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1、方案背景與目標(biāo)

隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及光纖通信技術(shù)的大量應(yīng)用，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也在不斷地演進(jìn)，尤其是在控制網(wǎng)絡(luò)層，突破了物理空間的限制，將I/O模件直接移植到現(xiàn)場(chǎng)，再通過(guò)光纖傳輸，這就是電子布線(xiàn)技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)技術(shù)的一次革新。

電子布線(xiàn)技術(shù)是一種利用“電子線(xiàn)路或總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)”消除或取代物理布線(xiàn)的技術(shù)，即消除現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)從現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)箱至中間接線(xiàn)柜再連接至I/O卡件的物理布線(xiàn)，并在電子多功能化與可編程化的端子上實(shí)現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換以減少相應(yīng)的線(xiàn)纜連接。

2、方案詳細(xì)介紹

（1）電子布線(xiàn)的三大核心技術(shù)

①軟件定義數(shù)據(jù)鏈接：分離控制模塊與I/O模塊，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與軟件定義技術(shù)，改變控制模塊與I/O模塊傳統(tǒng)的靜態(tài)固定連接模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈接的動(dòng)態(tài)再分配，示意圖如下所示：

·控制器與I/O解耦可重定義，電子布線(xiàn)I/O單元支持連接多達(dá)4對(duì)控制器(如圖中實(shí)線(xiàn)所示)，后期變更維護(hù)方便，投資長(zhǎng)期有效；

·將傳統(tǒng)的I/O模件與控制模件的一對(duì)一的關(guān)系演變?yōu)槎鄬?duì)多的關(guān)系，一對(duì)控制器可以連接多達(dá)16個(gè)電子布線(xiàn)SMART節(jié)點(diǎn)（如圖中虛線(xiàn)所示），電子布線(xiàn)SMART節(jié)點(diǎn)支持連接4個(gè)控制器；

·該技術(shù)可以解決“一點(diǎn)多用”的問(wèn)題，比如公用部分罐區(qū)的點(diǎn)經(jīng)常會(huì)被多個(gè)主站調(diào)用，傳統(tǒng)的方式只能通過(guò)站間通信來(lái)解決，數(shù)據(jù)的可靠性不能保證，而電子布線(xiàn)本身支持I/O點(diǎn)連接到不同的控制器，可直接調(diào)用數(shù)據(jù)，通信更可靠；另外，針對(duì)后期工藝有改動(dòng)的場(chǎng)景，可以方便快速適應(yīng)工藝調(diào)整，不需要硬件連接的變動(dòng)，軟件調(diào)整即可；

②軟件定義I/O信號(hào)類(lèi)型：軟件配置實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)單路的信號(hào)隔離、類(lèi)型配置、程控放大、數(shù)據(jù)處理、故障診斷、濾波、線(xiàn)性校正、工程轉(zhuǎn)換等，支持在線(xiàn)模塊更換與免開(kāi)箱變更信號(hào)類(lèi)型，優(yōu)穩(wěn)UW5800/5800S通用I/O模塊具有如下特點(diǎn)：

·雙重化冗余I/O處理模塊，I/O模塊、I/O通信、供電全冗余；

·16路智能信號(hào)模塊，多類(lèi)型混合配置，模塊間完全隔離，支持單點(diǎn)熱插拔，可快速更換安裝；

·全通用型I/O模塊，支持AI/AO/DI(SOE)/DO/RTD/TC/PI/NAMUR 等多種信號(hào)類(lèi)型免開(kāi)箱在線(xiàn)配置；

·I/O模塊集成安全柵功能，可直接與爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)所 0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)中的本安型設(shè)備直接連接；

·I/O組件可靈活分配，在不移動(dòng)任何I/O接線(xiàn)的情況下，可分配到指定控制器或多控制器；

·支持HART 7通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的配置管理和診斷維護(hù)；

·具備完整的自診斷功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)部診斷，還能實(shí)現(xiàn)回路診斷；

·符合功能安全TüV SIL3認(rèn)證，可用于安全相關(guān)回路控制；

③光通信替代電纜連接：I/O模塊前置于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，即現(xiàn)場(chǎng)在哪里I/O模塊就在哪里，在信號(hào)端實(shí)現(xiàn)數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換，構(gòu)建功能安全網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提高抗干擾度與環(huán)境適應(yīng)性，如下圖所示：

2  傳統(tǒng)主電纜是多對(duì)銅芯對(duì)絞電纜，平均每根電纜都有幾百米，是模擬信號(hào)傳輸方案材料和安裝成本的大頭，現(xiàn)場(chǎng)通用I/O技術(shù)用廉價(jià)大容量的光纖替代了銅芯主電纜，提高了信號(hào)傳輸效率，節(jié)省了大量的材料和安裝費(fèi)用；

2  信號(hào)電纜用量少、無(wú)I/O總線(xiàn)無(wú)需施工，光纜少，施工周期縮短80%；

2  支持DMR雙重化/QMR四重化冗余模式，采用SNetSafety工業(yè)以太網(wǎng)安全通信協(xié)議 ,功能安全符合TüV SIL3等級(jí)，具有高可用性和可靠性；

2  2*4路隔離100M自適應(yīng)以太網(wǎng)通信冗余電接口和2*1路100M/1000M冗余光接口；

優(yōu)穩(wěn)電子布線(xiàn)安全通信SMART節(jié)點(diǎn)由冗余安全通信組件、冗余電源模塊和I/O模塊組成，支持連接16個(gè)I/O端子座，可靈活配置節(jié)點(diǎn)規(guī)模為32/48/96點(diǎn)。單UW500控制站可支持16個(gè)電子布線(xiàn)安全通信SMART節(jié)點(diǎn)，單控制站帶載能力2000點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5所示，配合標(biāo)準(zhǔn)的防爆控制箱（防爆標(biāo)志Ex eb ec nC nR[ia Ga] IIC T4 Gc）,可部署在防爆2區(qū)/22區(qū)。

（2）應(yīng)用場(chǎng)景

鑒于電子布線(xiàn)技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢(shì)，可適用于以下多種場(chǎng)景：

·考慮到海上平臺(tái)中控系統(tǒng)的接線(xiàn)非常復(fù)雜，中控室內(nèi)布置較多的控制機(jī)柜，占據(jù)較大的平臺(tái)空間，增加了平臺(tái)規(guī)模和重量，由于大量的信號(hào)線(xiàn)纜由現(xiàn)場(chǎng)接至中控室內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)敷線(xiàn)的工作量巨大，耗費(fèi)了大量的施工、人力和材料成本。在系統(tǒng)調(diào)試期間，由于接線(xiàn)點(diǎn)太多，容易出現(xiàn)接線(xiàn)故障等問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)人員花費(fèi)大量的時(shí)間在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行線(xiàn)纜校準(zhǔn)工作，影響調(diào)試工作效率。基于以上考慮，采用新電子布線(xiàn)技術(shù)將可以很好得解決上述問(wèn)題；

·機(jī)柜空間不足的改造項(xiàng)目、擴(kuò)容項(xiàng)目，采用電子布線(xiàn)技術(shù)，部署位置更加靈活；

·工藝頻繁變更及市場(chǎng)原因，存在生產(chǎn)車(chē)間的增減、控制需求的變更及實(shí)施問(wèn)題的場(chǎng)合；

·距離遠(yuǎn)的裝置，各類(lèi)輔助裝置/公用系統(tǒng)/火炬，這些裝置由于距離分散，點(diǎn)數(shù)不多，沒(méi)必要建立電子間，特別是國(guó)家三年整治危化品生產(chǎn)政策出臺(tái)，控制室及電子間不允許放置在生產(chǎn)車(chē)間廠房，如果必須放置，需要設(shè)置抗暴墻。因此，采用電子布線(xiàn)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)DCS/SIS，為客戶(hù)創(chuàng)造巨大價(jià)值；

·也可與常規(guī)控制系統(tǒng)混合使用；

3、代表性及推廣價(jià)值

(1)  項(xiàng)目應(yīng)用

該項(xiàng)目為生產(chǎn)硫酸二乙酯、碘化鉀和聚氨酯化工原材料項(xiàng)目，優(yōu)穩(wěn)公司為其提供新一代DCS電子布線(xiàn)系統(tǒng)整體解決方案。

本項(xiàng)目共配置I/O點(diǎn)數(shù)3600點(diǎn)，4臺(tái)控制站和11臺(tái)操作站，如表所示；控制站02帶載15個(gè)電子布線(xiàn)箱，控制站03帶載4個(gè)電子布線(xiàn)箱，控制站04帶載9個(gè)電子布線(xiàn)箱子，電子布線(xiàn)箱均部署在現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)單元設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)數(shù)劃分，相應(yīng)的點(diǎn)數(shù)就近接入附近的電子布線(xiàn)箱，這樣做相比傳統(tǒng)的直接將信號(hào)電纜拉到中控室的方式，可以大量縮短信號(hào)電纜的長(zhǎng)度，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖所示。

?  現(xiàn)場(chǎng)的電子布線(xiàn)箱網(wǎng)絡(luò)連接有兩種方式，對(duì)于箱子比較集中的場(chǎng)景，可以使用冗余網(wǎng)線(xiàn)連接組成可靠性高的星型網(wǎng)絡(luò)，再使用冗余光纖連接到中控室的網(wǎng)絡(luò)柜，對(duì)于箱子比較分散的場(chǎng)景（如碘化鉀車(chē)間），使用冗余光纖單獨(dú)連接到中控室的網(wǎng)絡(luò)柜；

?  針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的不同，優(yōu)穩(wěn)推出多種規(guī)格的箱體，可靈活選擇，防爆的環(huán)境配置UW5100電子布線(xiàn)防爆控制箱（防爆標(biāo)志：Ex eb ec nC nR [ia Ga] IIC T4 Gc ，防護(hù)等級(jí)：IP66，防腐等級(jí)：G3，安裝位置：可部署在防爆2區(qū)/22區(qū)），不需要防爆的環(huán)境，配置UW5041_F工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，可節(jié)省成本，維護(hù)也更加方便，比如上圖所示的聚氨酯車(chē)間的常規(guī)機(jī)柜，該機(jī)柜部署在現(xiàn)場(chǎng)的配電機(jī)柜間，無(wú)防爆要求；

?  控制站配置Modbus通訊模塊，負(fù)責(zé)和現(xiàn)場(chǎng)的PLC設(shè)備、智能儀表（比如回流比控制器、氣化膜儀表等）進(jìn)行通信，并開(kāi)通OPC協(xié)議與上層的MES/ERP通信，構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)共享的高效信息化智能工廠；

?  電源分配柜負(fù)責(zé)給控制站及現(xiàn)場(chǎng)的電子布線(xiàn)箱子提供獨(dú)立的UPS和市電雙路220V供電；

（2）推廣價(jià)值

省錢(qián)：節(jié)省電纜90%，減少機(jī)柜間80%；

省事：軟件定義I/O，維護(hù)變更簡(jiǎn)便；

省時(shí)：解耦實(shí)施流程，縮短工期30%；

省心：支撐智能制造的柔性重組重構(gòu)。