K-CU01 主控制器模块使用说明书

HOLLiAS MACS -K
系列模块
2014年5月B版
HOLLiAS MAC-K系列手册- K-CU01 主控制器模块使用说明书
重要信息
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目录
1.概述 (1)
2.接口说明 (2)
2.1主控单元结构示意图 (2)
2.2底座接口说明 (4)
2.3地址跳线 (8)
2.4IO-BUS (11)
3.状态灯说明 (12)
4.其他特殊功能说明 (14)
4.1短路保护功能 (14)
4.2诊断功能 (15)
4.3冗余功能 (15)
4.4掉电保护 (16)
5.工程应用 (18)
5.1底座选型说明 (18)
5.2应用注意事项 (18)
6.尺寸图 (19)
6.1K-CU01尺寸图 (19)
6.2K-CUT01尺寸图 (19)
7.技术指标 (20)
7.1K-CU01主控制器模块 (20)
7.2K-CUT01 4槽主控器底座 (21)
K-CU01
主控制器模块
1.概述
K-CU01是K系列硬件的控制器模块，是系统的核心控制部件，主要工作是收集I/O模块上报的现场数据，根据组态的控制方案完成对现场设备的控制，同时负责提供数据到上层操作员站显示。

控制器基本功能块主要包括系统网通讯模块、核心处理器、协处理器（IO-BUS主站MCU）、现场通讯数据链路层、现场通讯物理层、以及外围一些辅助功能模块。

K-CU01控制器模块支持两路冗余IO-BUS和从站I/O模块进行通讯，支持两路冗余以太网和上位机进行通讯，实时上传过程数据以及诊断数据。

可以在线下装和更新工程，且不会影响现场控制。

K-CU01控制器模块支持双冗余配置使用。

当冗余配置时，其中一个控制器出现故障，则该控制器会自动将本机工作状态设置为从机，并上报故障信息；若作为主机出现故障，则主从切换；若作为从机出现故障，则保持该状态。

两块控制器模块K-CU01和两块IO-BUS模块安装在4槽主控底座K-CUT01上，就构成了一个基本的控制器单元。

通过主控底座的主控背板，完成两个控制器模块之间的冗余连接，控制器模块通过IO-BUS模块扩展可以连接最多100个I/O模块。

通过选用不同的IO-BUS模块，控制总线拓扑结构可构成星型和总线型；同时支持远程I/O机柜。

基本的控制器单元如图1-1所示。

图 1-1 控制器单元安装位置图
2. 接口说明
2.1
主控单元结构示意图
主控单元采用“模块+底座”组合的结构，安装在机柜中，支持导轨和平板安装方式。

如图 2-1所示，主控单元由一对冗余控制器模块、一对IO-BUS 模块和1个4槽底座构成。

控制器面板上有状态指示灯，下盖上有掉电保护电池，可更换。

底座作为控制器与其他外部部件的连接接口，具备供电、电源检测、连接IO-BUS 总线、连接上层系统网、连接时钟同步信号、设置IO-BUS 地址、主站IP 地址、域地址等功能。

控制器
K-BUS03
模块
站地址和域地址拨码开关仓
上位机以太网接口板间级联接口
IO-BUS 接口
电源输入及监测接口
控制器K-BUS03
模块
站地址和域地址
拨码开关仓
上位机以太网接口板间级联接口
多功能总
线接口电源输入及监测接口
图2-1 控制器单元结构示意图
控制器模块的IO-BUS是通过IO-BUS模块（K-BUS02或K-BUS03）扩展后，再同I/O模块连接的。

每个分支可以连接10个I/O模块，机柜内共有6个IO分支，最多共可连接10×6=60个I/O模块，支持级联扩展，一对控制器最多可连接100个I/O模块。

控制总线结构示意图如图2-2所示。

共6列模块
每列10模块
图 2-2 控制器控制总线拓扑图
2.2 底座接口说明
4槽主控底座K-CUT01共支持4个模块，左边两个槽位插主控制器模块，右边两个槽位插IO-BUS 模块。

主控模块和IO-BUS 模块的外部接口位于底座K-CUT01上。

在拨码开关槽中，预留有一个测试接口（TP ），用户不使用该功能。

4槽底座K-CUT01提供的各个接口图如图 2-3所示。

其中，板间级联连接器定义、校时总线连接器、IO-BUS 总线连接器定义、电源输入接口定义以及电源检测接口定义分别见表1、表2、表3、表4、表5所示。

各个接口的功能概述如下：
⏹ 冗余电源接口，提供24VDC 给冗余主控以及冗余HUB 供电； ⏹ 电源状态接口，实现电源监视；
⏹跳线，实现DP-HUB站地址设定；
⏹站地址拨码开关，实现主站地址设定；
⏹域地址拨码开关，实现域地址、掉电保护、固件模式、网络结构状态等设定；
⏹系统电源、现场电源接地点。

⏹冗余RJ45接口，提供2路100M以太网与上位机进行通讯；
⏹校时总线RS485接口，协助实现多个控制站之间的校时；
⏹柜间级联接口，实现IO-BUS总线的柜间级联；
⏹6路8口接口，协助DP-HUB实现IO-BUS总线由总线型转为星型，将现场电源、系统电
源、IO-BUS总线信号输出到各列I/O模块上；
1
16
151413
12
11
6532
19
1878910
1. 主控制器A 插槽
2. 主控制器B 插槽
3. 站地址设置仓
4. 域地址设置仓
5. 控制器A 以太网插槽
6. 控制器B 以太网插槽
7. A 网柜间级联接口
8. A 网校时总线连接器接口9. B 网柜间级联接口
10. B 网校时总线连接器接口
11. 电源输入接口12. 电源检测接口13. 电源输入接口
14. IO-BUS A 模块插槽15. IO-BUS B 模块插槽
16. IO-BUS A 模块站地址设置仓17. IO-BUS B 模块站地址设置仓18. A 网电源保险丝仓19. B 网电源保险丝仓
4
17
图 2-3 主控底座接口示意图
1
2.3地址跳线
（1）拨码开关
4槽底座左下角设有2组地址拨码开关，分别来设置主控站地址（CN）和主控域地址(DN)，表6、表7分别为其拨码开关的定义。

7位；域地址使用8位拨码开关DN的前5位，如图2-4所示。

CN DN
站地址拨码开关
域地址拨码开关
图 2-4 主控拨码开关示意图
当拨码开关的某位于“ON ”时，对应的数值为“0”；位于“OFF ”，则为“1”。

以站地址为例，7位拨码开关的数值从高位到低位排列，组合成一个二进制数，该二进制数对应的十进制就是主站的站地址，如图 2-5所示。

= 站地址（十进制）
图 2-5 站地址拨码开关的设定
例如，拨码开关从高位（第7位）到低位（第1位）依次设定为“0001010”，对应十进制数10就是主控的站地址，如图 2-6所示。

10号站的拨码
图2-6 10号站拨码开关的设定（2）IO-BUS地址跳线定义
2 3 4 5 6 7 OFF ON 偏移地址基地址
NC
NC
图2-7 IO-BUS地址跳线
如图2-7所示，通过跳线器来设置本机IO-BUS站地址，实现与控制器的通讯。

A、B总线的两个IO-BUS模块有独立的站地址，跳线器定义见表8所示。

8
由图2-7范围2～7；
另一部分是基地址区，用跳线设置基地址，范围是0或110。

针脚号对应的跳线短接，则表示该针脚地址有效。

OFF 针脚短接，表示当前IO-BUS 模块地址为2～7号针脚所定义的值；ON 针脚短接，表示当前IO-BUS 模块的地址需要在2～7的基础上再加上基地址110。

所以，IO-BUS 模块的站地址=基地址+偏移地址，其范围是2～7、112～117。

例如，设置IP 地址=3，则短接3号针脚、短接OFF 针脚；设置IP 地址=114，则短接4号针脚、短接ON ，如图 2-8所示。

在设置站地址时，需注意以下问题：
⏹ 基地址若设置为OFF 时，表示为0；基地址若设置为ON 时，表示为110； ⏹ OFF 状态与ON 状态禁止同时设置，它们互为互斥关系； ⏹ 跳线帽设置在其他位置时读取的站地址无效。

(a)
(b)
234567
偏移地址基地址
23456
7偏移地址
基地址
图 2-8 站地址跳线设置举例
2.4 IO-BUS
K 系列硬件模块采用A 、B 两根冗余专用多功能总线电缆连接主控制器和每个I/O 模块，提供双现场电源总线、双系统电源总线、双多功能总线供模块工作。

主控制器模块的控制总线是通过IO-BUS 模块扩展后，再同I/O 模块连接的。

IO-BUS 模块的扩展出6个本地口（1～6）和一个扩展口EXT ，如图 2-9所示。

模块地址跳线
本地口A1~A6本地口B1~B6
A扩展口B扩展口
图2-9 IO-BUS总线接口
对于总线型结构，IO-BUS模块共有7路分支，以A网为例按A1→A2→…→A6→EXT A的顺序依次串联。

第1～6路连接柜内本地IO相连，第7路连接扩展柜外远程IO。

对于星型结构，IO-BUS模块共有8路分支，分支间逻辑隔离，是相互独立的总线段。

第1～6路连接柜内本地IO，第7路连接控制器（内部口），第8路连接柜外扩展IO。

IO-BUS的每一路分支使用一条专用多功能总线电缆，每路分支最多连接10个I/O模块。

多功能总线电缆的两头是8针连接器，一头插在底座的IO-BUS分支口（A1～A6、B1～B6或扩展口），另一头插K-BUST02（终端匹配）或K-BUST03（总线扩展）。

电缆中间有10个6针连接器，顺次插在I/O模块的底座上。

第一列导轨上模块的一对多功能总线插入A1 B1端口，第二列导轨上模块的一对多功能总线插入A2 B2端口，逐次类推。

导轨编号定义：机柜正背面每面最多可装3列导轨，机柜正面从左到右为1 2 3号，机柜背面从左到右为4 5 6号。

3.状态灯说明
K系列主控制器面板上提供了丰富的状态指示灯，用来显示现场实时控制器的电源、工程、网络、主从等工作状态，以增强维护工作的效率。

图3-1所示为控制器的外观图，表9为各个指示灯
的状态和含义。

图3-1 控制器外观示意图
4.其他特殊功能说明
4.1短路保护功能
K-CU01主控模块安装在K-CUT01底座上，具有短路保护功能。

防止一路现场电源或者一路系统电源短路，造成整个系统电源失电。

K-CUT01底座上的系统电源（S）和现场电源（F）均采用12路输出，每两路（A、B）进行冗余，分别给IO-BUS总线的各路分支供电。

当某一路现场电源或者系统电源出现问题时，不会影响其他电源的工作。

底座上共有两个保险丝仓，内有一次速熔保险（800mA）。

如图4-1所示，A仓放置IO-BUS本地A口的系统电源和现场电源的保险，B仓放置IO-BUS本地B口的系统电源和现场电源的保险。

A1口系统电源保险
B1口系统电源保险
4.2诊断功能
故障诊断对象是主控制器的基础硬件以及各个功能块，最终达到诊断整个控制器的目标。

控制器支持下述几类功能诊断：
⏹硬件故障：本机DP 收发器故障诊断、内部电源故障诊断、时钟诊断、冗余网连接状态诊
断、控制网连接状态诊断、掉电保护SRAM 诊断；
⏹温度状态诊断（高于90℃报警）；
⏹系统网连接状态诊断；
⏹掉电保护电池容量不足（低于2.8V 报警）；
4.3冗余功能
主控制器采用1:1冗余配置保证可靠性。

互为冗余的一对控制器安装在4槽控制器底座中，主、从机热、备冗余方式，一个控制器处于工作状态（主机），另一个控制器处于备用状态（从机）。

控制模块通过内部冗余控制电路保证两个冗余控制器间的组态、数据和运行周期保持一致。

两个主控制器同时接收网络数据，同时做控制运算，但只有一个输出运算结果。

主机与从机每周期交互同步数据，从机使用同步数据跟随主机运行。

当主机出现致命故障时，如果从机工作状态正常，则进行主、从切换。

该切换为无扰切换，不会对系统造成影响。

默认初始状态下，A机为主，B机为从。

在发生故障的情况下，主、从机自动根据故障的严重情况进行冗余切换，使无故障（或故障最轻）的控制器始终为主，处于工作状态。

某一时刻，谁为主、谁为从，可通过面板上的状态指示灯（STANDBY）判别。

如图4-2所示。

图4-2 K-CU01冗余工作原理框图
⏹主从切换场景：
●电源故障（系统电源、现场电源，掉电、电压跌落过低、短路）
●模块插板指示故障（模块没有插好）
●通讯双网故障（双网均故障，断线、短路）
●ADC故障（损坏、与CPU通讯异常、晶振停振，复位信号长低）
●内存致命故障，程序跳转到不可能跑到的分支
●CPU故障（晶振停振、CPU损坏、复位信号长低故障、不喂看门狗）
●有新的通道故障（通道外部线路故障或内部电路器件损坏）
●冗余信号线路故障（印制线或链路器件损坏）
●主模块有新故障或拔掉主模块。

4.4掉电保护
主控制器在运行过程中自动保存工程以及部分需要掉电保护的关键数据。

当控制器突然掉电时，以上数据会在后备电池的支持下保存。

后备电池的有效工作时间不少于3年，当电池容量不足时，控制器会上报电池电量不足的报警信息。

此时，需要您在出现报警后的3个月内必须完成电池更换。

更换后备电池时，可带电更换，也可不带电更换。

当采用不带电更换时，掉电保护的数据将丢失，但工程会保持。

是否使能掉电保护功能由主控背板拨码开关DN的第7位控制，默认不使能，如图4-3所示为控制器掉电保护拨码开关的示意图。

OFF ON
域地址
（DN）
掉电保护
拨码开关
图4-3 K-CU01掉电保护拨码开关
当第7位拨码开关拨至“ON”时，掉电保护设置有效，重新上电后，主控会自动加载控制器中存储的工程，同时将被设置为掉电保护的数据项恢复到掉电前的状态。

当第7位拨码开关拨至“OFF”时（默认状态），掉电保护无效，重新上电后，控制器会自动清空内部的工程和数据，并工作在无工程的状态下。

控制器的下盖上有一个“BA T”电池仓，内装有掉电保护电池，可更换。

如图4-4所示，电池安装在电池盒中，电池盒卡在的电池仓盖里。

电池、电池盒和电缆，是一个整体的不可拆分件，更换时要一同更换。

图4-4 掉电保护电池盒结构
更换、安装电池步骤：
⏹打开电池仓，拔出电缆，取出电池仓盖；
⏹从仓盖上拆下旧电池盒，并将新的K 系列专用电池成品（K-BAT01）安装到电池仓盖中，
注意电缆方向以及卡扣要卡完全。

⏹然后将电缆插头插到电池仓内的插座上，注意插头方向。

⏹最后把电池仓盖装回电池仓中，扣好。

5.工程应用
5.1底座选型说明
主控制器模块可以配合4槽主控制器背板（K-CUT01）。

5.2应用注意事项
在使用主控制器模块之前，用户需要了解以下内容，以帮助您提高工作效率：
系统电源和现场电源冗余配置，并严格分开，分别由隔离电源单独供电，确保现场侧与系统侧隔离。

保证底座的系统接地保护点和现场接地保护点已可靠接地。

6.尺寸图
6.1K-CU01尺寸图
图6-1 K-CU01尺寸图6.2K-CUT01尺寸图
图6-2 K-CUT01尺寸图7.技术指标
7.1K-CU01主控制器模块
7.2K-CUT01 4槽主控器底座。