1.前言

當下國內流程行業(yè)有著(zhù)“高質(zhì)量的發(fā)展”和“建設世界一流企業(yè)”兩大任務(wù)，企業(yè)積極擁抱數字化、智能化，并勇于應用領(lǐng)先的創(chuàng )新技術(shù)及產(chǎn)品。智能布線(xiàn)作為新的一種結合APL技術(shù)及現場(chǎng)儀表設計理念的產(chǎn)品，可達成省成本、省工期、易維護的客戶(hù)價(jià)值，獲得了眾多企業(yè)的青睞。

傳統的自動(dòng)化控制系統設計方式，現場(chǎng)傳輸信號需要經(jīng)過(guò)現場(chǎng)接線(xiàn)箱、電纜橋架、端子柜、安全柵柜、IO機柜等眾多環(huán)節才能到達控制器，由此將會(huì )引發(fā)以下問(wèn)題：

a.     控制柜、接線(xiàn)柜、安全柵柜的總量大，導致機柜成本及機柜間建設成本較高

b.     儀表電纜、橋架和敷設成本遠大于控制系統成本，投資成本大

c.     設計變更復雜，設計和安裝不能并行進(jìn)行，工期長(cháng)

面對以上問(wèn)題，近年比較推行的做法是將IO卡件放到現場(chǎng)接線(xiàn)箱，使用遠程防爆IO，并采用光纖代替電纜，經(jīng)通訊方式至機柜間控制器。但是，簡(jiǎn)單把IO卡放到現場(chǎng)就能解決問(wèn)題嗎？答案是否定的。因為在常規的遠程防爆IO使用的過(guò)程中，會(huì )遇到以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

a.     防爆區配電：光纖解決了通訊難題，但是依舊需要220V配電，配電會(huì )帶來(lái)防爆、安全的問(wèn)題

b.     電子器件在嚴酷環(huán)境面臨適應性挑戰，影響產(chǎn)品使用壽命

c.     維護：危險區維護手續繁雜，專(zhuān)業(yè)要求高

針對這些問(wèn)題，中控技術(shù)積極思考和尋求創(chuàng )新的解決方案。我們是否可以以安全低電壓方式供電？是否可以減少或者不使用諸如電容等壽命易受溫度影響的電子器件？能不能開(kāi)箱維護，把腔體設計成本安的？

2. SmartEIO智能布線(xiàn)解決常規遠程防爆IO疑難問(wèn)題

（1）防爆區配電

常規的現場(chǎng)接線(xiàn)箱配電通常采用220V配電方式。然而，SmartEIO智能布線(xiàn)方案提供了更加安全的配電方案，可以通過(guò)機柜間配電、現場(chǎng)配電和APL配電等方式進(jìn)行配置。

在SmartEIO智能布線(xiàn)方案中，采用了Ethernet-APL技術(shù)，其基本架構如圖1所示。該架構的關(guān)鍵設備包括APL電源交換機和APL現場(chǎng)交換機。APL電源交換機連接工業(yè)以太網(wǎng)和APL Trunk的網(wǎng)管型交換機，與控制器相連，并通過(guò)APL主干線(xiàn) (Trunk) 連接多臺APL現場(chǎng)交換機，為現場(chǎng)交換機提供電源。主干線(xiàn)的最長(cháng)距離可達1000米。APL現場(chǎng)交換機具有多個(gè)端口，每個(gè)端口可以通過(guò)APL支線(xiàn) (Spur) 連接APL現場(chǎng)設備，支線(xiàn)的長(cháng)度為200米。

在SmartEIO智能布線(xiàn)系統的架構中，SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品可以看作是Ethernet-APL現場(chǎng)交換機的一種特殊類(lèi)型，主要用于接入模擬量信號4~20mA。Ethernet-APL技術(shù)的應用使得現場(chǎng)供電問(wèn)題得到解決。它采用一對雙絞線(xiàn)實(shí)現供電與通訊的一體化，在提供10Mbps高通訊速率的同時(shí)，能夠實(shí)現1000米長(cháng)距離的"數據+電源"同時(shí)傳輸，直接覆蓋到現場(chǎng)危險區域。

圖1 智能布線(xiàn)方案架構圖

因此，SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品通過(guò)采用Ethernet-APL技術(shù)，提供了安全的配電方案，并解決了現場(chǎng)供電的難題。同時(shí)，它支持遠至1000米的傳輸距離和10Mbps的高速通訊，為現場(chǎng)布線(xiàn)帶來(lái)了更高的靈活性，安全性和可靠性，滿(mǎn)足了嚴酷工業(yè)環(huán)境中對于高帶寬智能數據和安全供電的需求。

（2）環(huán)境適應性

遠程防爆產(chǎn)品通常被安置在嚴酷的工業(yè)現場(chǎng)，而這些環(huán)境往往非常惡劣，包括存在腐蝕性氣體、高溫、風(fēng)沙、高濕度、震動(dòng)及電磁干擾等。為了應對這些挑戰并確保產(chǎn)品的可靠運行，提升產(chǎn)品的環(huán)境適應性、延長(cháng)其壽命勢在必行。

SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品采用現場(chǎng)儀表的設計思維，考慮了在惡劣環(huán)境下的使用情況。在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，特別關(guān)注了產(chǎn)品的長(cháng)壽命和可靠性。

智能布線(xiàn)采用了工業(yè)級器件和核心車(chē)規及元器件，以確保其在各種惡劣條件下的可靠運行。它能夠支持-40℃到70℃寬溫，適應不同環(huán)境下的工作需求。此外，SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品獲得了CCC防爆認證，使其可以部署于防爆2區等危險環(huán)境中。這意味著(zhù)產(chǎn)品具備足夠的防爆能力，在防止或減少爆炸事故發(fā)生方面發(fā)揮了重要作用。為了降低高溫的影響，SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品采用了獨特的翅片散熱技術(shù)，提高了散熱速率，有效延長(cháng)了產(chǎn)品的使用壽命。

產(chǎn)品還獲得了G3防腐認證，并具備整體IP66防護等級。這意味著(zhù)它具有出色的密封性能，能夠有效防止固體物體和液體的侵入。因此，SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品廣泛應用于戶(hù)外環(huán)境、工業(yè)場(chǎng)所以及其他需要高度防護的場(chǎng)景中。

（3）便捷維護

傳統的遠程防爆產(chǎn)品放置在防爆二區，并采用220V常規供電方式。然而，在嚴苛的環(huán)境下，這種產(chǎn)品的日常巡檢和維護變得更加困難。由于存在高壓220V電壓的元器件，普通人員無(wú)法進(jìn)行巡檢和維護，必須由持有專(zhuān)業(yè)證件的人員才能進(jìn)行操作，這無(wú)疑增加了維護的難度。

相比之下，SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品采用了先進(jìn)的設計和技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題。首先，它采用分腔設計，將功能腔和接線(xiàn)腔分開(kāi)設置。上側的功能腔僅在必要時(shí)才需要打開(kāi)，降低了維護人員接觸高壓元器件的風(fēng)險。同時(shí)，底部的接線(xiàn)腔經(jīng)過(guò)獨立設置，可進(jìn)行帶電維護，使得維護人員能夠在不中斷供電的情況下進(jìn)行必要的檢修工作。

此外，SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品還配備了一個(gè)方便的視窗，使維護人員可以直觀(guān)地查看內部組件的狀態(tài)和運行情況，減少了繁瑣的拆卸過(guò)程。更重要的是，整個(gè)產(chǎn)品采用低壓48V供電，摒棄了傳統的220V供電方式。這意味著(zhù)維護人員無(wú)需持有專(zhuān)業(yè)證件即可進(jìn)行巡檢和維護工作，大大簡(jiǎn)化了操作流程，并降低了安全風(fēng)險。

因此，與常規遠程防爆產(chǎn)品相比，SmartEIO智能布線(xiàn)產(chǎn)品在日常巡檢和維護方面具有明顯的優(yōu)勢，不僅提高了工作效率，還降低了操作難度，使得維護工作更加便捷和安全。

3.  應用案例

(1)  支持三四線(xiàn)制儀表配電

在某化工企業(yè)項目中，現場(chǎng)總計四線(xiàn)制儀表600余個(gè)，若使用隔爆配電箱配電方案，共計需30個(gè)現場(chǎng)隔爆配電箱；若使用機柜間直流配電柜方案，共計需要約12萬(wàn)米電源電纜。此項目采用中控智SmartEIO智能布線(xiàn)方案，直接支持四線(xiàn)制儀表配電，為此項目節省投資成本210萬(wàn)元。

(2)便捷變更，快速交付

某化工企業(yè)鈉鹽化工及其配套工程項目建設中，由于工期緊張，如何在降低項目總體建設成本基礎上，同時(shí)不被項目建設過(guò)程中的設計變更以及項目改造過(guò)程影響項目的快速交付，打破傳統設計的弊端勢在必行。中控技術(shù)采用SmartEIO解決方案解決傳統設計弊端，采用一網(wǎng)到底架構，支持冗余的百兆高速網(wǎng)絡(luò )，統一寬帶，統一協(xié)議。標準化的機柜支持絕大多數信號及現場(chǎng)總線(xiàn)無(wú)縫接入，實(shí)現高度靈活的集成，提高機柜利用率，省時(shí)省心。硬件采用全冗余設計，同時(shí)滿(mǎn)足G3防腐和防爆CCC認證，防護等級達到IP66，可適應工業(yè)露天現場(chǎng)的惡劣條件，大大降低用戶(hù)維護成本。中控技術(shù)采用本地部署與遠程部署相結合的方式，最大程度節省了機柜間面積與電纜數量，為用戶(hù)節省了項目投資建設成本。同時(shí)，應用中控技術(shù)自主研發(fā)的智能設備自動(dòng)投運軟件（InPlant IDC），滿(mǎn)足了 SmartEIO 智能布線(xiàn)產(chǎn)品在現場(chǎng)應用時(shí)的工程組態(tài)和調校需求。作為一款全自動(dòng)化智能打點(diǎn)軟件，有效提升現場(chǎng)調教效率，保證質(zhì)量的同時(shí)成功縮短項目工期，助力項目快速交付。