1、方案背景與目標

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)的大量應用，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)也在不斷地演進，尤其是在控制網(wǎng)絡層，突破了物理空間的限制，將I/O模件直接移植到現(xiàn)場，再通過光纖傳輸，這就是電子布線技術(shù)，是對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)技術(shù)的一次革新。

電子布線技術(shù)是一種利用“電子線路或總線網(wǎng)絡”消除或取代物理布線的技術(shù)，即消除現(xiàn)場儀表信號從現(xiàn)場接線箱至中間接線柜再連接至I/O卡件的物理布線，并在電子多功能化與可編程化的端子上實現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換以減少相應的線纜連接。

2、方案詳細介紹

（1）電子布線的三大核心技術(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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈接的動態(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I/O單元支持連接多達4對控制器(如圖中實線所示)，后期變更維護方便，投資長期有效；

·將傳統(tǒng)的I/O模件與控制模件的一對一的關(guān)系演變?yōu)槎鄬Χ嗟年P(guān)系，一對控制器可以連接多達16個電子布線SMART節(jié)點（如圖中虛線所示），電子布線SMART節(jié)點支持連接4個控制器；

·該技術(shù)可以解決“一點多用”的問題，比如公用部分罐區(qū)的點經(jīng)常會被多個主站調(diào)用，傳統(tǒng)的方式只能通過站間通信來解決，數(shù)據(jù)的可靠性不能保證，而電子布線本身支持I/O點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，針對后期工藝有改動的場景，可以方便快速適應工藝調(diào)整，不需要硬件連接的變動，軟件調(diào)整即可；

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

·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路智能信號模塊，多類型混合配置，模塊間完全隔離，支持單點熱插拔，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 等多種信號類型免開箱在線配置；

·I/O模塊集成安全柵功能，可直接與爆炸性氣體危險場所 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，在不移動任何I/O接線的情況下，可分配到指定控制器或多控制器；

·支持HART 7通信，實現(xiàn)現(xiàn)場智能設(shè)備的配置管理和診斷維護；

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

·符合功能安全TüV SIL3認證，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，即現(xiàn)場在哪里I/O模塊就在哪里，在信號端實現(xiàn)數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換，構(gòu)建功能安全網(wǎng)絡協(xié)議，提高抗干擾度與環(huán)境適應性，如下圖所示：

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

2  信號電纜用量少、無I/O總線無需施工，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，具有高可用性和可靠性；

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

優(yōu)穩(wěn)電子布線安全通信SMART節(jié)點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I/O端子座，可靈活配置節(jié)點規(guī)模為32/48/96點。單UW500控制站可支持16個電子布線安全通信SMART節(jié)點，單控制站帶載能力2000點，網(wǎng)絡架構(gòu)如圖5所示，配合標準的防爆控制箱（防爆標志Ex eb ec nC nR[ia Ga] IIC T4 Gc）,可部署在防爆2區(qū)/22區(qū)。

（2）應用場景

鑒于電子布線技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢，可適用于以下多種場景：

·考慮到海上平臺中控系統(tǒng)的接線非常復雜，中控室內(nèi)布置較多的控制機柜，占據(jù)較大的平臺空間，增加了平臺規(guī)模和重量，由于大量的信號線纜由現(xiàn)場接至中控室內(nèi)，現(xiàn)場敷線的工作量巨大，耗費了大量的施工、人力和材料成本。在系統(tǒng)調(diào)試期間，由于接線點太多，容易出現(xiàn)接線故障等問題，現(xiàn)場人員花費大量的時間在現(xiàn)場進行線纜校準工作，影響調(diào)試工作效率?；谝陨峡紤]，采用新電子布線技術(shù)將可以很好得解決上述問題；

·機柜空間不足的改造項目、擴容項目，采用電子布線技術(shù)，部署位置更加靈活；

·工藝頻繁變更及市場原因，存在生產(chǎn)車間的增減、控制需求的變更及實施問題的場合；

·距離遠的裝置，各類輔助裝置/公用系統(tǒng)/火炬，這些裝置由于距離分散，點數(shù)不多，沒必要建立電子間，特別是國家三年整治危化品生產(chǎn)政策出臺，控制室及電子間不允許放置在生產(chǎn)車間廠房，如果必須放置，需要設(shè)置抗暴墻。因此，采用電子布線技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)DCS/SIS，為客戶創(chuàng)造巨大價值；

·也可與常規(guī)控制系統(tǒng)混合使用；

3、代表性及推廣價值

(1)  項目應用

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

本項目共配置I/O點數(shù)3600點，4臺控制站和11臺操作站，如表所示；控制站02帶載15個電子布線箱，控制站03帶載4個電子布線箱，控制站04帶載9個電子布線箱子，電子布線箱均部署在現(xiàn)場，根據(jù)單元設(shè)備進行點數(shù)劃分，相應的點數(shù)就近接入附近的電子布線箱，這樣做相比傳統(tǒng)的直接將信號電纜拉到中控室的方式，可以大量縮短信號電纜的長度，網(wǎng)絡架構(gòu)如圖所示。

?  現(xiàn)場的電子布線箱網(wǎng)絡連接有兩種方式，對于箱子比較集中的場景，可以使用冗余網(wǎng)線連接組成可靠性高的星型網(wǎng)絡，再使用冗余光纖連接到中控室的網(wǎng)絡柜，對于箱子比較分散的場景（如碘化鉀車間），使用冗余光纖單獨連接到中控室的網(wǎng)絡柜；

?  針對現(xiàn)場環(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電子布線防爆控制箱（防爆標志：Ex eb ec nC nR [ia Ga] IIC T4 Gc ，防護等級：IP66，防腐等級：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)標準機柜，可節(jié)省成本，維護也更加方便，比如上圖所示的聚氨酯車間的常規(guī)機柜，該機柜部署在現(xiàn)場的配電機柜間，無防爆要求；

?  控制站配置Modbus通訊模塊，負責和現(xiàn)場的PLC設(shè)備、智能儀表（比如回流比控制器、氣化膜儀表等）進行通信，并開通OPC協(xié)議與上層的MES/ERP通信，構(gòu)建一個數(shù)據(jù)共享的高效信息化智能工廠；

?  電源分配柜負責給控制站及現(xiàn)場的電子布線箱子提供獨立的UPS和市電雙路220V供電；

（2）推廣價值

省錢：節(jié)省電纜90%，減少機柜間80%；

省事：軟件定義I/O，維護變更簡便；

省時：解耦實施流程，縮短工期30%；

省心：支撐智能制造的柔性重組重構(gòu)。