首先聲明，此工業(yè)光總線非彼現(xiàn)場總線！

工業(yè)光總線是將工業(yè)總線技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合以提供控制器和現(xiàn)場儀表設(shè)備總線信號傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該技術(shù)不只是將傳統(tǒng)的工業(yè)現(xiàn)場總線與光纖媒質(zhì)簡單組合，而是為實現(xiàn)更高帶寬、高靈活性和低時延的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)，采用光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對數(shù)據(jù)傳輸方式和交互機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，從而為現(xiàn)場級數(shù)據(jù)傳輸提供更具競爭力的性能指標(biāo)，解決了傳統(tǒng)現(xiàn)場儀表信號傳輸?shù)钠款i問題，滿足了企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對網(wǎng)絡(luò)提出的更高要求。

山東某化工廠裝置改造項目某公司工業(yè)光總線智能IO控制系統(tǒng)應(yīng)用效果介紹：

該化工廠是一家從事研發(fā)、生產(chǎn)和銷售某種化工材料的企業(yè)。該廠現(xiàn)有機(jī)柜間布置在裝置現(xiàn)場，不符合國家安監(jiān)總局“控制室或機(jī)柜間面向具有火災(zāi)、爆炸危險性裝置一側(cè)滿足國家防火防爆標(biāo)準(zhǔn)“的要求”，存在重大安全隱患。安監(jiān)局要求公司限期整改，將原現(xiàn)場機(jī)柜間移到遠(yuǎn)離生產(chǎn)裝置的安全位置，然后才予以頒發(fā)新的安全生產(chǎn)許可證。因項目產(chǎn)品行情好，加上安監(jiān)局要求限期整改，工廠急需在最短的時間周期內(nèi)完成改造工作。

常規(guī)控制系統(tǒng)方案現(xiàn)場接線施工再到供貨調(diào)試在項目工期內(nèi)根本不可能完成。另外由于工廠用地和成本原因，機(jī)柜室空間有限，容納不了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)備。綜合以上因素，公司選擇了工業(yè)光總線控制系統(tǒng)作為升級用控制系統(tǒng)。

原方案中儀表信號通過分支電纜接入接線箱，再通過主電纜接入機(jī)柜室內(nèi)的控制系統(tǒng)接線柜和IO柜。改造后，儀表信號進(jìn)入現(xiàn)場智能接線箱，在智能接線箱內(nèi)轉(zhuǎn)換為光信號，然后通過光纜接入機(jī)柜室內(nèi)的控制器柜。

根據(jù)項目實際情況，DCS系統(tǒng)現(xiàn)場信號使用通用IO智能數(shù)傳單元+光纖采集方式。三線制RTD信號、配電室電氣信號、SIS、GDS系統(tǒng)采用常規(guī)方案?，F(xiàn)場儀表信號點數(shù)約1300點，控制系統(tǒng)包括3個DCS機(jī)柜+1個SIS機(jī)柜+1GDS機(jī)柜+6臺操作員站+1臺工程師站服務(wù)器，現(xiàn)場實際使用16個分光器、68套智能數(shù)據(jù)傳輸單元。

采用工業(yè)光總線控制系統(tǒng)新技術(shù)方案，6月底工廠開始裝置停工改造，用了不到2個月時間完成了現(xiàn)場的改造工作，控制系統(tǒng)于8月投入運行。

新方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

與傳統(tǒng)方案相比，新系統(tǒng)不再需要接線箱到機(jī)柜室的主電纜，相應(yīng)地也不需要管廊上主電纜橋架，節(jié)省了大量材料和安裝成本。

機(jī)柜室內(nèi)的控制柜只有一臺，比起傳統(tǒng)方案機(jī)柜數(shù)量大幅度減少。機(jī)柜室內(nèi)還有另外一家廠商的傳統(tǒng)方案DCS，同樣是1000點規(guī)模的控制系統(tǒng)，該廠商的機(jī)柜數(shù)量達(dá)到10臺，與光總線控制系統(tǒng)的1臺控制柜形成鮮明對比。

以前容易出現(xiàn)的儀表信號受干擾瞬時波動的情況在新系統(tǒng)中沒有出現(xiàn)過。這是新系統(tǒng)中儀表到IO卡件的距離縮短而產(chǎn)生的正面效果。

01什么是工業(yè)光總線智能IO控制系統(tǒng)？

OCS工業(yè)光總線控制系統(tǒng)主要由工程師站、操作員站、冗余歷史站、設(shè)備管理站、冗余控制站和工業(yè)光總線智能數(shù)據(jù)傳輸單元（iDTU）等設(shè)備組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

OCS工業(yè)光總線控制系統(tǒng)主要面向流程行業(yè)中超大型項目的應(yīng)用需求，可以適用于DCS和SCADA的應(yīng)用場合，其主要性能指標(biāo)如圖所示。

02主流現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)之間的區(qū)別？

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)配線方式是使用單根線纜將現(xiàn)場設(shè)備連接到現(xiàn)場配線柜，匯總成多芯電纜傳送到控制室的配線柜，再通過繁雜的交叉配線與控制系統(tǒng)的I/O模件連接。

傳輸?shù)男盘栆阅M電信號為主，主要有電流信號、電壓信號、開關(guān)（通斷）信號等。模擬電信號一般通過銅芯電纜傳輸，其傳輸路徑為：現(xiàn)場儀表-銅芯電纜-接線箱-主電纜-接線柜-IO卡件-控制器。

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)信號傳輸圖

這種信號傳輸方式一般稱為硬接線方式。硬接線方式的主要特點為：信號以模擬電壓、電流形式傳輸；一對雙絞銅芯線只能傳輸一個信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D和D/A）在控制系統(tǒng)的IO卡件上進(jìn)行。

硬接線方式是當(dāng)前流程工業(yè)自動控制系統(tǒng)信號傳輸?shù)闹饕绞剑?span style="font-weight: bold;">其優(yōu)點是簡單可靠、調(diào)試方便。但隨著工廠規(guī)模的擴(kuò)大，硬接線方式信號傳輸效率低、大量IO卡安裝在機(jī)柜室占用了寶貴空間及多次信號轉(zhuǎn)換精度低等缺點開始顯現(xiàn)。

現(xiàn)場總線技術(shù)的引入部分解決了硬接線儀表技術(shù)的問題。現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線儀表的結(jié)構(gòu)如下圖所示。整個系統(tǒng)只有變送器的一次A/D轉(zhuǎn)換，其余部分信號以數(shù)字形式傳輸。現(xiàn)場總線技術(shù)解決了硬接線傳輸效率和多次信號轉(zhuǎn)換問題。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)信號傳輸圖

現(xiàn)場總線技術(shù)主要特點為：信號以數(shù)字形式通過總線傳輸；一條雙絞銅芯總線傳輸多個信號；一臺儀表有更多數(shù)據(jù)和功能。

由于種種原因，現(xiàn)場總線技術(shù)沒有得到市場的完全接受。

以工業(yè)光總線控制系統(tǒng)為代表的現(xiàn)場通用IO技術(shù)在不改變現(xiàn)場儀表的基礎(chǔ)上，引入了通用IO技術(shù)和光總線傳輸技術(shù)，將接線箱到機(jī)柜室之間的信號傳輸介質(zhì)改進(jìn)為光纖，為控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展開辟了新的道路。

03工業(yè)光總線控制系統(tǒng)的優(yōu)勢？

1、成本優(yōu)勢

與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，新型控制系統(tǒng)用低成本光纖替代了傳統(tǒng)銅芯電纜，使得信號傳輸成本顯著降低。新系統(tǒng)大幅度減少了機(jī)柜室機(jī)柜數(shù)量，從而減少了對機(jī)柜室建筑面積的需求，降低了機(jī)柜室建筑成本。按當(dāng)前材料和安裝費用測算，銅芯主電纜及其輔助設(shè)施（橋架、電纜通道等）占了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)投資的40%以上，而工業(yè)光總線控制系統(tǒng)的光纖及輔助設(shè)施的成本大幅度下降。折算到每一臺儀表，新型控制系統(tǒng)的線纜和輔助設(shè)施的費用降低了約2000元人民幣。

2、信號傳輸可靠性

新型控制系統(tǒng)采用光纖傳輸并可通過無源光分配網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)?？刂破骱蛿?shù)傳單元之間通過光纖、分光器等無源器件連接，新型控制系統(tǒng)信號傳輸?shù)?span style="font-weight: bold;">抗干擾性強(qiáng)，并提供了靈活的現(xiàn)場終端儀表接入能力。針對工業(yè)運行對連續(xù)可靠運行的要求，新型控制系統(tǒng)提供了冗余的數(shù)據(jù)傳輸通道。任何一路光纖通道的丟失，都不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷，還支持故障定位和在線恢復(fù)。

在新型控制系統(tǒng)中，儀表電信號傳輸距離大幅度縮短，信號受到干擾的可能性大幅度降低。在具體實踐中，有用戶反映新型控制系統(tǒng)的儀表信號穩(wěn)定性較之前有明顯提升。

3、設(shè)計和部署靈活性

通用IO卡件和光纖網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)給控制系統(tǒng)設(shè)計集成和安裝提供了較大的靈活性。傳統(tǒng)DCS設(shè)計流程是串行開展的，以下工作按照順序進(jìn)行：現(xiàn)場儀表設(shè)計、接線箱和主電纜設(shè)計、控制系統(tǒng)和IO機(jī)柜設(shè)計和集成、組態(tài)和測試、現(xiàn)場安裝和測試。

新型控制系統(tǒng)使得控制系統(tǒng)和數(shù)傳單元的設(shè)計和集成、組態(tài)和測試等工作可以和現(xiàn)場儀表設(shè)計、接線箱和主電纜設(shè)計并行進(jìn)行。新型控制系統(tǒng)硬件成為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，不必根據(jù)現(xiàn)場設(shè)計重新定制硬件設(shè)備，系統(tǒng)交付周期大幅度縮短。初步統(tǒng)計，新型控制系統(tǒng)的設(shè)計安裝時間比起傳統(tǒng)DCS能夠減少50%左右。

在安裝和運行過程中，現(xiàn)場儀表的變更和升級在所難免。在新型控制系統(tǒng)中，用戶只需要在現(xiàn)有數(shù)傳單元尋找備用通道即可。如有大量信號增加，用戶只需增加數(shù)傳單元，通過接入分光器的方式將新的數(shù)傳單元方便地進(jìn)入控制系統(tǒng)。新型控制系統(tǒng)技術(shù)給工廠升級改造提供了靈活性。

總之，自從艾默生公司推出電子布線技術(shù)方案后，其他DCS行業(yè)大廠跟進(jìn)推出了類似技術(shù)方案，國外如霍尼韋爾的UIO、橫河的N-IO等。國內(nèi)有和利時公司的OCS，中控公司發(fā)布了SMART EIO。這些技術(shù)方案各有特色，但是其基本特征類似，主要組成部分是現(xiàn)場通用IO模塊和光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)光總線控制系統(tǒng)不僅僅讓用戶得到好處，同時也讓制造廠商受益。

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