APL技术赋能中控技术SmartEIO智能布线

1.前言

当下国内流程行业有着“高质量的发展”和“建设世界一流企业”两大任务，企业积极拥抱数字化、智能化，并勇于应用领先的创新技术及产品。智能布线作为新的一种结合APL技术及现场仪表设计理念的产品，可达成省成本、省工期、易维护的客户价值，获得了众多企业的青睐。

传统的自动化控制系统设计方式，现场传输信号需要经过现场接线箱、电缆桥架、端子柜、安全栅柜、IO机柜等众多环节才能到达控制器，由此将会引发以下问题：

a.   控制柜、接线柜、安全栅柜的总量大，导致机柜成本及机柜间建设成本较高

b.   仪表电缆、桥架和敷设成本远大于控制系统成本，投资成本大

c.   设计变更复杂，设计和安装不能并行进行，工期长

面对以上问题，近年比较推行的做法是将IO卡件放到现场接线箱，使用远程防爆IO，并采用光纤代替电缆，经通讯方式至机柜间控制器。但是，简单把IO卡放到现场就能解决问题吗？答案是否定的。因为在常规的远程防爆IO使用的过程中，会遇到以下几点问题：

a.   防爆区配电：光纤解决了通讯难题，但是依旧需要220V配电，配电会带来防爆、安全的问题

b.   电子器件在严酷环境面临适应性挑战，影响产品使用寿命

c.   维护：危险区维护手续繁杂，专业要求高

针对这些问题，中控技术积极思考和寻求创新的解决方案。我们是否可以以安全低电压方式供电？是否可以减少或者不使用诸如电容等寿命易受温度影响的电子器件？能不能开箱维护，把腔体设计成本安的？

2. SmartEIO智能布线解决常规远程防爆IO疑难问题

（1）防爆区配电

常规的现场接线箱配电通常采用220V配电方式。然而，SmartEIO智能布线方案提供了更加安全的配电方案，可以通过机柜间配电、现场配电和APL配电等方式进行配置。

在SmartEIO智能布线方案中，采用了Ethernet-APL技术，其基本架构如图1所示。该架构的关键设备包括APL电源交换机和APL现场交换机。APL电源交换机连接工业以太网和APL Trunk的网管型交换机，与控制器相连，并通过APL主干线 (Trunk) 连接多台APL现场交换机，为现场交换机提供电源。主干线的最长距离可达1000米。APL现场交换机具有多个端口，每个端口可以通过APL支线 (Spur) 连接APL现场设备，支线的长度为200米。

在SmartEIO智能布线系统的架构中，SmartEIO智能布线产品可以看作是Ethernet-APL现场交换机的一种特殊类型，主要用于接入模拟量信号4~20mA。Ethernet-APL技术的应用使得现场供电问题得到解决。它采用一对双绞线实现供电与通讯的一体化，在提供10Mbps高通讯速率的同时，能够实现1000米长距离的"数据+电源"同时传输，直接覆盖到现场危险区域。

图1 智能布线方案架构图

因此，SmartEIO智能布线产品通过采用Ethernet-APL技术，提供了安全的配电方案，并解决了现场供电的难题。同时，它支持远至1000米的传输距离和10Mbps的高速通讯，为现场布线带来了更高的灵活性，安全性和可靠性，满足了严酷工业环境中对于高带宽智能数据和安全供电的需求。

（2）环境适应性

远程防爆产品通常被安置在严酷的工业现场，而这些环境往往非常恶劣，包括存在腐蚀性气体、高温、风沙、高湿度、震动及电磁干扰等。为了应对这些挑战并确保产品的可靠运行，提升产品的环境适应性、延长其寿命势在必行。

SmartEIO智能布线产品采用现场仪表的设计思维，考虑了在恶劣环境下的使用情况。在产品研发过程中，特别关注了产品的长寿命和可靠性。

智能布线采用了工业级器件和核心车规及元器件，以确保其在各种恶劣条件下的可靠运行。它能够支持-40℃到70℃宽温，适应不同环境下的工作需求。此外，SmartEIO智能布线产品获得了CCC防爆认证，使其可以部署于防爆2区等危险环境中。这意味着产品具备足够的防爆能力，在防止或减少爆炸事故发生方面发挥了重要作用。为了降低高温的影响，SmartEIO智能布线产品采用了独特的翅片散热技术，提高了散热速率，有效延长了产品的使用寿命。

产品还获得了G3防腐认证，并具备整体IP66防护等级。这意味着它具有出色的密封性能，能够有效防止固体物体和液体的侵入。因此，SmartEIO智能布线产品广泛应用于户外环境、工业场所以及其他需要高度防护的场景中。

（3）便捷维护

传统的远程防爆产品放置在防爆二区，并采用220V常规供电方式。然而，在严苛的环境下，这种产品的日常巡检和维护变得更加困难。由于存在高压220V电压的元器件，普通人员无法进行巡检和维护，必须由持有专业证件的人员才能进行操作，这无疑增加了维护的难度。

相比之下，SmartEIO智能布线产品采用了先进的设计和技术来解决这些问题。首先，它采用分腔设计，将功能腔和接线腔分开设置。上侧的功能腔仅在必要时才需要打开，降低了维护人员接触高压元器件的风险。同时，底部的接线腔经过独立设置，可进行带电维护，使得维护人员能够在不中断供电的情况下进行必要的检修工作。

此外，SmartEIO智能布线产品还配备了一个方便的视窗，使维护人员可以直观地查看内部组件的状态和运行情况，减少了繁琐的拆卸过程。更重要的是，整个产品采用低压48V供电，摒弃了传统的220V供电方式。这意味着维护人员无需持有专业证件即可进行巡检和维护工作，大大简化了操作流程，并降低了安全风险。

因此，与常规远程防爆产品相比，SmartEIO智能布线产品在日常巡检和维护方面具有明显的优势，不仅提高了工作效率，还降低了操作难度，使得维护工作更加便捷和安全。

3.  应用案例

(1)  支持三四线制仪表配电

在某化工企业项目中，现场总计四线制仪表600余个，若使用隔爆配电箱配电方案，共计需30个现场隔爆配电箱；若使用机柜间直流配电柜方案，共计需要约12万米电源电缆。此项目采用中控智SmartEIO智能布线方案，直接支持四线制仪表配电，为此项目节省投资成本210万元。

(2)便捷变更，快速交付

某化工企业钠盐化工及其配套工程项目建设中，由于工期紧张，如何在降低项目总体建设成本基础上，同时不被项目建设过程中的设计变更以及项目改造过程影响项目的快速交付，打破传统设计的弊端势在必行。中控技术采用SmartEIO解决方案解决传统设计弊端，采用一网到底架构，支持冗余的百兆高速网络，统一宽带，统一协议。标准化的机柜支持绝大多数信号及现场总线无缝接入，实现高度灵活的集成，提高机柜利用率，省时省心。硬件采用全冗余设计，同时满足G3防腐和防爆CCC认证，防护等级达到IP66，可适应工业露天现场的恶劣条件，大大降低用户维护成本。中控技术采用本地部署与远程部署相结合的方式，最大程度节省了机柜间面积与电缆数量，为用户节省了项目投资建设成本。同时，应用中控技术自主研发的智能设备自动投运软件（InPlant IDC），满足了 SmartEIO 智能布线产品在现场应用时的工程组态和调校需求。作为一款全自动化智能打点软件，有效提升现场调教效率，保证质量的同时成功缩短项目工期，助力项目快速交付。