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YOKOGAWA FCN/FCJ 自主控制器
时间: 2025-12-22浏览次数：
YOKOGAWA FCN/FCJ 自主控制器
YOKOGAWA FCN/FCJ 自主控制器
产品概述
（一）产品定位与核心用途
FCN/FCJ 是横河电机（Yokogawa Electric Corporation）STARDOM 系列旗下的两款核心自主控制器，专为工业自动化场景设计，适用于从序列控制到模拟控制的各类工业过程，可实现设备联动、参数调节、数据采集与监控等核心功能。两款产品分别以模块化（FCN）和一体化（FCJ）设计，适配不同安装环境与系统复杂度需求，广泛应用于工厂分布式控制系统、机械设备内置控制、工业过程监控等场景，为工业生产提供高可靠、高效能的控制解决方案。
（二）产品分类与定义
产品类型 英文缩写含义 结构特点 细分型号与核心配置
FCN Field Control Node（现场控制节点） 模块化结构，可根据需求灵活搭配 CPU、I/O 及其他扩展模块，扩展性强 - FCN-100：搭载 NFCP100 CPU 模块
- FCN-500：搭载 NFCP501/NFCP502 CPU 模块
- FCN-RTU：搭载 NFCP050 CPU 模块，低功耗设计
FCJ Field Control Junction（现场控制连接点） 一体化结构，内置 I/O 接口，无需额外模块组装，结构紧凑 无细分型号，统一为 FCJ 系列，集成控制与 I/O 功能
核心产品特性
（一）高性能：适配多元控制需求
多过程兼容：可无缝对接序列控制、模拟控制等多种工业过程，无需更换控制器即可满足不同工艺的控制需求，降低系统升级与维护成本。
灵活运行模式：支持独立运行（单台控制器完成局部控制）和互联控制（与其他自主控制器或外部设备通信联动），适配从简单到复杂的系统架构。
软件联动扩展：
搭配 Versatile Data Server（VDS） 或 Supervisory Systems（FAST/TOOLS），可构建功能丰富的操作与监控系统，实现数据集中管理、可视化监控、报表生成等高级功能。
支持 FCN/FCJ OPC 服务器，PC 端 OPC 客户端（遵循 OLE for Process Control 标准）可直接访问控制器数据，实现跨平台数据交互。
Java 扩展能力：内置 Java 虚拟机，支持多种 Java 应用开发与部署，包括：
Web 浏览器图像显示：通过网页可视化展示设备状态、控制参数等信息。
数据管理：本地保存数据文件、通过 FTP 协议传输文件。
通信扩展：发送 / 接收电子邮件（支持 SMTP/POP3 协议及 SMTP 服务器认证）、通过 PPP 协议连接公网（如 GPRS 网络）。
免编程应用：搭配 InfoWell 软件，无需编写代码即可实现 Web 浏览、电子邮件通信等功能，降低应用部署门槛。
（二）高可靠性：保障工业连续运行
全方位诊断与保护：具备完善的 RAS 特性（CPU 自诊断、温度监控、I/O 诊断等），可实时监测设备运行状态，及时发现故障并报警；配备 ECC（Error-Correcting Code）纠错内存，有效避免内存数据错误导致的控制异常。
低功耗无风扇设计：散热效率高，无需冷却风扇即可稳定运行，减少机械故障点，适配工业现场粉尘多、振动大的恶劣环境。
双冗余配置：
FCN-100：以太网控制网络、CPU 模块、电源模块、SB 总线（本地总线）均可配置双冗余，任意组件故障时可无缝切换，无停机时间。
FCJ：控制网络支持双冗余，保障通信链路的连续性，满足分布式系统的高可靠通信需求。
（三）工程高效性：简化开发与配置
多编程语言支持：兼容 5 种 IEC 61131-3 标准编程语言（如梯形图、功能块图、指令表等），用户可根据工艺需求、开发习惯灵活选择，降低编程门槛。
软件部件复用：控制逻辑可封装为标准化软件部件，支持重复使用，避免重复开发，提升系统配置效率与一致性，保障控制质量。
应用组合包（Application Portfolios）：内置横河电机多年工业应用经验，提供丰富的预制软件包，可快速实现高级功能，包括：
控制类：控制回路仪表块（如 PID 控制器、指示器等）。
通信类：与非横河 PLC（如三菱 MELSEC、欧姆龙 SYSMAC 等）的通信适配模块。
（四）易维护性：降低运维成本
在线下载功能：系统运行过程中可直接修改控制应用，支持 I/O 接口、变量、数据类型、程序代码、库文件的增删改，且修改单个控制回路时不影响其他回路运行，无需停机维护，保障生产连续性。
热插拔支持：FCN-100 所有模块均支持热插拔，更换故障模块时无需切断系统电源，进一步减少停机时间。
便捷维护工具：支持通过 Web 浏览器远程访问控制器，进行网络配置、数据库备份 / 恢复、参数调整等维护操作；搭配 Resource Configurator 工具，可快速完成硬件参数配置，提升运维效率。
系统配置与开发维护
（一）系统配置类型
FCN/FCJ 均为本地安装型控制器，可根据用户现场需求灵活配置三种系统架构：
独立系统：单台 FCN 或 FCJ 独立运行，适用于局部区域控制（如单台设备、单个生产单元），结构简单、部署成本低。
互联系统：多台 FCN/FCJ 通过控制网络互联，实现跨设备联动控制，最多支持 15 台 FCN/FCJ 与一台控制器通信，适配分布式生产场景（如多车间、多生产线协同）。
联动系统：1 台或多台 FCN/FCJ 与 VDS、FCN/FCJ OPC Server、FAST/TOOLS 等上位软件联动，最多支持 4 台此类软件同时连接，实现集中监控与高级数据管理。
跨设备通信：通过应用组合包中的通信模块，可与第三方控制器、显示单元、温度控制器、电力监测仪等设备互联，扩展系统兼容性。
（二）开发与维护工具
工具名称 核心功能 运行要求
Logic Designer 开发 FCN/FCJ 控制应用（以任务形式组织），支持 IEC 61131-3 标准编程语言 需单独购买许可证，运行于 PC/AT 兼容机
Resource Configurator 配置控制器硬件参数，包括 IP 地址、I/O 模块型号、许可证激活、初始通信协议设置等 无需许可证，随软件 DVD-ROM 免费提供
Web 浏览器 远程访问控制器，进行网络配置、数据库备份 / 恢复、设备状态监控等维护操作 支持主流浏览器，通过以太网连接控制器
FCN/FCJ Simulator 在通用 PC 上模拟控制器运行环境，调试 Logic Designer 开发的控制应用，无需实际控制器硬件 需单独购买许可证，随软件 DVD-ROM 提供
（三）开发维护流程
硬件配置：通过 Resource Configurator 工具设置控制器 IP 地址、I/O 模块型号、通信协议等基础参数。
应用开发：使用 Logic Designer 编写控制程序（任务），支持多任务并行设计，可指定任务优先级与执行周期。
调试测试：通过 FCN/FCJ Simulator 在 PC 端调试程序，验证控制逻辑正确性；调试完成后通过以太网下载至控制器。
运行维护：系统运行过程中，通过 Web 浏览器或本地工具监控设备状态，如需修改程序可通过在线下载功能更新，故障时可热插拔更换模块。
关键技术规格
（一）CPU 功能与内存规格
CPU 核心参数：
执行速度：指令表（IL）程序约 50 µs / 千步，运算效率高，可满足工业实时控制需求。
控制应用容量：最多支持 16 个任务，任务优先级可分为 16 级，执行周期≥10 ms（以 10 ms 为增量调整），适配多任务并行控制场景。
内存容量分配：
控制应用容量：最大 3 MB，约可存储 400 千步 IL 程序。
数据区：最大 8 MB，用于存储运行时临时数据，断电后不保留。
保留数据区：最大 410 KB（其中控制应用专用 350 KB），断电后数据不丢失，可存储控制参数、 tuning 设定值等关键信息。
Java 应用容量：最大 32 MB，用于部署 Java 应用程序。
（二）系统卡规格
系统卡用于存储系统程序、用户应用（控制程序 + Java 程序）及数据，提供两种规格选择：
系统卡类型 系统程序占用空间 用户应用总容量 推荐使用场景
128 MB 型 32 MB 96 MB（控制应用≤10 MB） 无复杂 Java 应用，仅运行基础控制程序
512 MB 型 32 MB 480 MB（控制应用≤10 MB） 需运行 InfoWell 等 Java 应用，或存储大量历史数据
（三）网络通信规格
1. 以太网（控制网络）
标准兼容：遵循 IEEE802.3 标准，支持双冗余配置，保障通信可靠性。
核心用途：连接 FCN/FCJ、PLC、显示单元、VDS 等设备，同时用于控制器的开发与维护（程序下载、参数配置）。
连接能力：
连接目标 最大连接数 备注
VDS/FCN/FCJ OPC Server/FAST/TOOLS 4 台 三类设备总数不超过 4 台
FCN/FCJ 控制器 15 台 单台控制器最多联动 15 台同类设备
第三方 PLC（如 FA-M3、MELSEC） 32 台 每台设备占用 1 个通信通道
2. 串口通信
用途：连接显示单元、温度控制器、电力监测仪等设备，支持多种串行通信协议。
硬件配置：
控制器类型 串口配置 备注
FCJ 2 个 RS-232-C 端口 固定配置，不可扩展
FCN-100 CPU 模块自带 1 个 RS-232-C 端口；可扩展串口通信模块（每模块 2 个端口，支持 RS-232-C 或 RS-422/RS-485） 最多安装 8 个扩展模块，双冗余 CPU 时 CPU 自带串口不可用
（四）控制应用容量上限
功能块（POUs）：最多支持 512 个，其中：
调节器控制块（如指示器、控制器、手动加载器）：≤128 个。
其他功能块（如计算块、开关仪表块、通信 POU）：≤384 个。
序列程序：
梯形图（Ladder）：≤180 千步。
序列表：≤128 个（每个表含 32 个条件行 + 32 个行动行）。
最大配置示例：
I/O 接口：96 个 AI（模拟输入）、32 个 AO（模拟输出）、256 个 DI（数字输入）、256 个 DO（数字输出）。
控制回路：32 个 PID 回路。
序列程序：128 个序列表。
控制周期：1 秒。
（五）双冗余 CPU 规格（仅 FCN-100 支持）
故障切换：主用 CPU 故障后，备用 CPU 瞬时接管控制权限，切换过程无扰动，不影响系统运行。
均衡操作：新增或更换 CPU 模块时，需执行 All-program-copy（APC）命令实现两台 CPU 数据同步，支持自动执行（仅限双 Style-3 NFCP100 CPU 配置）；APC 命令运行时，首个控制周期延长 1-2 秒，后续恢复正常。
运行限制：
多任务不可访问同一全局变量。
CPU 模块自带串口不可用。
无法运行 Java 应用。
非双 Style-3 NFCP100 CPU 配置时，APC 命令需手动执行，执行期间控制暂停，I/O 模块按 Fallback 选项（如保持输出、输出指定值）运行。
（六）在线下载功能细节
支持修改范围：I/O 接口、变量定义、数据类型、程序代码、库文件的增删改。
操作影响：修改控制回路参数或回路连接时，该回路自动切换为手动（MAN）模式，修改完成后需手动恢复自动模式，不影响其他回路运行。
（七）时间同步功能（SNTP）
FCN/FCJ 支持通过 SNTP（Simple Network Time Protocol）实现多设备时间同步，可同时作为 SNTP 服务器和客户端：
功能类型 服务器功能 客户端功能
通信协议 SNTP（UDP 端口 123） SNTP（UDP 端口 123）
许可证要求 需 Time Synchronization Server Portfolio License 无需许可证
工作模式 支持单播模式 支持单播、广播模式
连接能力 推荐≤32 个客户端（无强制上限，需考虑设备负载） 最多连接 4 台服务器
时间精度 依赖内部计时器（日误差 - 17.5~+12 秒） ±500 ms（取决于时间补偿配置）
时间补偿 - 单播模式下每 100 秒同步一次；差异≤500 ms 不调整，500 ms~5 秒平滑调整，≥5 秒立即调整
冗余支持 支持冗余网络、冗余 CPU 支持冗余网络、冗余 CPU
（八）显示单元连接
支持通过两种方式连接显示单元，适配不同现场设备：
1. FA-M3 仿真功能
连接设备：所有兼容 FA-M3 控制器的显示单元。
连接端口：FCN-100 用 CPU 模块串口（双冗余 CPU 时不可用，不可使用扩展串口模块）；FCJ 用自带串口。
可访问设备：内部继电器（I00001-I32767）、数据寄存器（D00001-D32767）、文件寄存器（B00001-B32767）。
2. Modbus 通信（需 Modbus Communication Portfolio）
连接设备：所有支持 Modbus 协议的显示单元。
连接端口：FCN-100 用 CPU 串口、扩展串口模块或以太网端口；FCJ 用串口或以太网端口。
可访问设备：线圈（00001-09999）、输入继电器（10001-19999）、输入寄存器（30001-39999）、存储寄存器（40001-49999）（具体范围取决于显示单元型号）。
