1、方案背景与目标

随着工业以太网技术的飞速发展，以及光纤通信技术的大量应用，控制系统的网络架构也在不断地演进，尤其是在控制网络层，突破了物理空间的限制，将I/O模件直接移植到现场，再通过光纤传输，这就是电子布线技术，是对传统控制系统技术的一次革新。

电子布线技术是一种利用“电子线路或总线网络”消除或取代物理布线的技术，即消除现场仪表信号从现场接线箱至中间接线柜再连接至I/O卡件的物理布线，并在电子多功能化与可编程化的端子上实现一次转换以减少相应的线缆连接。

2、方案详细介绍

（1）电子布线的三大核心技术

①软件定义数据链接：分离控制模块与I/O模块，基于网络技术与软件定义技术，改变控制模块与I/O模块传统的静态固定连接模式，实现数据链接的动态再分配，示意图如下所示：

·控制器与I/O解耦可重定义，电子布线I/O单元支持连接多达4对控制器(如图中实线所示)，后期变更维护方便，投资长期有效；

·将传统的I/O模件与控制模件的一对一的关系演变为多对多的关系，一对控制器可以连接多达16个电子布线SMART节点（如图中虚线所示），电子布线SMART节点支持连接4个控制器；

·该技术可以解决“一点多用”的问题，比如公用部分罐区的点经常会被多个主站调用，传统的方式只能通过站间通信来解决，数据的可靠性不能保证，而电子布线本身支持I/O点连接到不同的控制器，可直接调用数据，通信更可靠；另外，针对后期工艺有改动的场景，可以方便快速适应工艺调整，不需要硬件连接的变动，软件调整即可；

②软件定义I/O信号类型：软件配置实现多种信号的输入输出，实现单路的信号隔离、类型配置、程控放大、数据处理、故障诊断、滤波、线性校正、工程转换等，支持在线模块更换与免开箱变更信号类型，优稳UW5800/5800S通用I/O模块具有如下特点：

·双重化冗余I/O处理模块，I/O模块、I/O通信、供电全冗余；

·16路智能信号模块，多类型混合配置，模块间完全隔离，支持单点热插拔，可快速更换安装；

·全通用型I/O模块，支持AI/AO/DI(SOE)/DO/RTD/TC/PI/NAMUR 等多种信号类型免开箱在线配置；

·I/O模块集成安全栅功能，可直接与爆炸性气体危险场所 0区、1区、2区中的本安型设备直接连接；

·I/O组件可灵活分配，在不移动任何I/O接线的情况下，可分配到指定控制器或多控制器；

·支持HART 7通信，实现现场智能设备的配置管理和诊断维护；

·具备完整的自诊断功能，不仅可以实现模块内部诊断，还能实现回路诊断；

·符合功能安全TÜV SIL3认证，可用于安全相关回路控制；

③光通信替代电缆连接：I/O模块前置于工业现场，即现场在哪里I/O模块就在哪里，在信号端实现数模和模数转换，构建功能安全网络协议，提高抗干扰度与环境适应性，如下图所示：

²  传统主电缆是多对铜芯对绞电缆，平均每根电缆都有几百米，是模拟信号传输方案材料和安装成本的大头，现场通用I/O技术用廉价大容量的光纤替代了铜芯主电缆，提高了信号传输效率，节省了大量的材料和安装费用；

²  信号电缆用量少、无I/O总线无需施工，光缆少，施工周期缩短80%；

²  支持DMR双重化/QMR四重化冗余模式，采用SNetSafety工业以太网安全通信协议 ,功能安全符合TÜV SIL3等级，具有高可用性和可靠性；

²  2*4路隔离100M自适应以太网通信冗余电接口和2*1路100M/1000M冗余光接口；

优稳电子布线安全通信SMART节点由冗余安全通信组件、冗余电源模块和I/O模块组成，支持连接16个I/O端子座，可灵活配置节点规模为32/48/96点。单UW500控制站可支持16个电子布线安全通信SMART节点，单控制站带载能力2000点，网络架构如图5所示，配合标准的防爆控制箱（防爆标志Ex eb ec nC nR[ia Ga] IIC T4 Gc）,可部署在防爆2区/22区。

（2）应用场景

鉴于电子布线技术有着显著的优势，可适用于以下多种场景：

·考虑到海上平台中控系统的接线非常复杂，中控室内布置较多的控制机柜，占据较大的平台空间，增加了平台规模和重量，由于大量的信号线缆由现场接至中控室内，现场敷线的工作量巨大，耗费了大量的施工、人力和材料成本。在系统调试期间，由于接线点太多，容易出现接线故障等问题，现场人员花费大量的时间在现场进行线缆校准工作，影响调试工作效率。基于以上考虑，采用新电子布线技术将可以很好得解决上述问题；

·机柜空间不足的改造项目、扩容项目，采用电子布线技术，部署位置更加灵活；

·工艺频繁变更及市场原因，存在生产车间的增减、控制需求的变更及实施问题的场合；

·距离远的装置，各类辅助装置/公用系统/火炬，这些装置由于距离分散，点数不多，没必要建立电子间，特别是国家三年整治危化品生产政策出台，控制室及电子间不允许放置在生产车间厂房，如果必须放置，需要设置抗暴墙。因此，采用电子布线技术代替传统DCS/SIS，为客户创造巨大价值；

·也可与常规控制系统混合使用；

3、代表性及推广价值

(1)  项目应用

该项目为生产硫酸二乙酯、碘化钾和聚氨酯化工原材料项目，优稳公司为其提供新一代DCS电子布线系统整体解决方案。

本项目共配置I/O点数3600点，4台控制站和11台操作站，如表所示；控制站02带载15个电子布线箱，控制站03带载4个电子布线箱，控制站04带载9个电子布线箱子，电子布线箱均部署在现场，根据单元设备进行点数划分，相应的点数就近接入附近的电子布线箱，这样做相比传统的直接将信号电缆拉到中控室的方式，可以大量缩短信号电缆的长度，网络架构如图所示。

Ø  现场的电子布线箱网络连接有两种方式，对于箱子比较集中的场景，可以使用冗余网线连接组成可靠性高的星型网络，再使用冗余光纤连接到中控室的网络柜，对于箱子比较分散的场景（如碘化钾车间），使用冗余光纤单独连接到中控室的网络柜；

Ø  针对现场环境的不同，优稳推出多种规格的箱体，可灵活选择，防爆的环境配置UW5100电子布线防爆控制箱（防爆标志：Ex eb ec nC nR [ia Ga] IIC T4 Gc ，防护等级：IP66，防腐等级：G3，安装位置：可部署在防爆2区/22区），不需要防爆的环境，配置UW5041_F工业标准机柜，可节省成本，维护也更加方便，比如上图所示的聚氨酯车间的常规机柜，该机柜部署在现场的配电机柜间，无防爆要求；

Ø  控制站配置Modbus通讯模块，负责和现场的PLC设备、智能仪表（比如回流比控制器、气化膜仪表等）进行通信，并开通OPC协议与上层的MES/ERP通信，构建一个数据共享的高效信息化智能工厂；

Ø  电源分配柜负责给控制站及现场的电子布线箱子提供独立的UPS和市电双路220V供电；

（2）推广价值

省钱：节省电缆90%，减少机柜间80%；

省事：软件定义I/O，维护变更简便；

省时：解耦实施流程，缩短工期30%；

省心：支撑智能制造的柔性重组重构。