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說說通(tōng)用(yòng)I/O(十):控制系統通(tōng)用(yòng)I/O技術的(de)特點

2024-3-1新聞




控制系統的(de)通(tōng)用(yòng)I/O技術





控制系統的(de)通(tōng)用(yòng)I/O技術是指I/O模塊的(de)通(tōng)用(yòng)性好,同一個(gè)I/O點可(kě)以配置成AI、AO、DI、DO,甚至更多(duō)的(de)信号類型。對(duì)控制系統的(de)通(tōng)用(yòng)I/O技術來(lái)說,與上面介紹的(de)顯示儀萬能輸入技術相比,“萬能”的(de)對(duì)象由僅限“輸入”擴展到“輸出”,與IMP遠(yuǎn)程測控終端相比,通(tōng)用(yòng)的(de)對(duì)象從模拟量僅有輸入、開關量同時(shí)有“輸入”、“輸出”擴展到模拟量、開關量均有“輸入”、“輸出”。


現在說到控制系統的(de)通(tōng)用(yòng)I/O技術時(shí),通(tōng)常認爲是從艾默生過程管理(lǐ)2009年推出電子布線開始的(de)。三五年甚至更長(cháng)時(shí)間之後,國外的(de)霍尼韋爾、橫河(hé)、ABB、施耐德福克斯波羅、倍加福、伊頓、菲尼克斯、Computrols都推出了(le)通(tōng)用(yòng)I/O技術,國内的(de)和(hé)利時(shí)公司近年來(lái)也(yě)推出了(le)應用(yòng)這(zhè)一技術的(de)産品。





控制系統通(tōng)用(yòng)I/O技術的(de)特點




傳統的(de)控制系統配線方式是使用(yòng)單根線纜将現場(chǎng)設備連接到現場(chǎng)儀表箱,然後彙總成多(duō)芯電纜傳送到控制室的(de)配線櫃,再通(tōng)過繁雜(zá)的(de)交叉配線與控制系統的(de)I/O模塊連接。


通(tōng)用(yòng)I/O技術則使用(yòng)單根線纜将現場(chǎng)設備連接到集中配線櫃或現場(chǎng)儀表箱,彙總後通(tōng)常以光(guāng)纖以太網的(de)方式與控制系統連接。配線方式及I/O技術的(de)改進,使得(de)控制系統通(tōng)用(yòng)I/O技術具有下(xià)述特點:


Part.04

減少設計選型的(de)工作量


如同顯示儀的(de)萬能輸入功能可(kě)以減少設計選型的(de)工作量一樣,控制系統通(tōng)用(yòng)I/O 技術也(yě)可(kě)以減少設計選型的(de)工作量。設計過程不考慮選哪種I/O模塊,可(kě)以就近将各類I/O點集中安裝到一個(gè)配線櫃或儀表箱,同時(shí)配線櫃或儀表箱的(de)出線端子接線已經彙聚成總線方式傳輸,不必一根根再标注出線的(de)編号,圖紙繪制、審核、校對(duì)工作量也(yě)大(dà)大(dà)減少。


     圖30對(duì)比了(le)傳統機櫃與通(tōng)用(yòng)機櫃I/O模塊配置示意圖,傳統機櫃中代表各種I/O模塊的(de)不同色彩混合配置,需仔細設計及核對(duì)确認,而通(tōng)用(yòng)機櫃I/O模塊配置是一種色彩表示的(de)單一配置,除數量外,無需設計及核對(duì)确認。


圖30  通(tōng)用(yòng)IO技術簡化(huà)配線制作


Part.05

簡化(huà)了(le)制造商的(de)配線櫃制作工作量


 以往制造商的(de)配線櫃或儀表箱屬非标産品,需根據用(yòng)戶提供I/O點數、詳細的(de)I/O信号模塊類型/數量、排列位置等信息後制作。而采用(yòng)通(tōng)用(yòng)I/O技術後,制造商的(de)配線櫃或儀表箱可(kě)以制作成标準産品,比如不同I/O點數的(de)産品,當用(yòng)戶提供I/O點數後可(kě)直接供貨,而不需要用(yòng)戶提供詳細的(de)信号類型、不同模塊的(de)數量、排列位置等信息。


配線櫃或儀表箱制作标準化(huà),隻需要根據I/O點數量提供幾種基本型号即可(kě),不需要設計院提供配線櫃或儀表箱圖紙,制造商也(yě)不需要完成單獨的(de)機櫃布局、接線圖以及功率和(hé)熱(rè)量計算(suàn)。标準産品将使設備配置錯誤/接線錯誤減少、制作速度加快(kuài)、驗收測試簡化(huà)、成本降低。作爲标準産品可(kě)在用(yòng)戶訂貨前大(dà)量制作由于不再有硬件設計、機櫃設計、機櫃成套、系統功能測試等環節,縮短供貨周期約1~6個(gè)月(yuè)(見圖31)。 


圖31  傳統配線方式與通(tōng)用(yòng)I/O配線方式工序比較


Part.06

簡化(huà)信息傳輸過程,節省大(dà)量電纜

由于控制系統通(tōng)用(yòng)I/O技術通(tōng)常是在現場(chǎng)就近設置現場(chǎng)儀表箱,這(zhè)就相當于将原先安裝在控制室配線櫃的(de)I/O模塊轉移到現場(chǎng)儀表箱(見圖32)。其優點非常突出,除了(le)将現場(chǎng)設備連接到現場(chǎng)儀表箱的(de)單根線纜,其餘大(dà)量電纜都可(kě)以被單根光(guāng)纜或電纜取代,其投資省、施工快(kuài)捷,節省了(le)配線櫃的(de)占地。傳統方案一個(gè)儀表信号需要2根銅芯電線傳送。新方案上百個(gè)儀表信号僅需一對(duì)冗餘光(guāng)纖進行傳輸,将電纜鋪設成本降低到原來(lái)的(de)3%左右。光(guāng)纖在無需中繼的(de)情況下(xià)傳輸距離長(cháng)達20km,還(hái)可(kě)以實現現場(chǎng)信号的(de)冗餘傳輸,傳輸效率更高(gāo)、可(kě)用(yòng)性更強。 


圖32  傳統配線信息傳輸方式與通(tōng)用(yòng)配線I/O信息傳輸方式比較


初期艾默生的(de)電子布線技術介紹的(de)是集中配線櫃,後期又推出就地安裝的(de)小型現場(chǎng)儀表箱,而絕大(dà)多(duō)數廠家首先推出的(de)就是就地安裝的(de)小型現場(chǎng)儀表箱。應該說,這(zhè)代表了(le)通(tōng)用(yòng)I/O技術的(de)發展方向。


Part.07

能适應工程項目的(de)變更


工程項目在建設期間經常發生各種臨時(shí)變更要求,往往需要增加設備、增加電纜敷設,而這(zhè)可(kě)能延誤工期。對(duì)控制系統通(tōng)用(yòng)I/O技術來(lái)說,在大(dà)多(duō)數情況下(xià),工程項目的(de)變更影(yǐng)響較小,容忍度較高(gāo),并能使這(zhè)些變動所造成的(de)成本增加幅度降低、耗費的(de)時(shí)間減少。當新增現場(chǎng)設備時(shí),隻要有多(duō)餘的(de)I/O通(tōng)道,用(yòng)戶隻需敷設到配線櫃的(de)布線;如果隻是I/O類型變化(huà)(如液位開關量輸入信号改爲模拟量輸入信号),甚至不需要重新布線;在配線櫃或儀表箱之外,由于已經彙總爲總線或光(guāng)纖統一傳輸,更不需要增加或改動布線。


Part.08

高(gāo)冗餘性能增強了(le)可(kě)靠性


控制系統通(tōng)用(yòng)I/O技術設計時(shí)考慮了(le)高(gāo)等級的(de)冗餘性能,如艾默生公司的(de)電子配線技術中,從CHARM到DeltaV S系列控制器的(de)所有通(tōng)信都是完全冗餘的(de),冗餘CHARM I/O卡底闆具有冗餘通(tōng)信模塊,每個(gè)獨立的(de)CHARM還(hái)配有冗餘的(de)電源和(hé)通(tōng)信底闆,因而保證了(le)整個(gè)系統在I/O環節的(de)可(kě)靠性。


但在CHARM這(zhè)個(gè)環節沒有冗餘,這(zhè)是由于CHARM故障隻影(yǐng)響一個(gè)通(tōng)道,且可(kě)在線更換不影(yǐng)響其他(tā)CHARM的(de)工作。在和(hé)利時(shí)的(de)OpticVIO I/O技術中,除了(le)電源模塊、光(guāng)電轉換模塊、光(guāng)總線連接單元、控制單元、光(guāng)纜連接是冗餘配置的(de)以外,連IO模塊也(yě)可(kě)以做(zuò)到冗餘,所以可(kě)做(zuò)到全程冗餘。


Part.09

工程總費用(yòng)大(dà)幅節省


由于在工程實施過程中以下(xià)因素,可(kě)使項目總費用(yòng)大(dà)幅節省:減少配線及控制系統基礎設施、配線櫃/儀表箱的(de)I/O密度增加、備件庫存減少、設計更改造成的(de)變動最小、工程量減少、維護人(rén)工成本降低、性能提高(gāo)。和(hé)利時(shí)公司給出的(de)數據是機櫃間面積減少90%以上、儀控系統項目周期縮短50%以上、工程總費用(yòng)節省30%以上;霍尼韋爾公司給出的(de)數據是機櫃數量減少了(le)15%~20%、工程時(shí)間減少10%~15%、調試時(shí)間減少20%~30%,工程總費用(yòng)節省30%;施耐德福克斯波羅公司給出的(de)數據是工程總費用(yòng)可(kě)節省35%(見圖33)。 


圖33  傳統配線與通(tōng)用(yòng)I/O配線生命周期費用(yòng)比較


 結束語


如同顯示儀的(de)萬能輸入技術一問世就受到廣泛歡迎一樣,控制系統的(de)通(tōng)用(yòng)I/O技術不僅實現了(le)萬能輸入,還(hái)結合控制系統的(de)特點添加了(le)萬能輸出。與此同時(shí),通(tōng)用(yòng)I/O技術還(hái)使現場(chǎng)儀表箱與控制室的(de)配線用(yòng)廉價大(dà)容量的(de)光(guāng)纖替代了(le)銅芯主電纜,提高(gāo)了(le)信号傳輸效率,節省了(le)大(dà)量的(de)材料和(hé)安裝費用(yòng)。現在通(tōng)用(yòng)I/O技術不僅僅讓用(yòng)戶得(de)到好處,同時(shí)也(yě)讓制造廠商受益,這(zhè)已經成爲控制系統發展的(de)一種趨勢,形成一個(gè)潮流。


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End.


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