1、方案背景與目標

隨著工業以太網技術的飛速發展，以及光纖通信技術的大量應用，控制系統的網絡架構也在不斷地演進，尤其是在控制網絡層，突破了物理空間的限制，將I/O模件直接移植到現場，再通過光纖傳輸，這就是電子布線技術，是對傳統控制系統技術的一次革新。

電子布線技術是一種利用“電子線路或總線網絡”消除或取代物理布線的技術，即消除現場儀表信號從現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一次轉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

①軟件定義數據鏈接：分離控制模塊與I/O模塊，基于網絡技術與軟件定義技術，改變控制模塊與I/O模塊傳統的靜態固定連接模式，實現數據鏈接的動態再分配，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；

·將傳統的I/O模件與控制模件的一對一的關系演變為多對多的關系，一對控制器可以連接多達16個電子布線SMART節點（如圖中虛線所示），電子布線SMART節點支持連接4個控制器；

·該技術可以解決“一點多用”的問題，比如公用部分罐區的點經常會被多個主站調用，傳統的方式只能通過站間通信來解決，數據的可靠性不能保證，而電子布線本身支持I/O點連接到不同的控制器，可直接調用數據，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整，不需要硬件連接的變動，軟件調整即可；

②軟件定義I/O信號類型：軟件配置實現多種信號的輸入輸出，實現單路的信號隔離、類型配置、程控放大、數據處理、故障診斷、濾波、線性校正、工程轉換等，支持在線模塊更換與免開箱變更信號類型，優穩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、1區、2區中的本安型設備直接連接；

·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，實現現場智能設備的配置管理和診斷維護；

·具備完整的自診斷功能，不僅可以實現模塊內部診斷，還能實現回路診斷；

·符合功能安全TüV SIL3認證，可用于安全相關回路控制；

③光通信替代電纜連接：I/O模塊前置于工業現場，即現場在哪里I/O模塊就在哪里，在信號端實現數模和模數轉換，構建功能安全網絡協議，提高抗干擾度與環境適應性，如下圖所示：

2  傳統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，現場通用I/O技術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工業以太網安全通信協議 ,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自適應以太網通信冗余電接口和2*1路100M/1000M冗余光接口；

優穩電子布線安全通信SMART節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，可靈活配置節點規模為32/48/96點。單UW500控制站可支持16個電子布線安全通信SMART節點，單控制站帶載能力2000點，網絡架構如圖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/22區。

（2）應用場景

鑒于電子布線技術有著顯著的優勢，可適用于以下多種場景：

·考慮到海上平臺中控系統的接線非常復雜，中控室內布置較多的控制機柜，占據較大的平臺空間，增加了平臺規模和重量，由于大量的信號線纜由現場接至中控室內，現場敷線的工作量巨大，耗費了大量的施工、人力和材料成本。在系統調試期間，由于接線點太多，容易出現接線故障等問題，現場人員花費大量的時間在現場進行線纜校準工作，影響調試工作效率。基于以上考慮，采用新電子布線技術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，部署位置更加靈活；

·工藝頻繁變更及市場原因，存在生產車間的增減、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/火炬，這些裝置由于距離分散，點數不多，沒必要建立電子間，特別是國家三年整治危化品生產政策出臺，控制室及電子間不允許放置在生產車間廠房，如果必須放置，需要設置抗暴墻。因此，采用電子布線技術代替傳統DCS/SIS，為客戶創造巨大價值；

·也可與常規控制系統混合使用；

3、代表性及推廣價值

(1)  項目應用

該項目為生產硫酸二乙酯、碘化鉀和聚氨酯化工原材料項目，優穩公司為其提供新一代DCS電子布線系統整體解決方案。

本項目共配置I/O點數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場，根據單元設備進行點數劃分，相應的點數就近接入附近的電子布線箱，這樣做相比傳統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，網絡架構如圖所示。

?  現場的電子布線箱網絡連接有兩種方式，對于箱子比較集中的場景，可以使用冗余網線連接組成可靠性高的星型網絡，再使用冗余光纖連接到中控室的網絡柜，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絡柜；

?  針對現場環境的不同，優穩推出多種規格的箱體，可靈活選擇，防爆的環境配置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/22區），不需要防爆的環境，配置UW5041_F工業標準機柜，可節省成本，維護也更加方便，比如上圖所示的聚氨酯車間的常規機柜，該機柜部署在現場的配電機柜間，無防爆要求；

?  控制站配置Modbus通訊模塊，負責和現場的PLC設備、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協議與上層的MES/ERP通信，構建一個數據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。