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1、远程I/O系统在碳纤维聚合区域的应用摘 要：本文重要简介了图尔克本安远程I/O系统-EXCOM在碳纤维防爆聚合区域的应用方案，EXCOM系统通过与横河DCS系统CENTUM-VP借助PROFIBUS-DP通讯的完美结合，使常规检测仪表的数据传播更为便捷，工期缩短，更为后来项目改造提高了极大的灵活性。核心词：本安;远程I/O;PROFIBUS-DP1.应用背景碳纤维聚合区域属防爆2区，单台显示不参与控制的仪表居多，选用的仪表控制方案需满足防爆区域的规定。1.1控制方案选用常规控制方案则需配备 DCS 系统的输入输出卡件，安全栅，现场接线箱和数量惊人的电缆。如下图所示：DCS I/O卡件 安全栅控
2、制室 安全区 现场接线箱现场接线箱现场 危险区 现场仪表 这种老式本质安全控制方案通过配备安全栅在设备间一对一并行连接，点到点传播模拟信号，虽可以满足防爆区域的规定，但是对日新月异的工业控制自动化发展来说过于冗杂。目前总线形式的应用方案正在飞速发展，如现场总线系统，一对导线上可以挂接多种温度，压力，流量等。总线就是现场设备的传播介质，是数据传播的公共通道。典型的如FF(基金会现场总线)总线。但是FF总线的使用存在局限性需要配备合用的FF仪表，应用成本较高。若以RROFIBUS-DP总线为通讯合同本安远程I/O系统正好介于这两者之间，不用更换成现场总线仪表，又可以省去大量电缆，十分合用于碳纤维项
3、目中的聚合区域。远程I/O的基本系统构造是现场仪表以接线方式到远程I/O柜，各个远程I/O柜之间用总线的方式相连，再以总线方式接入至DCS系统的总线网卡。1.2远程I/O系统构造图如图所示：图中EXCOM 1-n为现场远程I/O柜，I/O柜内的数据通过网关传送至上层PROFIBUS-DP网络，经光纤耦合器用光纤将数据传送至安全区。本次应用中共设LIOP1111，LIOP1101，LIOP1121，LIOP1122，LIOP1131，LIOP1141六个远程I/O柜，光纤耦合器安装于LIOP1111中，各个I/O柜之间采用冗余双绞线相连，并在最后一种柜挂上终端电阻。1.3远程I/O可靠性分析远程
4、I/O可选用模拟量输入（支持二线制和四线制仪表）/输出，数字量输入/输出等常规信号，可以按规定配备卡件，但是不支持卡件冗余。一般来说：在控制回路方面我们选用模拟量输入卡件冗余，输出卡件冗余这样的方式配备。显然远程I/O模块对于此类控制回路来说它是不合用的。但是就一般温度显示来说通过采用网关冗余，光纤冗余，通讯卡件冗余的方式可以将故障率降到最低，反观老式控制回路配备的安全栅，输入卡件也并不冗余。由此可见如果就显示回路而言，采用远程I/O的方案系统的可靠性其实并没有减少。2.硬件选用：碳纤维聚合区域属于防爆2区（ZONE2）级别。EXCOM远程I/O系统支持本质安全，可以用在防爆1区和2区，远程I
5、/O机柜采用IP65的防护级别，达到防水，防尘，防腐的规定。在聚合区域中工艺测量点数诸多，除常规控制回路，重要工艺检测点仍选用DCS冗余卡件外，其他如气体报警仪，单点测量显示，一般阀门位置反馈信号都进远程I/O系统。这样的一种配备，既不影响工艺控制，又节省了大量的电缆和桥架。2.1远程I/O配备EXCOM远程I/O系统由供电单元，网关，I/O模块以及容纳所有元件的模块支架构成。母板集成至模块支架备板用于供电，数据传送及用于现场设备的连接。EXCOM本安远程I/O系统的模块构造如下图所示。2.2电源模块PSD24EX 连接直流18-32V的外部供电电源，具有PTB 00 ATEX 2193认证，
6、防爆级别II 2 G EEx ib e IIC T4。通过冗余配备保证供电可靠。具有报警提示功能。2.3输入输出模块I /O模块提供多种类型的输入、输出过程信号，涉及420mA、mV、频率、电阻、温度（热电阻、热电偶）、数字信号。I/O模块，涉及数字量的输入和输出模块、模拟量的输入和输出模块（支持HART合同信号的传播）、温度（热电阻或热电偶）输入信号解决模块三大类共8种。模拟量输入、模拟量输出、数字量输出卡件为四通道，数字量输入八通道。I/O模块支持热插拔，具有即插端子与现场电缆相连。2.4总线导轨总线导轨是内部总线和为I/O模块供电：CPU和电源模块、I/O模块都安装在总线导轨上，是它们信
7、息互换的桥梁，I/O模块不需要设定地址。MT18母板其左侧上方留有安装两个电源模块和两个网关模块的接口，在接口的下方，分别相应着用来连接外部供电电源的采用增安保护形式的接口、用来设定总线地址的三个十进制旋钮、用来连接外部高层现场总线的总线接口。在母板上方，网关接口的右侧是多种I/O模块的连接接口，母板内部通过冗余的内总线将这些接口连接起来。各I/O模块的电源供应是通过母板内的供电系统来完毕的。在各个I/O模块接口的下方，相应着用来连接现场设备的I/O设备接口。来自现场设备的信号线可通过可插拔的接线端子与之进行简朴的连接。2.5网关GDP1.5 具有PTB 00 ATEX 2162认证，防爆级别
8、II 2 G SYST EEx ib IIC T4。网关作为EXCOM系统内部数据总线的主站将数据传送至上层PROFIBUS-DP网络。控制 I/O模块和过程控制系统的所有数据互换。Profibus DP主站至excom从站，采用DP-Exi段耦合与RS485-IS层冗余配备。冗余网关可以保证数据传播的高可靠性，当一种网关发生错误故障报警时会自动切换到另一种网关运营，保证数据传播的可靠性。网关对于128个数字量数据的循坏时间为5ms,对于64个模拟量的循坏时间为20ms.网关最大的数据传播速率为1500Kbps。2.6光纤耦合器光纤耦合器OC11Ex/2G将来自电缆的PROFIBUS DP电信
9、号转换为光信号，用于光纤传送。虽然是长距离传播，光纤耦合器也可以保证总线信号从安全区到危险区安全的传播。位于危险1，2区的光纤耦合器OC11Ex/2G接受来自光纤接口的光信号，并且将位于本安系统的RS485-IS输出信号转换到图尔克应用于安全区的OC11Ex/3G光纤耦合器。光纤耦合器之间最大2.5km。每个网段可最多可连接31台总线设备。光纤耦合器波特率可通过旋钮开关进行设定或自动检测，波特率范畴从9.6 kbps到1.5Mbps。2.7模块使用图序号模块规格型号阐明1防爆电源PSD24EX冗余2母板MT18-R02418槽3网关GDP1.5冗余4模拟量信号输入模块AIH40EX 、AIH4
10、1EX4通道5开关量输入模块DM80Ex8通道6开关量输出模块DO40EX4通道7光纤耦合器 OC11EX/3G、C11EX/2G冗余8防爆D型头D9T-EX 防爆区用9D型头D9T-RS485、D9T-RS485IS安全区用10电源滤波器MODEX-FILTER冗余11防护箱EG-VAIP652.8实际应用在本次应用中我们分别设6个现场远程I/O柜，分布在聚合1-4楼。此外在DCS机柜室布置一种柜，用于分派电源至现场远程I/O柜和安放作数据传播用的光纤耦合器。如下图所示：电源配备图 电源采用冗余电源，引自市电和UPS。保证供电可靠性。系统配备图：3软件组态3.1组态简介 远程I/O柜在现场安
11、装好之后，大部分的工作其实都是系统组态工作。采集数据，分析数据，应用数据等等。本次应用中作为通讯主站选用的是横河ALP111通讯卡（支持PROFIBUS-DP），采用冗余方式。如下图所示：ALP111通讯卡件，需挂上终端电阻。 3.2GSD文献导入PROFIBUS设备具有不同的性能特点，为达到PROFIBUS简朴的即插即用。PROFIBUS的设备特性均在电子设备数据库文献(GSD)中具体阐明。原则化的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。横河Centum VP DCS系统采用德国赫优讯Hilscher的（提供多种主流现场总线和工
12、业以太网技术的工程应用与产品开发解决方案的公司）SyCon Configurator Tool软件对PROFIBUS的主站、从站进行组态。一方面在SyCon Configurator Tool软件中把从站EXCOM系统的电子设备数据单GSD文献拷贝到软件的数据库中，GSD由图尔克公司提供，GSD文献需匹配EXCOM系统的版本。如下图所示：3.3 X.dbm文献导入把图尔克EXCOM系统的GSD文献导入之后就可以对主站，从站进行组态，组态重要是对每个从站所用卡件，站地址的配备等。如图所示对远程I/O从站进行组态重要是对每个从站母板槽位上网关，输入输出卡件选用的组态，当主从站所有组态好之后导出生成
13、了一种X.dbm文献。然后在DCS系统中把这个文献导进通讯卡件ALP111。接下来就是ALP111卡件的组态，为的是读取远程I/O的数据。需要注意的是通讯合同，站号，设备地址，数据类型的选择要精确。Station就是从站的站号，Device&Address指的是卡件安装的槽数和通道数，第一槽默认是网关。如站地址是2的远程I/O柜，第4槽模拟量输入卡件第一通道就表达为Station：2; Device&Address;4-1.数据类型:模拟量选用的是16位有符号数。Label里填的是在DCS内部作数据连接用的位号。如果要在DCS系统里增长趋势，编写顺控表引用这个Label里的位号即可。完毕上述环
14、节之后，接下来对数据的解决跟DCS常规数据解决是同样的，但是模拟量需要注意的一点是：由于传播的数据是4000-0的一种值，420mA相应40000。需要设立增益和偏置才干相应工程单位的数值。4.结束语在工业自动化高速发展的今天，智能仪表，总线技术，无线技术必将是化工装置发展的趋势，EXCOM本安远程I/O系统在碳纤维项目的应用充足展示现场总线诸多长处，减少了项目投资成本，以便运营维护，也为后来工艺项目改造提供了很大的可用空间。目前EXCOM本安远程I/O系统已持续稳定运营两年时间，为碳纤维稳定的生产保驾护航。参照文献1FIELDBUS COMPONENTS excom USER MANUAL；2YOKOGAWA CENTUM VP V4.02 USER MANUAL；
