文件和CAD图文件作为背景显示；

  过程变量的动态显示

棒图与动态填充

数字显示

颜色与符号改变

趋势窗口

模拟与离散的位置变化

按键

硬件结构配置

    系统过程站和操作员站及通信网络，可以采用图形方式进行编辑。过程站的指标，I/O 通道指定可以针对每个独立的元件进行。

 图形文档

    以图形化的方式自动建立程序文档，文档内容包括：程序、显示内容、交叉参考参数、功能块参数定义和注解系统总览和硬件配置

 系统调试

    在系统调试过程中，用户程序可以装载到操作员站和过程站，可以执行下列操作：

在线调试

启/停过程站

启/停或复位过程站

功能块参数定义

显示，设置与过程值跟踪

数值的趋势显示

运行程序的版本检查

程序的检测

5.      通信系统

 系统提供两种工业标准总线。

现场总线ProfiBus DP: 用于现场控制器与S800 I/O数据通信，具有较高的安全性与较强数据 可靠性。现场总线ProfiBus PA: 用于现场控制器与现场仪表之间的通信,介质为双绞线.

DigiNetS系统总线:（Ethernet）用于过程级与操作级，通信传输介质可以选择同轴电缆或光缆。

 DigiNet S 系统总线

     Digi Net S系统总线用于过程站、操作员站及工程师站之间通信。Digi Net S总线协议采用DIN/ISO 8802,Part 3(IEEE 802.3)通信介质采用同轴电缆、光纤或二者混合.

   Digi Net S系统总线：

覆盖较长距离；

具有较高的数据传输率 10Mbit/s；

能适用各种传输媒体（同轴或光缆）；

灵活网络布线特征；

适用于大范围工厂设备应用；

通过TCP/IP协议与高层管理互连；

预编程的路由选择防止故障事件发生；

具有良好的EMC指标；

具有总线开关在运行时插入，退出节点；