Платформа автоматизации Quantum. Общие положения
Контроллеры Quantum являются специализированными компьютерными системами с возможностями цифровой обработки сигналов. Quantum разработан на базе модульной, расширяемой архитектуры для задач управления в реальном времени в промышленности. При этом используются центральные процессоры (CPU), модули ВВОДА/ВЫВОДА (I/0) (и удаленный ВВОД/ВЫВОД серии 800), источники питания (PS), и монтажные платы. Основные особенности платформы автоматизации Quantum следующие:
Все модули могут вставляться в любой слот монтажной панели. Ограничения по расположению модулей на монтажной панели из-за каких-либо условий конфигурации, за исключением модуля питания, отсутствуют.
Замечание: Предполагается, что модули источников питания вставляются в первый или последний слоты Вашей конфигурации для улучшения теплоотдачи.
Для отображения состояния модулей при работе, на них имеются светодиодные индикаторы.
Позволяется “горячая” замена модулей (удаление/установка модулей без отключения контроллера). Разъемы внешних подключений при этом должны быть предварительно отсоединены от модуля.
Разъемы внешних подключений устанавливаются с лицевой стороны модуля ВВОДА/ВЫВОДА.
Местная панель может содержать до 14 модулей ВВОДА/ВЫВОДА. Сеть удаленного ВВОДА/ВЫВОДА (RIO) может поддерживать до 31 подканала.
Сеть RIO может использовать одинарный или сдвоенный кабель передачи данных. Дублирование кабеля увеличивает надежность связи в сетях RIO и позволяет продолжать работу даже когда один из кабелей вышел из строя.
Конфигурация RIO может поддерживать любую комбинацию подканалов с модулями серии 800 и Quantum.
| Механические характеристики | ||
| Масса модуля | кг | 1.0 max. |
| Размеры (ВхГхШ) | мм | 250 x 103.85 x 40.34 |
| Материал шасси и крышек | Огнеупорный пластик | |
| Ширина модуля на монтажной панели | Слоты | 1 слот/модуль (типично); 2 слота/MMS-модули |
| Число слотов на монтажной панели | Слоты | 2, 3, 4, 6, 10 и 16 (6 типоразмеров) |
Т.о. конфигурация Quantum может включать одну или большее количество следующих систем (рис. 1):
· Локальный ВВОД/ВЫВОД
· Удаленный ВВОД/ВЫВОД (RIO)
· Распределенный ВВОД/ВЫВОД (DIO)
Эти конфигурации могут компоноваться комбинацией центральных процессоров Quantum, источников питания, модулей сетевых интерфейсов, и модулей ВВОДА/ВЫВОДА (Табл.1).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1. Базовые конфигурации Quantum
Табл. 1 Возможности осуществления конфигураций Quantum.
| Конфигу-рация | Монтаж-ная панель | Источник питания PS | Центр. процессор CPU | Головной канал RIO | Адаптер RIO | Адаптер DIO | Модули ВВ/ВЫВ I/O | Cетевые модули NOx |
| Локальная панель В/В | Требуется | Требуется | Требуется | Необязат. | Недопуст. | Недопуст. | Необязат. | Необязат. |
| Узел удаленного В/В | Требуется | Требуется | Недопуст. | Недопуст. | Требуется | Недопуст. | Необязат. | Недопуст. |
| Узел распреде-ленного В/В | Требуется | Необязат. | Недопуст. | Недопуст. | Недопуст. | Требуется | Необязат. | Недопуст. |
Замечание: Каждый модуль Quantum потребляет мощность с шины монтажной панели (за исключением модулей источников питания). Для обеспечения допустимости конфигурации необходимо просуммировать ток, потребляемый каждым модулем на монтажной панели, и обеспечить, чтобы эта величина была меньше, чем максимальный выходной ток выбранного источника питания.
| Архитектура системы | Локальная | Удаленный ввод/вывод (RIO) | Распределенная (DIO) |
| Кабель связи | - | Коаксиальный | Витая пара |
| Максимальное расстояние без репитера | - | 4,5км | 500м |
| Скорость обмена | - | 1.5 MГц | 1 MГц |
| Горячий резерв | Нет | Есть | Нет |
| Совместимость с сетью Modbus | - | Нет | Есть |
| Число узлов на сеть | - | ||
| Число каналов на узел (дискретных) | 480 ввод/512 вывод | ||
| Число каналов на узел (аналоговых) | 64 ввод/64 вывод | 64 ввод/64 вывод | 30 ввод/32 вывод |
| Типовые панели | 6, 10 слотов | 10, 16 слотов | 2, 3, 4 слота |
 |
Рис. 2. Локальная конфигурация ввода/вывода
Локальная конфигурация ВВОДА/ВЫВОДА включает любые модули Quantum, установленные в стандартную монтажную панель. Местный ввод/вывод Quantum может содержать от одного до 14 модулей ввода/вывода сигналов наряду с модулями центрального процессора и источника питания на монтажной панели с 16 слотами. Слоты универсальны и могут использоваться любым модулем во всех режимах работы Quantum. Однако, рекомендуется крайними устанавливать модули питания, для улучшения теплообмена.
Если модулей УСО мало, то можно взять панели с меньшим числом слотов. При этом неиспользуемые слоты могут заниматься «пустыми» модулями (например, 140 XCP 500 00). Наоборот, в случае нехватки мест можно использовать дополнительную монтажную панель, соединив ее с основной через модули расширения 140 XBE 100 00, устанавливаемые в любые слоты на обеих панелях (по одному) и соединяемые специальным кабелем (например, метровым кабелем типа 140 XCA 717 03). Модуль контроллером автоматически не распознается и должен быть указан ему при конфигурировании. В последнем случае могут также быть организованы системы RIO или DIO.
Если это необходимо для приложения, в местную монтажную панель ввода/вывода устанавливаются также модули сетевого интерфейса. Этими модулями могут быть процессоры удаленного ввода/вывода RIO (допустимо использовать один модуль) или модули расширения сети Modbus Plus - NOM (допустимо до двух модулей).
Удаленный ввод/вывод Quantum используется при наличии больших удаленных участков процесса и смонтированных около них устройств полевой автоматики, требующих интенсивного обращения, а также для обслуживания уже существующих удаленных установок фирмы Modicon. Это позволяет снизить затраты на автоматизацию. Конфигурация системы с удаленным вводом-выводом RIO представлена на рис.3. Процессор Quantum может поддерживать до 31 узла (узлом может быть система ввода-вывода на базе модулей Quantum, или серий 200, 500, или 800). На рис.3 показан вариант дублированного по кабелю RIO. В качестве тройников используются разъемы MA-0185-100, в качестве магистрального используется коаксиальный кабель марки: 97-5951-000 RG-11 (длина до 320м) и подводящие (drop) кабели марки: 97-5750-000 RG-6 (длина также до 320м).
При этом в узлах устанавливаются адаптеры 140 CRA 931 00 при отсутствии дублирования и адаптеры 140 CRA 932 00 – при его наличии, а в головном устройстве – адаптеры 140 CRP 931 00 и 140 CRP 932 00 соответственно. Потребление адаптерами тока из шины соответственно 600мА (3Вт) и 750мА (4Вт).
 | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||
|
Рис. 3. Конфигурация системы с удаленным вводом-выводом при дублировании кабеля.
Замечание: Вариант со сдвоенным кабелем предполагается для систем, где требуется дополнительная защита от порывов кабелей или повреждения разъемов. При подключении сдвоенным кабелем между местной панелью и прочими узлами сети повреждение одного из кабелей не прерывает связь в сети
Распределенный ввод/вывод Quantum (DIO) предназначен для эффективного решения проблемы автоматизации при распределенном объекте (рис.4). Архитектура DIO базируется на технологии сети Modbus Plus. Связь осуществляется с использованием одинарного или сдвоенного кабеля типа «витая пара». При использовании DIO система Quantum поддерживает до 3-х распределенных сетей с числом узлов до 63 на каждой (при использовании повторителя). Коммуникации между различными узлами и головным модулем осуществляется при помощи кабеля типа витая пара. Каждый узел может поддерживать 30 каналов ввода и 32 вывода.
 |
Рис.4. Конфигурация распределенной системы с недублированным кабелем.
В головном модуле сети должен быть порт Mdbus или установлен модуль сетевого интерфейса (табл.2); в узле сети устанавливаются модули адаптеров. При этом одновременно они являются также источниками питания для модулей узла (других модулей питания в узел устанавливать не нужно!).
Табл. 2. Конфигурация сетевых модулей при организации DIO
| На головном устройстве | На узле | Тип системы |
| ЦПУ с портом Modbus или модуль 140 NOM 211 00 **) | 140 CRA 211 10 *) | Одиночный кабель, источник питания ~115/230В на узле |
| ЦПУ с портом Modbus или модуль 140 NOM 211 00 **) | 140 CRA 211 20 *) | Одиночный кабель, источник питания =24В на узле |
| 140 NOM 212 00 **) | 140 CRA 212 10 *) | Дублированный кабель, источник питания ~115/230В на узле |
| 140 NOM 212 00 **) | 140 CRA 212 20 *) | Дублированный кабель, источник питания =24В на узле |
*)Адаптер на узле обеспечивают ток нагрузки 3А и рассеивают 11Вт.
**) Модуль потребляет из шины 800мА.
Для организации системы используются разъемы в стандарте сети Modbus Plus типа 990 NAD 230 00 и структурированные кабели (Modbus Plus cable) различной длины:30м - 490 NAA 271 01; 150м - 490 NAA 271 02; 300м - 490 NAA 271 03; 500м - 490 NAA 271 04; 1500м - 490 NAA 271 06. Для подключения внешнего питания к адаптерам – разъемы 140 XTS 002 00.
Модули центрального процессора
ЦПУ Quantum представляют собой одно модульные контроллеры со встроенной памятью и портами. При этом широко используется флэш-память, что позволяет легко перепрограммировать и улучшать работу контроллера в полевых условиях через порты Modbus.
Исполняемая программа запоминается в ОЗУ, питаемой от аккумулятора, располагаемого на передней панели модуля.
|
Модуль 140 CPU 434 12A
Процессор 80486 с сопроцессором, частота 66МГц
Объем логики программы в стандарте МЭК ~1Мслов; объем памяти 2МБ.
Модуль поддерживает:
· на локальном уровне - по 64 канала локального ввода/вывода;
· на уровне удаленного ввода/вывода - три подсети по 31 абоненту с 64 каналами ввода/вывода в каждом;
· на распределенном уровне – 63 абонента с 30 каналами ввода и 32 каналами вывода в каждом, но не более 1000 каналов на сеть.
Число коммуникационных портов:
· Modbus (RS-232) - последовательный порт (9-шт. вилка) – 2 порта;
· Modbus Plus (RS-485) - сетевой порт (9-шт. вилка) - 1 порт.
Число интерфейсных модулей NOM, NOE и MMS - до 6 шт.; самодиагностика.
Потребляемая мощность с шины – 9Вт
Модуль 140 CPU 534 14A
Процессор 80586 с сопроцессором, частота 133МГц
Объем логики программы в стандарте МЭК ~2,5Мслов; объем памяти – 5МБ поддержка каналов ввода/вывода и интерфейсных модулей - аналогичны модулю 140 CPU 434 12A.
Модули питания
Основные характеристики модулей питания сведены в табл.3. Напомним, что для питания узлов распределенной системы DIO используются адаптеры и дополнительные модули питания на монтажную панель не устанавливаются. Все модули имеют защиту по перегрузке и перенапряжению. Напомним также, что допустимость конфигурации проверяется по возможности питания схемы данным модулем питания: его допустимый ток нагрузки должен быть больше, чем суммарный ток потребления всех модулей данной монтажной панели.
Табл.3 Основные характеристики модулей питания.
| Обозначение | Входное напряжение | Режим работы модуля | Вых. напр. | Ток нагрузки по шине |
| 140 CPS 111 00 | 115... 230 В пер. тока | Автономный | 5,1В | 3 А |
| 140 CPS 114 00 | 115... 230 В пер. тока | Автономный | 5,1В | 8 А |
| 140 CPS 114 10 | 115... 230 В пер. тока | Автономный / суммируемый | 5,1В | 8 А |
| 140 CPS 124 00 | 115... 230 В пер. тока | Автономный / дублируемый | 5,1В | 8 А |
| 140 CPS 211 00 | 24 В пост. тока | Автономный | 5,1В | 3 А |
| 140 CPS 214 00 | 24 В пост. тока | Автономный | 5,1В | 8 А |
| 140 CPS 224 00 | 24 В пост. тока | Автономный / дублируемый | 5,1В | 8 А |
Модули ввода/вывода
Модули выполнены в двух исполнениях: обычном и искробезопасном. Искробезопасность обеспечивает возможность работы в категорийных помещениях без опасности взрыва или поджога горючих газов (барьер искробезопасности), что достигается отделением полевых приборов от шины ПЛК при помощи гальванических развязок, преобразователей напряжения до искробезопасного уровня, использования устройств очень малой мощности. При этом используется обычная монтажная панель Quantum. Однако, соединения искробезопасных модулей с устройствами полевой автоматики должны выполняться кабелями со специальными разъемами 140 XTS 332 00 (для предотвращения ошибочного использования они кодируются цветными (голубыми) метками). Эти кабели должны прокладываться отдельно от обычных (по крайней мере на расстоянии не менее 50мм) или от них изолироваться заземленными экранами.