1.前言

當(dāng)下國內(nèi)流程行業(yè)有著“高質(zhì)量的發(fā)展”和“建設(shè)世界一流企業(yè)”兩大任務(wù)，企業(yè)積極擁抱數(shù)字化、智能化，并勇于應(yīng)用領(lǐng)先的創(chuàng)新技術(shù)及產(chǎn)品。智能布線作為新的一種結(jié)合APL技術(shù)及現(xiàn)場儀表設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)品，可達(dá)成省成本、省工期、易維護(hù)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(shè)計(jì)方式，現(xiàn)場傳輸信號需要經(jīng)過現(xiàn)場接線箱、電纜橋架、端子柜、安全柵柜、IO機(jī)柜等眾多環(huán)節(jié)才能到達(dá)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(dǎo)致機(jī)柜成本及機(jī)柜間建設(shè)成本較高

b.   儀表電纜、橋架和敷設(shè)成本遠(yuǎn)大于控制系統(tǒng)成本，投資成本大

c.   設(shè)計(jì)變更復(fù)雜，設(shè)計(jì)和安裝不能并行進(jìn)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(xiàn)場接線箱，使用遠(yuǎn)程防爆IO，并采用光纖代替電纜，經(jīng)通訊方式至機(jī)柜間控制器。但是，簡單把IO卡放到現(xiàn)場就能解決問題嗎？答案是否定的。因?yàn)樵诔Ｒ?guī)的遠(yuǎn)程防爆IO使用的過程中，會遇到以下幾點(diǎn)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(yán)酷環(huán)境面臨適應(yīng)性挑戰(zhàn)，影響產(chǎn)品使用壽命

c.   維護(hù)：危險區(qū)維護(hù)手續(xù)繁雜，專業(yè)要求高

針對這些問題，中控技術(shù)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(hù)，把腔體設(shè)計(jì)成本安的？

2. SmartEIO智能布線解決常規(guī)遠(yuǎn)程防爆IO疑難問題

（1）防爆區(qū)配電

常規(guī)的現(xiàn)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(jī)柜間配電、現(xiàn)場配電和APL配電等方式進(jìn)行配置。

在SmartEIO智能布線方案中，采用了Ethernet-APL技術(shù)，其基本架構(gòu)如圖1所示。該架構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)備包括APL電源交換機(jī)和APL現(xiàn)場交換機(jī)。APL電源交換機(jī)連接工業(yè)以太網(wǎng)和APL Trunk的網(wǎng)管型交換機(jī)，與控制器相連，并通過APL主干線 (Trunk) 連接多臺APL現(xiàn)場交換機(jī)，為現(xiàn)場交換機(jī)提供電源。主干線的最長距離可達(dá)1000米。APL現(xiàn)場交換機(jī)具有多個端口，每個端口可以通過APL支線 (Spur) 連接APL現(xiàn)場設(shè)備，支線的長度為200米。

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

圖1 智能布線方案架構(gòu)圖

因此，SmartEIO智能布線產(chǎn)品通過采用Ethernet-APL技術(shù)，提供了安全的配電方案，并解決了現(xiàn)場供電的難題。同時，它支持遠(yuǎn)至1000米的傳輸距離和10Mbps的高速通訊，為現(xiàn)場布線帶來了更高的靈活性，安全性和可靠性，滿足了嚴(yán)酷工業(yè)環(huán)境中對于高帶寬智能數(shù)據(jù)和安全供電的需求。

（2）環(huán)境適應(yīng)性

遠(yuǎn)程防爆產(chǎn)品通常被安置在嚴(yán)酷的工業(yè)現(xiàn)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(fēng)沙、高濕度、震動及電磁干擾等。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)并確保產(chǎn)品的可靠運(yùn)行，提升產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性、延長其壽命勢在必行。

SmartEIO智能布線產(chǎn)品采用現(xiàn)場儀表的設(shè)計(jì)思維，考慮了在惡劣環(huán)境下的使用情況。在產(chǎn)品研發(fā)過程中，特別關(guān)注了產(chǎn)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(yùn)行。它能夠支持-40℃到70℃寬溫，適應(yīng)不同環(huán)境下的工作需求。此外，SmartEIO智能布線產(chǎn)品獲得了CCC防爆認(rèn)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(chǎn)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(chǎn)品采用了獨(dú)特的翅片散熱技術(shù)，提高了散熱速率，有效延長了產(chǎn)品的使用壽命。

產(chǎn)品還獲得了G3防腐認(rèn)證，并具備整體IP66防護(hù)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(chǎn)品廣泛應(yīng)用于戶外環(huán)境、工業(yè)場所以及其他需要高度防護(hù)的場景中。

（3）便捷維護(hù)

傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程防爆產(chǎn)品放置在防爆二區(qū)，并采用220V常規(guī)供電方式。然而，在嚴(yán)苛的環(huán)境下，這種產(chǎn)品的日常巡檢和維護(hù)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(jìn)行巡檢和維護(hù)，必須由持有專業(yè)證件的人員才能進(jìn)行操作，這無疑增加了維護(hù)的難度。

相比之下，SmartEIO智能布線產(chǎn)品采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)和技術(shù)來解決這些問題。首先，它采用分腔設(shè)計(jì)，將功能腔和接線腔分開設(shè)置。上側(cè)的功能腔僅在必要時才需要打開，降低了維護(hù)人員接觸高壓元器件的風(fēng)險。同時，底部的接線腔經(jīng)過獨(dú)立設(shè)置，可進(jìn)行帶電維護(hù)，使得維護(hù)人員能夠在不中斷供電的情況下進(jìn)行必要的檢修工作。

此外，SmartEIO智能布線產(chǎn)品還配備了一個方便的視窗，使維護(hù)人員可以直觀地查看內(nèi)部組件的狀態(tài)和運(yùn)行情況，減少了繁瑣的拆卸過程。更重要的是，整個產(chǎn)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(hù)人員無需持有專業(yè)證件即可進(jìn)行巡檢和維護(hù)工作，大大簡化了操作流程，并降低了安全風(fēng)險。

因此，與常規(guī)遠(yuǎn)程防爆產(chǎn)品相比，SmartEIO智能布線產(chǎn)品在日常巡檢和維護(hù)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(hù)工作更加便捷和安全。

3.  應(yīng)用案例

(1)  支持三四線制儀表配電

在某化工企業(yè)項(xiàng)目中，現(xiàn)場總計(jì)四線制儀表600余個，若使用隔爆配電箱配電方案，共計(jì)需30個現(xiàn)場隔爆配電箱；若使用機(jī)柜間直流配電柜方案，共計(jì)需要約12萬米電源電纜。此項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目建設(shè)中，由于工期緊張，如何在降低項(xiàng)目總體建設(shè)成本基礎(chǔ)上，同時不被項(xiàng)目建設(shè)過程中的設(shè)計(jì)變更以及項(xiàng)目改造過程影響項(xiàng)目的快速交付，打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的弊端勢在必行。中控技術(shù)采用SmartEIO解決方案解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)弊端，采用一網(wǎng)到底架構(gòu)，支持冗余的百兆高速網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一寬帶，統(tǒng)一協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)柜支持絕大多數(shù)信號及現(xiàn)場總線無縫接入，實(shí)現(xiàn)高度靈活的集成，提高機(jī)柜利用率，省時省心。硬件采用全冗余設(shè)計(jì)，同時滿足G3防腐和防爆CCC認(rèn)證，防護(hù)等級達(dá)到IP66，可適應(yīng)工業(yè)露天現(xiàn)場的惡劣條件，大大降低用戶維護(hù)成本。中控技術(shù)采用本地部署與遠(yuǎn)程部署相結(jié)合的方式，最大程度節(jié)省了機(jī)柜間面積與電纜數(shù)量，為用戶節(jié)省了項(xiàng)目投資建設(shè)成本。同時，應(yīng)用中控技術(shù)自主研發(fā)的智能設(shè)備自動投運(yùn)軟件（InPlant IDC），滿足了 SmartEIO 智能布線產(chǎn)品在現(xiàn)場應(yīng)用時的工程組態(tài)和調(diào)校需求。作為一款全自動化智能打點(diǎn)軟件，有效提升現(xiàn)場調(diào)教效率，保證質(zhì)量的同時成功縮短項(xiàng)目工期，助力項(xiàng)目快速交付。