海洋平臺HIMA火氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

HIMA系統(tǒng)一、概述HIMA廠家生產(chǎn)的HIQuad系統(tǒng)分為H41Q和H51Q系統(tǒng)，它們根據(jù)其安全性及可用性分為3類：1、MS:MONOSafety-relatedSystem(單一配置的安全系統(tǒng))，系統(tǒng)的CPU、I/O卡件不冗余。結(jié)構(gòu)圖：現(xiàn)場傳感器將安全相關(guān)的信號傳送給單一的配置的輸入模塊，經(jīng)過輸入模塊的處理，再將輸入信號經(jīng)輸入輸出總線即IOBUS進入CU模塊，經(jīng)過CU模塊的運算處理，將結(jié)果通過IOBUS傳送給單一配置的輸出模塊，最后輸出到現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。2、HS:HighAvailabilitySafety-relatedSystem(有較高使用性的安全系統(tǒng))，系統(tǒng)CPU冗余，I/O卡件不冗余。結(jié)構(gòu)圖：現(xiàn)場傳感器將安全相關(guān)的信號傳送給單一配置的輸入模塊，經(jīng)輸入模塊的處理，再將輸入信號通過IOBUS傳遞給冗余配置的CU模塊，經(jīng)過CU模塊的運算處理，將結(jié)果通過IOBUS傳給單一配置的輸出模塊，最后輸出到現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。3、HRS:HighlyRecommendedSafety-relatedSystem(強力建議使用的安全系統(tǒng))，系統(tǒng)的CPU、I/O卡件全冗余。結(jié)構(gòu)圖：現(xiàn)場的傳感器將安全相關(guān)的信號傳遞給冗余配置的輸入模塊，經(jīng)輸入模塊的處理后，將輸入信號經(jīng)各自的IOBUS傳遞給冗余配置的CU模塊，經(jīng)CU模塊處理運算后，通過各自的IOBUS傳遞給冗余配置的輸出模塊，最后輸出結(jié)果并聯(lián)疊加到現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)。其中H41Q最多能帶13塊I/O卡件，如果做成冗余系統(tǒng)只能做6對冗余，且是左右冗余；H51Q系統(tǒng)主機架最多可帶16塊子機架，如果做成冗余系統(tǒng)可以實現(xiàn)8對子機架上下冗余。二、系統(tǒng)硬件介紹平臺上使用的HIMA的系統(tǒng)為H51Q-HRS系統(tǒng)，CU及I/O卡件的全冗余大大提高了安全系統(tǒng)的可靠性。平臺上的HIMAH51Q-HRS系統(tǒng)包含一個電源分配單元，一個主機架和八個子機架，其中八個子機架兩兩冗余。圖中1.1指的是子機架的邏輯地址，第一個1指的是總線編號，第二個1指的是機架編號。電源分配單元電源分配單元主機架主機架1.1子機架1.1子機架2.1子機架2.1子機架1.2子機架1.2子機架2.2子機架2.2子機架系統(tǒng)外觀圖1、主機架硬件介紹主機架型號為B5233-2包含1個機籠、主機架背部電路板、3塊電源模塊、1塊電源監(jiān)控模塊、2塊冗余的CU模塊及2塊冗余的通訊模塊組成。1.1、機籠H51Q系統(tǒng)采用的主機架機籠型號為K1412B,它有5個單元高、19英寸寬，正面帶有可搖動標(biāo)簽架，內(nèi)部裝有3個型號為K9212的風(fēng)扇，底部有電纜托盤。電纜托盤5個單元高電纜托盤5個單元高風(fēng)扇電纜托盤可搖動標(biāo)簽架5個單元高19英寸寬電纜托盤5個單元高電纜托盤5個單元高風(fēng)扇電纜托盤可搖動標(biāo)簽架5個單元高19英寸寬1.2、主機架背部電路板1塊Z1001電路板作為主機架上的背板，3塊Z6011電路板用來接受輸入的3路24V電源，2塊Z6013電路板用來給看門狗信號供電，1塊Z6018電路板監(jiān)測保險絲和風(fēng)扇的狀態(tài)，4塊F7546做總線終端。1.3、主機架卡件配置1-6槽位固定安裝3塊F7126作用是把電源由24V轉(zhuǎn)換成5V給系統(tǒng)使用，7槽位固定安裝1塊F7131作用是監(jiān)控電源卡件的運行狀態(tài)，8、9和15、16槽位固定安裝冗余的CU1和CU2，型號為F8650x。1.3.1、F7126電源模塊F7126電源模塊將24VDC主電源轉(zhuǎn)換為5VDC的系統(tǒng)電源，輸入和輸出電壓之間具有安全隔離功能且具有過壓保護和限流功能.輸出具有短路保護功能。F7126電源模塊的前面板有測試用插孔以及用于調(diào)整輸出電壓的電位器。各冗余電源模塊輸出電壓的差值不大于0.025V，保證了F7126電源模塊冗余供電時的負(fù)載平衡。1.3.2、F7131帶存儲電池的電源監(jiān)視模塊F7131對電源模塊輸出的5V電壓進行狀態(tài)監(jiān)視；最多可監(jiān)視3個電源模塊。前面板有3個LED指示燈即3個狀態(tài)監(jiān)視位（bit），用于在中央單元CU的診斷顯示和計算機用戶程序的操作。在I/O子機架套件B9361內(nèi)，完成對3個電源模塊（PS1~PS3）的功能監(jiān)視。1.3.3、F8650X中央處理模塊中央處理模塊包含兩個時鐘同步的微處理器μp1和μp2，每個微處理器都有自己的存貯器，一個處理器處理實際數(shù)據(jù)和程序，另一個處理反轉(zhuǎn)（Inverted）的數(shù)據(jù)與程序?？蓽y試的硬件比較器，用于兩個微處理器的外部存取，在故障情況下，看門狗被設(shè)置為安全狀態(tài)，并送出報警信息。供操作系統(tǒng)與用戶程序使用的閃存Flash–EPROM1MB，數(shù)據(jù)內(nèi)存SRAM1MB中的數(shù)據(jù)存貯器連接I/O總線、DPR和冗余CU的多路轉(zhuǎn)換器。兩個電隔離的RS485接口，傳輸率：最高57600bps，通過開關(guān)設(shè)置為9600bps和57600bps，或者通過軟件設(shè)置為其它傳輸率。用于系統(tǒng)、I/O級和用戶程序信息的診斷顯示的兩個LED。1.3.4、F8627X快速以太網(wǎng)卡串行接口FB無功能不能用；以太網(wǎng)接口，IEC802.3規(guī)程，10BaseT或100BaseTX，RJ45口，接入交換機實現(xiàn)ESD系統(tǒng)與上位機及PCS系統(tǒng)的通訊；高速串行通訊接口，使用BV7053電纜，通過RJ-12接口將高速冗余（HSR）通訊模塊連接，實現(xiàn)冗余通訊卡件的連接，正常運行時，通訊線是沒有作用的，當(dāng)在程序下裝過程中，把程序下裝到CU1后，可以通過通訊線自動進行CU2程序的下裝。F8627XIP地址的確定：取決于系統(tǒng)的站號即CU上設(shè)置的BSN號碼。2、子機架硬件介紹子機架型號為B9302-0.5包含1個機籠、子機架前16個槽位可安裝的I/O卡件，第17個槽位固定安裝的F7553通訊模塊，4塊71334通道電源分配模塊，以及一根型號為BV7032-0.5的輸入輸出總線，0.5表示這個電纜長度為0.5m。2.1、機籠H51Q系統(tǒng)采用的子機架機籠型號為K1406,它有4個單元高、19英寸寬，正面帶有可搖動標(biāo)簽架，底部有電纜托盤。2.2、F323616通道數(shù)字量輸入模塊（Z7116前端電纜插頭型號）工作原理：與每一個通道相連的信號為觸點信號，L+在所有的HIMA文檔中表示+24VDC，當(dāng)觸點信號閉合時，高電平信號導(dǎo)通即1的信號被通過IOBUS傳遞到CU進行處理。卡件在正常工作的時候，有自檢測功能，一旦檢測到卡件中某個通道故障時，操作系統(tǒng)就會把整個卡件上所有的通道的變量都賦值為零，在程序中進行處理，同時整個卡件在CU中有報警。例如：第1個BUS上第3個子機架上第14卡件中有故障，在CU的顯示屏上就會顯示1314。F323616通道數(shù)字量輸入模塊使用的安全相關(guān)的DI信號，如：安裝在現(xiàn)場或者控制室的急停按鈕，安全相關(guān)的壓力開關(guān)、液位開關(guān)(干接點信號），安全相關(guān)的接近開關(guān)(干接點信號），機械式閥位開關(guān)反饋信號，來自電氣的開關(guān)量信號，來自現(xiàn)場隔爆儀表的DI信號。2.3、F33308通道數(shù)字量輸出模塊（Z7138前端電纜插頭型號）工作原理：在正常工作時，CU運算的結(jié)果通過IOBUS,經(jīng)過卡件及電纜接插件，將輸出結(jié)果傳送到負(fù)載上。負(fù)載有兩種類型：阻性的負(fù)載（燈泡、喇叭等）額定功率不能超過4W，感性的負(fù)載（繼電器線圈、電磁閥線圈）額定功率不能超過12W?？谡９ぷ鞯臅r候有自檢測功能，當(dāng)檢測到某一個通道故障時，操作系統(tǒng)將整個卡件切除，輸出立即失電，保證現(xiàn)場安全。F3330卡件有一部分公共電路，被稱為一體化安全切斷電路。根據(jù)IEC的標(biāo)準(zhǔn)，安全切斷電路必須是冗余的，在卡件正常進行自檢測時，如果檢測到某一個通道有故障，操作系統(tǒng)會通過其中一個電路來切除整個卡件，如果切除失敗，操作系統(tǒng)會通過冗余電路切除卡件，如果仍然切除失敗，看門狗信號就會生效即24VDC失電使得輸出卡件被切除，當(dāng)然看門狗信號的失效意味著該CU下面所有機架上的所有輸出卡件都會失電。F3330卡件還有短路保護的功能即任意一個回路的電流超過500mA，那么整個卡件就會被保護起來，同時CU上會有卡件的報錯信息，如果故障消除可以按下CU上的ACK按鈕重新啟動卡件運行。在使用過程中還要注意，感性負(fù)載兩端要有阻容回路，它的作用是保護卡件在突然斷電的時候被感性負(fù)載兩端的感應(yīng)電壓所傷害。感性負(fù)載兩端還要有二極管用來保護卡件。F33308通道數(shù)字量輸出模塊使用的安全相關(guān)的DO信號(24VDC)，如：連接安全繼電器的線圈，直接驅(qū)動現(xiàn)場安全相關(guān)的電磁閥的電壓信號，連接到電氣的安全信號。2.4、F62178通道模擬量輸入模塊（Z7127/Z7128前端電纜插頭型號）前端電纜插頭型號為Z7127的8通道模擬量輸入模塊的工作原理：現(xiàn)場的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號連接到電纜接插件，在接插件對應(yīng)的每一個通道內(nèi)有一個阻值為250Ω的精密電阻，將4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換為1-5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號供卡件使用?？旧碜鳛锳/D轉(zhuǎn)換器就是把標(biāo)準(zhǔn)的1-5V的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)碼再通過IOBUS傳遞給CU進行運算。電纜接插件Z7127不能給外部供電。前端電纜插頭型號為Z7127的8通道模擬量輸入模塊冗余工作的連接方式：現(xiàn)場的電流信號直接連接到主卡件的某一個通道經(jīng)接插件內(nèi)的轉(zhuǎn)換電阻將電壓信號傳遞給卡件進行A/D轉(zhuǎn)換同時從主卡件的接插件內(nèi)電阻兩端并聯(lián)出電纜連接到冗余卡件的接插件，電壓信號并聯(lián)后直接傳輸給冗余卡件進行A/D轉(zhuǎn)換。兩個接插件的型號由于內(nèi)部構(gòu)造的不同而有所區(qū)別，帶有電阻的接插件型號的后綴為R2，不帶有電阻的接插件型號的后綴為R1。前端電纜插頭型號為Z7128的8通道模擬量輸入模塊的工作原理：在正常工作時，電纜接插件本身可以通過內(nèi)部指定的電路向兩線制儀表供電，反饋回來的電流信號還會流經(jīng)接插件內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電阻變成電壓信號傳遞給卡件進行A/D轉(zhuǎn)換。電纜接插件Z7128可以給外部供電。前端電纜插頭型號為Z7128的8通道模擬量輸入模塊冗余工作的連接方式：電纜接插件通過特定的電路對兩線制儀表供電，反饋回來的電流信號會流經(jīng)接插件內(nèi)部的轉(zhuǎn)換電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號后傳遞給主卡件進行A/D轉(zhuǎn)換，同時從主卡件電纜接插件的電阻兩端引出電纜直接把電壓信號并聯(lián)到冗余卡件供冗余卡件進行A/D轉(zhuǎn)換。兩個接插件的型號由于內(nèi)部構(gòu)造的不同而有所區(qū)別，帶有電阻的接插件型號的后綴為R2，不帶有電阻的接插件型號的后綴為R1。F6127卡件A/D轉(zhuǎn)換的關(guān)系與運用：正常的4-20mA的電流信號被線性的轉(zhuǎn)換為745-3723之間的數(shù)碼，通過IOBUS傳遞給CU進行運算。大于22mA的電流在卡件中轉(zhuǎn)換的結(jié)果一直為4095，同時CU上會有報錯信息。軟件中模擬量信號的處理是將3.6mA對應(yīng)的數(shù)碼670定義為開路電流所對應(yīng)的數(shù)碼，21mA轉(zhuǎn)換的數(shù)碼3909定義為短路電流所對應(yīng)的數(shù)碼，670和3909所對應(yīng)的數(shù)碼在軟件中用來判斷線路的狀態(tài)。F62178通道模擬量輸入模塊使用安全相關(guān)的AI信號，如：現(xiàn)場4線制隔爆變送器4~20mA信號，配置Z7127，現(xiàn)場2線制隔爆變送器4~20mA信號,配置Z7128，經(jīng)隔離柵隔離后的4~20mA信號，配置Z7127。2.5、F7553通訊模塊F7553I/O通訊模塊具有看門狗(WatchDog)信號切除功能，WD狀態(tài)指示燈指示和安全相關(guān)的看門狗信號；SEL狀態(tài)指示燈用于指示系統(tǒng)對I/O子機架上的I/O模塊數(shù)據(jù)訪問狀態(tài);開關(guān)WD（有on和off狀態(tài)）將F7553通訊模塊切除，從而在不導(dǎo)致系統(tǒng)停車的情況下完成對F7553的更換;編碼開關(guān)S1~S4用于完成I/O總線號（柜號）和子機架號的設(shè)定;F7553通訊模塊具有對I/O子機架5V電源的監(jiān)視功能，同時會向中央處理單元CU發(fā)送相應(yīng)的狀態(tài)信號;F7553通訊模塊在運行過程中，自動完成所有的自檢功能。F7553通訊模塊設(shè)置邏輯地址的方式：左邊代表第1條總線上的1.1-1.8邏輯地址的設(shè)定，右邊代表第二條總線上2.1-2.8邏輯地址的設(shè)定。2.6、F71334通道電源分配模塊子機架上最多可安裝4塊F71334通道電源分配模塊，此電源分配模塊有4個小型保險絲，每個保險絲對應(yīng)給一個I/O模塊供電，第1個保險絲對應(yīng)的是子機架上第1槽位I/O卡件，以此類推第16個保險絲對應(yīng)的是第16槽位的I/O卡件，每一保險有相應(yīng)的發(fā)光二極管指示其狀態(tài)。通過模件內(nèi)部的評估邏輯電路完成對每一路保險狀態(tài)的監(jiān)視，并用評估邏輯電路產(chǎn)生的狀態(tài)監(jiān)視信號分別觸發(fā)四個LED狀態(tài)指示燈。模塊前面板的接片1、2、3、4和L-用來連接L+/EL+和L-，用于給I/O模塊和現(xiàn)場檢測元件或繼電器/執(zhí)行機構(gòu)供電。后部有4個端子接頭d6,d10,d14,d18，每一個接頭提供一個I/O槽位的24vdc電源。如果所有的保險都正常，繼電器觸點d22-z24閉合。如果有一個保險沒有安裝或發(fā)生故障，則繼電器變?yōu)榉莿畲艩顟B(tài)。故障通過發(fā)光二極管指示如下：電源電壓保險正常故障/沒有安裝正常LED燈亮LED閃爍故障LED燈滅LED閃爍三、系統(tǒng)硬件圖解654897321654897321=1\*GB3①工程硬件圖紙；=2\*GB3②工程項目號，C表示HIMAChina，6表示工程類型，07表示即2007年，0009該年度的項目流水號；=3\*GB3③POS表示該項目下的第幾套系統(tǒng)，02即第二套系統(tǒng)；=4\*GB3④Custamer表示與HIMA簽訂的客戶方；=5\*GB3⑤Projecttitle表示工程名稱；=6\*GB3⑥Enduser表示最終用戶的名稱；=7\*GB3⑦Status表示當(dāng)前圖紙的狀態(tài)FI=ForInformation用于工程早期設(shè)計；FA=ForApproval用于詳細(xì)設(shè)計之后的確認(rèn)；FAT=FAT用于工廠驗收；DS=DeliveryState表示發(fā)貨時的圖紙狀態(tài)；AB=AsBuilt表示到現(xiàn)場之后的系統(tǒng)如果在硬件上有修改需要在DS版本的基礎(chǔ)上更改為AB版本；=8\*GB3⑧CoverSheet表示每一頁的標(biāo)題；=9\*GB3⑨表示每一頁圖紙完整的圖紙?zhí)?，C6070009項目號，02該項目下的第二套系統(tǒng),/1該項目下第二套系統(tǒng)第一頁。1、機柜布置1.1、OverviewListofdrawing當(dāng)前圖紙所有頁面的列表43214321=1\*GB3①Drawingnumber當(dāng)前圖紙每一頁圖紙的圖紙?zhí)枺?2\*GB3②Pageno.每一張圖紙的頁碼，與圖紙?zhí)柕淖詈笠晃灰恢?，頁碼的間斷不是圖紙有缺失，而是制圖軟件預(yù)先為不同類型的圖紙定義了足夠多的頁碼，用了的才顯示出來，沒有用的不會顯示，將來即使有圖紙的增加也不會對現(xiàn)有圖紙頁碼的改變；=3\*GB3③BasedDatestatus當(dāng)前圖紙的發(fā)表日期和狀態(tài)；=4\*GB3④Kindofdrawing每一頁圖紙的標(biāo)題。1.2、OverviewProjectsoftware該項目中用到的系統(tǒng)軟件11=1\*GB3①Firmware軟件列表，項目中所使用的軟件名稱。1.3、Crossreferencelist交叉引用表2121=1\*GB3①tagno.列出所有的位號按照字母和數(shù)字的順序進行自動排序；=2\*GB3②Page列出當(dāng)前位號的進線出現(xiàn)在圖紙中第幾頁第幾列；例如：tagno.CEP-APS-1091Page/2501.2出現(xiàn)在第2501頁第2列。1.4、LegendGeneral貫穿整個圖紙所使用的圖例3542135421=1\*GB3①DrawingNumber圖號；=2\*GB3②BMK每一個物理設(shè)備唯一的字母代碼A:機籠；C:電容器;D:安裝在機籠中的卡件；E:溫度檢測元件；F:保險絲，斷路器；G:電源；H:聲光元件；K:繼電器，接觸器；P:電腦；R:電阻；S:開關(guān),按鈕T:變送器；U:轉(zhuǎn)換器；V:二極管；X:端子排XG:接線管腳；Y:電磁閥；Z:安全柵；=3\*GB3③/12.4表示：/是起始符，12是第十二頁，4是第四列；=4\*GB3④–D2.15:d4表示:-是起始符，D是卡件，2是機架編號，15是第十五個槽位，d4是卡件或設(shè)備的具體接線管腳；=5\*GB3⑤-X1:5表示端子編號；1.5、Earthandscreenconception系統(tǒng)接地圖模擬量信號接入接口端子前屏蔽線要連接到機柜內(nèi)部提供的儀表接地或工作接地，數(shù)字量信號直接接入接口端子。每個機柜內(nèi)會提供一個中央接地點PE柜內(nèi)所有的金屬部件連接到一起。機柜內(nèi)的儀表地要安裝到現(xiàn)場的IE儀表地上，機柜內(nèi)部的中央接地點也要連接到現(xiàn)場的保護接地上。1.6、Busbuiltup系統(tǒng)通訊的網(wǎng)絡(luò)連接圖主機架上的冗余通訊模塊F8627X的RJ45口引出兩根網(wǎng)線分別接入兩臺交換機上，再從交換機上接入上位機的兩個網(wǎng)卡，實現(xiàn)上位機與CU的通訊，另交換機上的信號接入中控DCS的通訊模塊，實現(xiàn)ESD系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的通訊。1.7、Crossreferencelistdevices按照設(shè)備名稱進行的索引2121=1\*GB3①device按照字母和數(shù)字的順序?qū)C柜內(nèi)所有的設(shè)備名稱進行的排序；=2\*GB3②Page列出每一個設(shè)備的進線出現(xiàn)在圖紙中第幾頁第幾列；1.8、CabinetlayoutFrontviewESD1-2ESD1-2柜的正面布置圖=1\*GB3①M34431個單元高的標(biāo)牌，后面帶有匯線槽=2\*GB3②K7214帶有18個斷路器的電源分配盤（A11表示第一個機柜內(nèi)的第一個電子設(shè)備，A21表示第二個機柜內(nèi)的第一個電子設(shè)備）；=3\*GB3③B5233-2主機架；=4\*GB3④B9361輔助機架；=5\*GB3⑤B9302子機架；=6\*GB3⑥K9203每兩個子機架下安裝的風(fēng)扇；=7\*GB3⑦M34344個單元高的盲板，M34311個單元高的盲板，M34322個單元高的盲板。1.9CabinetlayoutrearviewESD1-2ESD1-2柜的背面布置圖1.10、CabinetlayoutDefinitionterminalrowsandfixingpoints機柜內(nèi)部端子排的布置和底座的固定1.11、CabinetlayoutDoorsfrontview機柜柜門正面視圖1.12、ArrangementofterminalrowsSurveyrearview機柜背面端子排的布置圖1.13、IObusconnectionsIOBUS連接圖CU1背面用BV7032-0.5的通訊電纜連接到第一個子機架，跨過冗余的子機架連接到第二個子機架上，然后用BV7032-6的通訊電纜接入另一個柜子內(nèi)的第三個子機架上，跨過冗余的子機架再用BV7032-0.5接入第四個子機架，兩端用終端電阻封死。1.14、Modul