1、方案背景與目標

隨著(zhù)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，控制系統的網(wǎng)絡(luò )架構也在不斷地演進(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模件直接移植到現場(chǎng)，再通過(guò)光纖傳輸，這就是電子布線(xiàn)技術(shù)，是對傳統控制系統技術(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)，即消除現場(chǎng)儀表信號從現場(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)現一次轉換以減少相應的線(xiàn)纜連接。

2、方案詳細介紹

（1）電子布線(xiàn)的三大核心技術(shù)

①軟件定義數據鏈接：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模塊傳統的靜態(tài)固定連接模式，實(shí)現數據鏈接的動(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4對控制器(如圖中實(shí)線(xiàn)所示)，后期變更維護方便，投資長(cháng)期有效；

·將傳統的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(gè)電子布線(xiàn)SMART節點(diǎn)（如圖中虛線(xiàn)所示），電子布線(xiàn)SMART節點(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，比如公用部分罐區的點(diǎn)經(jīng)常會(huì )被多個(gè)主站調用，傳統的方式只能通過(guò)站間通信來(lái)解決，數據的可靠性不能保證，而電子布線(xiàn)本身支持I/O點(diǎn)連接到不同的控制器，可直接調用數據，通信更可靠；另外，針對后期工藝有改動(dòng)的場(chǎng)景，可以方便快速適應工藝調整，不需要硬件連接的變動(dòng)，軟件調整即可；

②軟件定義I/O信號類(lèi)型：軟件配置實(shí)現多種信號的輸入輸出，實(shí)現單路的信號隔離、類(lèi)型配置、程控放大、數據處理、故障診斷、濾波、線(xiàn)性校正、工程轉換等，支持在線(xiàn)模塊更換與免開(kāi)箱變更信號類(lèi)型，優(yōu)穩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場(chǎng)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(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)現現場(chǎng)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(shí)現模塊內部診斷，還能實(shí)現回路診斷；

·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)現場(chǎng)，即現場(chǎng)在哪里I/O模塊就在哪里，在信號端實(shí)現數模和模數轉換，構建功能安全網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，提高抗干擾度與環(huán)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(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(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，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)穩電子布線(xiàn)安全通信SMART節點(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，可靈活配置節點(diǎn)規模為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節點(diǎn)，單控制站帶載能力2000點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò )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(chǎng)景

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

·考慮到海上平臺中控系統的接線(xiàn)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(xiàn)纜由現場(chǎng)接至中控室內，現場(chǎng)敷線(xiàn)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(xiàn)點(diǎn)太多，容易出現接線(xiàn)故障等問(wèn)題，現場(chǎng)人員花費大量的時(shí)間在現場(chǎng)進(jìn)行線(xiàn)纜校準工作，影響調試工作效率?；谝陨峡紤]，采用新電子布線(xiàn)技術(shù)將可以很好得解決上述問(wèn)題；

·機柜空間不足的改造項目、擴容項目，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；

·距離遠的裝置，各類(lèi)輔助裝置/公用系統/火炬，這些裝置由于距離分散，點(diǎn)數不多，沒(méi)必要建立電子間，特別是國家三年整治?；飞a(chǎn)政策出臺，控制室及電子間不允許放置在生產(chǎn)車(chē)間廠(chǎng)房，如果必須放置，需要設置抗暴墻。因此，采用電子布線(xiàn)技術(shù)代替傳統DCS/SIS，為客戶(hù)創(chuàng )造巨大價(jià)值；

·也可與常規控制系統混合使用；

3、代表性及推廣價(jià)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)穩公司為其提供新一代DCS電子布線(xiàn)系統整體解決方案。

本項目共配置I/O點(diǎn)數3600點(diǎn)，4臺控制站和11臺操作站，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)箱均部署在現場(chǎng)，根據單元設備進(jìn)行點(diǎn)數劃分，相應的點(diǎn)數就近接入附近的電子布線(xiàn)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(cháng)度，網(wǎng)絡(luò )架構如圖所示。

?  現場(chǎng)的電子布線(xiàn)箱網(wǎng)絡(luò )連接有兩種方式，對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），使用冗余光纖單獨連接到中控室的網(wǎng)絡(luò )柜；

?  針對現場(chǎng)環(huán)境的不同，優(yōu)穩推出多種規格的箱體，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(huán)境，配置UW5041_F工業(yè)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(chē)間的常規機柜，該機柜部署在現場(chǎng)的配電機柜間，無(wú)防爆要求；

?  控制站配置Modbus通訊模塊，負責和現場(chǎng)的PLC設備、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，構建一個(gè)數據共享的高效信息化智能工廠(chǎng)；

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

（2）推廣價(jià)值

省錢(qián)：節省電纜90%，減少機柜間80%；

省事：軟件定義I/O，維護變更簡(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。