主控制卡xp243x 1 基本说明 主控制卡xp243x是jx-300xp系统的核心单元，在系统中完成数据采集、信息处理、控制输出等功能。 主控制卡通过数据转发卡实现与i/o 卡件的信息交换。利用信号输入卡周期性地采集现场实时过程信息，在主控制卡内执行综合运算处理后，通过信号输出卡输出控制信号，实现对现场控制对象的实时控制。主控制卡所执行的运算处理程序使用符合iec61131-3标准的图形化组态软件进行编程。 主控制卡周期性地向过程控制网发送实时过程信息，使得该网络上的所有操作节点均可实时监控控制站的各种状态。同时，过程控制网上的操作节点也可以主动查询主控制卡的各种信息。 1.1 功能特点 xp243x具备以下功能特点： ◆ 采用三个32位嵌入式微处理器协同处理控制站的任务，功能强、速度快、单站容量大； ◆ 运算周期从50ms到5s可选，典型运算周期为100ms； ◆ 控制软件和算法模块采用模块化设计，核心程序固化在flash存储器中； ◆ 提供7m字节的存储空间； ◆ 提供1920k字节的可编程的控制算法程序区和1m字节的数据区； ◆ 提供192个控制回路，包括128个自定义控制回路，64个常规控制回路； ◆ scnetⅱ网络采用冗余的10m/100mbps工业以太网，充分保证了系统数据传输的实时性、 可靠性和网络开放性； ◆ 支持1：1热备份冗余，互为冗余的两块主控制卡在一个周期内完成工作/备用状态的同步， 速度可达16.5mbps； ◆ 提供主控制卡、i/o卡件、i/o通道级的综合故障诊断； ◆ 支持整体在线下载。下载过程中，不停止用户程序，主控制卡按原有组态正常工作； ◆ 更快的组态下载速度； ◆ 支持梯形图、功能图、顺控图等组态工具编制的控制方案； ◆ 支持冷、热启动等多种初始化模式，用户可以根据不同模式调用合理的用户算法初始化程序； ◆ 具有支持现场总线的接口单元，如hart协议智能变送器等现场仪表设备； ◆ 具有掉电保护功能，在系统断电的情况下，组态、过程数据均不会丢失。 1.2 网络环境 主控制卡在整个网络架构中的位置如图1-1所示： xp243x在网络架构中的位置 1.3 硬件环境 xp243x主控制卡适用于jx-300xp系统，安装在机笼的主控制卡槽位中。 xp243x支持的i/o卡件有：xp313、xp313i、xp314、xp314i、xp316、xp316i、xp322、xp335、xp341、xp361、xp362、xp363、xp369、xp362（b）、xp363（b）、xp369（b）、xp422。 2 技术特性 （1）卡件功耗：5v±5%，3w （2）冗余方式：1?1热备用 （3）驱动能力：多可带8个机笼，128块io卡件，通过sbus网络实现就地或远程io功能 （4）大支持2048个di、2048个do、512个ai、192个ao （5）提供256个100毫秒定时器、256个秒定时器、256个分定时器 （6）采样周期：100ms到5s可选 （7）scnetⅱ网络接口（过程控制网络） ◆ 通信规范：符合ieee802.3标准协议和tcp/ip标准协议 ◆ 通信速率：10/100mbps自适应 ◆ 拓扑规范：总线、星型、环形 ◆ 通信协议：udp/ip ◆ 控制网连接方式：冗余连接，分两个网络128.128.1.*和128.128.2.* ◆ 大网络规模：操作节点72个、控制站63个 ◆ 功能：控制站、操作员站、工程师站、数据服务器和网间连接器之间相互通信 3 使用说明 3.1 结构简图 xp243x主控制卡由底板和背板组成。底板上装有主处理器和sbus通信处理器，面板结构如图3-1所示（尺寸：187mm×145mm）。在面板上设置有led指示灯、掉电保护跳线等。 图3-1 xp243x主控制卡底板结构 ? j1：主处理器调试接口。禁止用户使用； ? j2：欧式插头； ? j5：sbus处理器调试接口。禁止用户使用； ? jp1：外部看门狗跳线。缺省为短路块插上，禁止用户更改； ? jp2：掉电保护跳线。缺省为短路块插上； ? jp3：sbus复位跳线。缺省为短路块插上，禁止用户更改。 xp243x背板上装有scnet通信处理器。其结构如图3-2所示。在面板上设置有地址拨码开关、rj45网络连接端口等。 图3-2 xp243x背板结构示意图 ? j1：scnet调试接口。禁止用户使用； ? jp1：scnet复位跳线。缺省为短路块插上，禁止用户使用； ? sw1：地址拨码开关，用于设置主控制卡在scnet网中的主机地址。 在主控制卡的前面板上有两个互为冗余的scnetⅱ网络端口，分别标志为a和b： a：scnetⅱ通信端口a，与冗余网络scnetⅱ的a网络相连； b：scnetⅱ通信端口b，与冗余网络scnetⅱ的b网络相连； 3.2 led指示灯说明 指示灯状态说明如表3-1所示： 表3-1 xp243x面板指示灯说明 指示灯 名称 指示灯颜色 单卡上电启动 备用卡上电启动 正常运行 工作卡 备用卡 fail 故障报警或 复位指示 红 亮→暗→闪 一下→暗 亮→暗 暗 暗 run 运行指示 绿 暗→亮 与stdby配合交替闪 （上电拷贝） 闪（周期为采样周期 的两倍） 暗 work 工作/备用指示 绿 暗→亮 暗 亮 暗 stdby 准备就绪 绿 暗 与run配合交替闪 （上电拷贝） 暗 闪（周期为采样周期 的两倍） 通 信 led-a a网络 通信指示 绿 暗 暗 闪 闪 led-b b网络 通信指示 绿 暗 暗 闪 闪 slave scnet通信处 理器运行状态 绿 暗 暗 闪 闪 3.3 主控制卡设置与安装 3.3.1 安装步骤 1） 设置主控制卡在过程控制网中的地址； 2） 安装掉电保护电池； 3） 正确设置掉电保护电池跳线； 4） 卡件插入机笼的主控制卡槽位中； 5） 连接网线。 3.3.2 主控制卡ip地址设置 　　主控制卡在过程控制网中的tcp/ip协议地址采用如表3-2所示的系统约定： 表3-2 tcp/ip协议地址的系统约定 类别 地址范围 备 注 网络地址 主机地址 主控制卡地址 128.128.1 2～127 每个控制站包括两块互为冗余主控制卡。同一块主控制卡享用相同的主机地址，两个网络码。 128.128.2 2～127 表3-2中网络地址128.128.1 和128.128.2代表两个互为冗余的网络，在主控制卡上分别对应a 网口和b网口。 主控制卡的网络地址已固化在卡件中，无需手工设置。 主控制卡xp243x上的地址拨码开关sw1用来设置主控制卡在scnet网络中的主机地址。sw1拨码开关共有8位，分别用数字1～8表示，用于设置主控制卡的主机地址。可设置地址范围为：2～127。地址采用二进制编码方式，位1表示高位，位8表示低位，开关拨成on状态时代表该位二进制码为1，开关拨成off状态时代表该位二进制码为0。xp243x主机地址设置见表3-3。sw1拨码开关的1位必须设置成off状态。 如果主控制卡按非冗余方式配置，即单主控制卡工作，卡件的网络地址（标记为add）必须遵循以下格式：add必须为偶数，且满足2≤add＜127，add+1地址保留，不可作其它节点地址使用；如果主控制卡按冗余方式配置，互为冗余的两块主控制卡网络地址必须设置为以下格式：若起始地址为add，则另一地址为add+1，且add为偶数，满足2≤add＜127。缺省设置：位7拨为on状态，其它各开关拨为off状态（即缺省地址为02）。 表3-3 xp243x主机地址设置 地址选择sw1 2 3 4 5 6 7 8 地址 - - off off off off off on off 02 off off off off off on on 03 off off off off on off off 04 off off off off on off on 05 off off off off on off off 06 ... ... on on on on off on on 123 on on on on on off off 124 on on on on on off on 125 on on on on on on off 126 on on on on on on on 127 ● 拨号开关的1位已被屏蔽。 ● 主控制卡的主机地址不可设置为0和1。. 3.3.3 安装掉电保护电池 地址拨码开关左边有一个钮扣电池槽，用于安装掉电保护电池。电池应选用cr2032、3v、220ma的锂电池。 掉电保护电池安装 1） 戴上防静电手腕； 2） 取出主控制卡，平放在桌面上； 3） 将锂电池正极朝上放入到电池槽中； 4） 用螺丝刀按压电池上方，使电池被电池槽中的卡口卡牢。 5) 掉电保护电池拆卸 6） 戴上防静电手腕； 7） 取出主控制卡，平放在桌面上； 8） 用螺丝刀朝外拨动电池槽左边的卡口簧片，直到锂电池从电池槽中弹起； 9） 取出锂电池。 3.3.4 掉电保护电池供电跳线 底板上锂电池旁的jp2为掉电保护电池供电跳线，插上短路块时为on，接通锂电池，此时如果主控制卡掉电，主控制卡内ram中的组态、实时数据不会丢失。跳线方式如图3-3所示。 图3-3 跳线应用方式示意图 3.3.5 安装主控制卡 xp243x主控制卡安装在机笼左侧起始的两个槽位（主控制卡槽位）中。安装时卡件对准插槽推进到底即可。 图3-4 安装主控制卡 3.3.6 过程控制网连接 xp243x主控制卡安装在i/o 机笼左侧起始的两个槽位中， 主控制卡的scnetⅱ网络端口通过双绞线直接连接到机柜中的相应交换机上，实现与网络中其它节点的通信。连接示意图见图3-5。 图3-5 主控制卡scnetⅱ网络端口连接示意图 3.3.7 sbus-s2网络连接 主控制卡xp243x通过底板上的欧插j2连接到机笼母板上的sbus-s2总线，实现与本机笼数据转发卡的连接。通过机笼母板上的sbus-s2总线接口及db9线实现与其它机笼数据转发卡的连接。具体连接如图3-6所示。 将一个机笼母板上任意一个sbus-s2总线接口和另一个机笼母板上任意一个sbus-s2总线接口用db9通信线连接，均可达到两个机笼之间的通信连接效果。 图3-6 sbus-s2网络端口连接图 3.4 断电恢复 主控制卡断电恢复后的启动模式有三种：热启动、冷启动、组态混乱清除组态。 热启动模式 在断电时间小于10秒且主控制卡的组态信息正确的情况下，主控制卡为热启动模式。该启动模式一般是由下列情况引起： ◆ wdt动作引起的热复位 ◆ 主控制卡受到强烈干扰 ◆ 卡件从槽位中拔出并快速插入 ◆ 系统瞬间断电并恢复 主控制卡热启动后的控制状态（控制回路、输出等）都保持在复位前的状态，保证控制的连续性和安全性。该启动模式下，如果自定义控制算法程序没有丢失，则主控制卡能在10ms内完成初始化工作并进入正常的运行状态。如果自定义控制算法程序已经丢失（掉电保护电池失效），则工作状态的主控制卡将视算法程序大小，在10ms～150ms间完成初始化工作并进入正常运行状态。 对冗余配置的主控制卡，备用卡的热启动不影响工作卡的正常工作；工作卡热启动时，将导致冗余切换，备用卡立即接替工作卡工作，保证系统正常工作。 冷启动模式 在断电时间大于10秒且主控制卡中组态信息正确的情况下，主控制卡为冷启动模式。主控制卡具有断电保护功能，冷启动模式下卡件的组态信息、控制参数都能保持与断电前一致。 为保证控制的连续性和安全性，冷启动模式下的主控制卡将根据组态配置决定是否进行初始化操作。如果不要求初始化，则保持原有状态；如果需要初始化，则对内部控制状态和i/o 卡件输出状态进行初始化，恢复到安全的状态： ◆ 控制回路（自定义回路和常规回路）处于手动状态 ◆ 自定义回路的输入补偿和输出补偿为0，可变增益为1 ◆ 阀位输出值为0 ◆ 开关量输出处于off状态 ◆ 分定时器、秒定时器和百毫秒定时器清0 该启动模式下，视自定义算法程序的大小，工作状态的主控制卡能在10ms～150ms的时间内完成上述初始化工作并进入正常的运行状态。而处于备用状态的主控制卡则需要10s～70s的时间完成对工作主控制卡上数据（组态信息、实时数据、用户设定参数等）的冗余拷贝（工作备用卡件之间信息同步）后才允许进入正常的运行状态。 组态时，若选择了主控制卡保持功能，则即使冷启动，各项数据也不归0（不会恢复到安全状态）。 组态出错模式 主控制卡复位启动（系统上电或wdt动作）后对组态数据进行自检，如发现组态数据非法则清除非法的组态数据，并产生“组态出错”报警（故障诊断软件中可以观测到）、主控制卡的fail灯常亮。这种系统启动模式即为组态出错模式。 对于新出厂的卡件（从未对它下载过组态）或断电保护被中断过的卡件（如更换主控制卡的断电保护电池），主控制卡的启动模式都属于该模式。在该启动模式下，卡件内组态信息、控制参数、输出状态等都将被初始化在一合适的数值上，控制运算、采样、输出等动作都被停止，等待工程师站下载组态。 该启动模式下，工作状态的主控制卡能在10ms的时间内完成上述初始化工作并进入等待下载组态的运行状态。而处于备用状态的主控制卡则需10s～70s的时间从工作主控制卡获取数据（组态信息、实时数据、用户设定参数等），完成工作备用卡件之间信息同步后，进入正常的运行状态。 3.5 主控制卡冗余说明 主控制卡可冗余配置，也可单卡工作。冗余配置的两块主控制卡执行同样的应用程序，一块运行在工作模式（工作卡），另一块运行在备用模式（备用卡）。两块主控制卡均能访问i/o 子系统和过程控制网络，但只有工作模式下的主控制卡负责完成控制、输出、实时信息广播等功能。 在工作模式下，主控制卡如同非冗余配置一样直接访问i/o子系统，完成数据采集和控制功能，并向操作节点广播实时信息。此外它还监视与其配对的备用主控制卡的工作状态。 处于工作模式下的主控制卡每个扫描周期向备用卡发送一次实时数据，以同步两冗余卡件的工作状态。 在备用模式下，备用主控制卡诊断和监视卡件运行状态，周期性获取工作主控制卡的实时信息，确保工作卡出现故障的情况下，无扰动地接替工作权，保障控制过程的连续性和稳定性。 在备用卡工作正常的情况下，如发生下列故障，将产生工作/备用模式切换（冗余切换）： ◆ 工作主控制卡ram、rom等硬件故障 ◆ 网络处理器故障 ◆ i/o接口故障 ◆ 工作主控制卡掉电 ◆ 工作主控制卡复位 ◆ 工作主控制卡用户自定义程序出错 ◆ 工作主控制卡组态出错等 一旦主控制卡被切换到备用模式，带故障的备用主控制卡可停电维修或更换而不影响系统的正常运行。检修好的主控制卡重新上电后，进入备用模式工作。若工作主控制卡发生故障的同时，备用主控制卡也发生故障，此时会比较两块主控制卡的故障等级。如果工作主控制卡故障较严重，则发生冗余切换。否则，不发生冗余切换。主控制卡确认需要进行冗余切换后，在一个扫描周期内完成冗余切换。 3.6 组态实现 主控制卡组态内容有： ◆ 注释：可以写入相关的文字说明（可为任意字符），注释长度为20个字符。 ◆ ip 地址：其tcp/ip协议地址采用表3-2所示的系统约定，用户要保证实际硬件接口和组 态时填写地址的一致。单个区域网中多可组63个控制站。 ◆ 周期：其值必须为0.05秒或0.1秒的整数倍，范围在0.1~5.0秒之间。运算周期包括处理输 入输出的时间、常规控制回路程序运行时间、图形化程序运行时间等。 ◆ 类型：类型一栏有控制站、逻辑站、采集站三种选项，它们的核心单元都是主控制卡，支持梯形图、功能块图和顺控图等控制程序代码。控制站提供常规回路控制的所有功能和顺 序控制方案，控制周期小可达0.1秒；逻辑站提供马达控制和继电器类型的离散逻辑功 能，特点是信号处理和控制响应快，控制周期小可达50毫秒，逻辑控制站侧重于完成联 锁逻辑功能，回路控制功能受到相应的限制；采集站提供对模拟量和开关量信号的基本监 视功能。 ◆ 型号：选用xp243x。 ◆ 通讯：数据通讯过程中要遵守的协议。目前通讯采用udp用户数据包协议。udp协议是tcp/ip协议的一种，具有通讯速度快的特点。 ◆ 冗余：打勾代表当前主控制卡设为冗余工作方式，不打勾代表当前主控制卡设为单卡工作方式。单击冗余选项将自动打勾，再次单击将取消打勾。单卡工作方式下在偶数地址放置 主控制卡，冗余工作方式下，其相邻的奇数地址自动被分配给冗余的主控制卡，不需要再 次设置。 ◆ 网线：选择需要使用网络a、网络b或者冗余网络进行通讯。每块主控制卡都具有两个通信口，在上的通讯口称为网络a，在下的通讯口称为网络b，当两个通讯口同时被使用时 称为冗余网络通讯。 ◆ 冷端：选择热电偶的冷端补偿方式，可以选择就地或远程。就地表示通过热电偶卡（或热敏电阻）采集温度进行冷端补偿；远程表示统一从数据转发卡上读取温度进行冷端补偿。 ◆ 运行：选择主控制卡的工作状态，可以选择实时或调试。选择实时，表示运行在一般状态下；选择调试，表示运行在调试状态下。 ◆ 保持：即断电重启后保持系统断电前的所有输出值。缺省设置为否。 ◆ 阀位设定值跟踪：选择是否进行阀位设定值跟踪。缺省设置为是。 3.7 故障诊断 在故障诊断画面中可以直观显示当前控制站中主控制卡的工作情况，主控制卡左边标有该卡的主机地址，绿色表示该主控制卡当前正常工作，黄色表示该主控制卡当前备用状态，红色表示该主控制卡故障。单卡表示控制站为单主控制卡，双卡表示控制站为冗余主控制卡。 用户可以通过双击主机地址号来查看主控制卡的明细信息，具体操作请参见《实时监控使用手册》。 4 应用注意事项 1）xp243x不是xp243的简单升级，因此，xp243x不能与xp243进行冗余配对。 2）xp243x不支持scx语言，所以，当需要从xp243升级到xp243x时，需要将xp243的scx语言用sccontrol重新编写，另外，xp243的sccontrol转换为xp243x下运行时需要重新在xp243x下编译。升级时须按以下次序操作： 删除scx语言→xp243更换为xp243x→将scx语言改为sccontrol编程→编译下载。 3）xp243x与xp233数据转发卡配套使用。 4）禁止xp243x主控制卡ip地址重复，禁止冗余地址的卡件插在不同机笼中。 5）与xp243x配套使用的控制系统软件是advantrol pro v2.5 +sp06及以上版本软件和supview v3.1及以上版本软件。 6）卡件工作状态分析 处于工作状态的主控制卡，run灯按照两倍扫描周期的频率闪烁，其它灯的闪烁情况都是以run灯为时间基准。处于备用状态的主控制卡run灯常暗，stdby灯按照两倍扫描周期的频率闪烁，其它灯的闪烁以stdby灯为时间基准。 备用主控制卡与工作主控制卡的led指示时间顺序并没有直接关系，上述led的闪烁 时间顺序关系只限于同一主控制卡上（工作主控制卡或备用主控制卡）的各个led。 可通过观察run灯、fail灯、stdby灯的相应状态来确定主控制卡的工作状态，具体说明如下： 表4-1 xp243x工作状态分析 序号 指示灯状态 现象分析 处理方法 1 fail灯常亮 主控制卡组态丢失或者下载的组态已经被破坏。 重新下载组态。 2 fail和run灯同时亮，同时灭 控制站网络地址出错 检查控制站组态中设置的地址与主控制卡上的地址设置是否一致，如果一致，检查主控制卡上的地址设置开关是否坏掉；或者可能是组态错误，需重新下载组态。 3 fail灯：均匀闪烁，周期是run灯的一半；run灯（工作）：均匀闪烁，周期是fail灯的两倍。 通信处理器（sbus或者scnetⅱ通信处理器）不工作 检查sbus和cnetⅱ通信处理器工作状态 4 fail和run灯同时亮，fail灯先灭run灯后灭 两个冗余的sbus或者scnet ⅱ网络通信接口（网线或驱动口）均出现故障 检查相关网线是否断开 5 run灯先亮，fail灯后亮；两灯同时灭 主控制卡sbus或者scnetⅱ网络通信口有一口出现故障 检查相关网线是否断开 6 fail灯：均匀闪烁，周期是run灯的一半。run灯：均匀闪烁，周期是fail灯的两倍。 scnetⅱ通信网络a、b网络交错 scnetⅱ通信网络a、b网络交错