APL技術賦能中控技術SmartEIO智能布線

1.前言

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

傳統(tǒng)的自動化控制系統(tǒng)設計方式，現場傳輸信號需要經過現場接線箱、電纜橋架、端子柜、安全柵柜、IO機柜等眾多環(huán)節(jié)才能到達控制器，由此將會引發(fā)以下問題：

a.   控制柜、接線柜、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(tǒng)成本，投資成本大

c.   設計變更復雜，設計和安裝不能并行進行，工期長

面對以上問題，近年比較推行的做法是將IO卡件放到現場接線箱，使用遠程防爆IO，并采用光纖代替電纜，經通訊方式至機柜間控制器。但是，簡單把IO卡放到現場就能解決問題嗎？答案是否定的。因為在常規(guī)的遠程防爆IO使用的過程中，會遇到以下幾點問題：

a.   防爆區(qū)配電：光纖解決了通訊難題，但是依舊需要220V配電，配電會帶來防爆、安全的問題

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

c.   維護：危險區(qū)維護手續(xù)繁雜，專業(yè)要求高

針對這些問題，中控技術積極思考和尋求創(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？能不能開箱維護，把腔體設計成本安的？

2. SmartEIO智能布線解決常規(guī)遠程防爆IO疑難問題

（1）防爆區(qū)配電

常規(guī)的現場接線箱配電通常采用220V配電方式。然而，SmartEIO智能布線方案提供了更加安全的配電方案，可以通過機柜間配電、現場配電和APL配電等方式進行配置。

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

在SmartEIO智能布線系統(tǒng)的架構中，SmartEIO智能布線產品可以看作是Ethernet-APL現場交換機的一種特殊類型，主要用于接入模擬量信號4~20mA。Ethernet-APL技術的應用使得現場供電問題得到解決。它采用一對雙絞線實現供電與通訊的一體化，在提供10Mbps高通訊速率的同時，能夠實現1000米長距離的"數據+電源"同時傳輸，直接覆蓋到現場危險區(qū)域。

圖1 智能布線方案架構圖

因此，SmartEIO智能布線產品通過采用Ethernet-APL技術，提供了安全的配電方案，并解決了現場供電的難題。同時，它支持遠至1000米的傳輸距離和10Mbps的高速通訊，為現場布線帶來了更高的靈活性，安全性和可靠性，滿足了嚴酷工業(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

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

SmartEIO智能布線產品采用現場儀表的設計思維，考慮了在惡劣環(huán)境下的使用情況。在產品研發(fā)過程中，特別關注了產品的長壽命和可靠性。

智能布線采用了工業(yè)級器件和核心車規(guī)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智能布線產品獲得了CCC防爆認證，使其可以部署于防爆2區(qū)等危險環(huán)境中。這意味著產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智能布線產品采用了獨特的翅片散熱技術，提高了散熱速率，有效延長了產品的使用壽命。

產品還獲得了G3防腐認證，并具備整體IP66防護等級。這意味著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智能布線產品廣泛應用于戶外環(huán)境、工業(yè)場所以及其他需要高度防護的場景中。

（3）便捷維護

傳統(tǒng)的遠程防爆產品放置在防爆二區(qū)，并采用220V常規(guī)供電方式。然而，在嚴苛的環(huán)境下，這種產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，普通人員無法進行巡檢和維護，必須由持有專業(yè)證件的人員才能進行操作，這無疑增加了維護的難度。

相比之下，SmartEIO智能布線產品采用了先進的設計和技術來解決這些問題。首先，它采用分腔設計，將功能腔和接線腔分開設置。上側的功能腔僅在必要時才需要打開，降低了維護人員接觸高壓元器件的風險。同時，底部的接線腔經過獨立設置，可進行帶電維護，使得維護人員能夠在不中斷供電的情況下進行必要的檢修工作。

此外，SmartEIO智能布線產品還配備了一個方便的視窗，使維護人員可以直觀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程。更重要的是，整個產品采用低壓48V供電，摒棄了傳統(tǒng)的220V供電方式。這意味著維護人員無需持有專業(yè)證件即可進行巡檢和維護工作，大大簡化了操作流程，并降低了安全風險。

因此，與常規(guī)遠程防爆產品相比，SmartEIO智能布線產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)  支持三四線制儀表配電

在某化工企業(yè)項目中，現場總計四線制儀表600余個，若使用隔爆配電箱配電方案，共計需30個現場隔爆配電箱；若使用機柜間直流配電柜方案，共計需要約12萬米電源電纜。此項目采用中控智SmartEIO智能布線方案，直接支持四線制儀表配電，為此項目節(jié)省投資成本210萬元。

(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，同時不被項目建設過程中的設計變更以及項目改造過程影響項目的快速交付，打破傳統(tǒng)設計的弊端勢在必行。中控技術采用SmartEIO解決方案解決傳統(tǒng)設計弊端，采用一網到底架構，支持冗余的百兆高速網絡，統(tǒng)一寬帶，統(tǒng)一協議。標準化的機柜支持絕大多數信號及現場總線無縫接入，實現高度靈活的集成，提高機柜利用率，省時省心。硬件采用全冗余設計，同時滿足G3防腐和防爆CCC認證，防護等級達到IP66，可適應工業(yè)露天現場的惡劣條件，大大降低用戶維護成本。中控技術采用本地部署與遠程部署相結合的方式，最大程度節(jié)省了機柜間面積與電纜數量，為用戶節(jié)省了項目投資建設成本。同時，應用中控技術自主研發(fā)的智能設備自動投運軟件（InPlant IDC），滿足了 SmartEIO 智能布線產品在現場應用時的工程組態(tài)和調校需求。作為一款全自動化智能打點軟件，有效提升現場調教效率，保證質量的同時成功縮短項目工期，助力項目快速交付。