控制系统的通用I/O技术
控制系统的通用I/O技术是指I/O模块的通用性好,同一个I/O点可以配置成AI、AO、DI、DO,甚至更多的信号类型。对控制系统的通用I/O技术来说,与上面介绍的显示仪万能输入技术相比,“万能”的对象由仅限“输入”扩展到“输出”,与IMP远程测控终端相比,通用的对象从模拟量仅有输入、开关量同时有“输入”、“输出”扩展到模拟量、开关量均有“输入”、“输出”。
现在说到控制系统的通用I/O技术时,通常认为是从艾默生过程管理2009年推出电子布线开始的。三五年甚至更长时间之后,国外的霍尼韦尔、横河、ABB、施耐德福克斯波罗、倍加福、伊顿、菲尼克斯、Computrols都推出了通用I/O技术,国内的和利时公司、浙江中控近年来也推出了应用这一技术的产品。
施耐德的FBM247
施耐德集团的福克斯波罗(Foxboro)公司2014年推出的通用I/O模块FBM247,其外形酷似一块盘装仪表(见图1),但它实际是一个包含8个通道的单一I/O模块,每个通道都是通用I/O,可以由软件按点配置成模拟输入、模拟输出、HART、数字输入、数字输出,集成到模块前面板的发光二极管(LED)提供模块操作状态和I/O通道通信活动的显示,8个FBM247可以安装在一块模块化底板上。
图1 福克斯波罗公司的通用I/O模块FBM247
作为HART通信现场设备主机的FBM247,它使用冗余的2Mbps模块现场总线任一路径(A或B)的接口与现场总线通信模块或控制处理器通信,图2为集中配置到Foxboro-Evo系统的通用I/O模块FBM247。
图2 boro-Evo系统集中配置的通用I/O模块FBM247
福克斯波罗公司2015年又推出带冗余功能的FBM248通用I/O模块,同时在Tricon CX紧凑型安全系统也推出了3902X TMR通用I/O模块。
施耐德公司在2018年发布了基于三重冗余(TMR)的安全系统的Tricon CX安全系统。它安装在现场的安全智能机柜(Safety Intelligent Enclosure,SIE)由不锈钢机柜、Tricon CX I/O扩展机架、通用I/O模块、信号调理卡、外接端子排、电源、风扇和终端面板等组成,SIE最多支持四个UIO模块、64个I/O点,用户可用软件配置I/O类型(见图3)。
图3 施耐德Tricon CX系统安全智能机柜的内部配置
中国广东某大型外资石化综合(据推测可能是埃克森美孚惠州乙烯)项目的安全仪表系统全面采用Tricon CX系统安全智能机柜,一般类似项目全厂SIS I/O点数近万点,估算下来项目应该使用200个左右安全智能机柜。
ABB的可选I/O
在ABB800xA自动化平台上推出了可选(Select )I/O单通道级别的I/O(见图15),一个或冗余以太网现场总线通信接口FCI可与最多12个模块化终端单元MTU连接,每个MTU接入16个信号调理卡SCM,即一个或冗余以太网现场总线通信接口最多可容纳192个信号调理卡。ABB公司的可选I/O在资料中介绍时讲到“用于不同信号类型的硬件可选信号调理卡”,我的理解是根据用户对信号类型的需要应选择不同的信号调理卡,其操作演示视频显示:当需要将某个I/O点由DI更换成AI时,需要先将原来插入的DI信号调理卡取出,重新设定端子排上键的位置,然后插入新的AI信号调理卡,这种操作与艾默生的CHARM的更换有点类似。
图15 ABB可选I/O系统
1-盖板/标记;2-现场总线通信接口;3-通用I/O组件;4-信号调理卡
方原柏
2023年12月
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作者简介
方原柏:湖北黄冈人,昆明有色冶金设计研究院电气自动化分院教授级高级工程师,衡器、自动化仪表、冶金自动化、仪器仪表用户、仪器仪表与自动化等杂志编委,昆明仪器仪表学会理事长,中国衡器协会技术专家委员会顾问,主要从事仪器仪表、控制系统的应用研究,曾出版“电子皮带秤的原理及应用”(1994年,冶金工业出版社)、“电子皮带秤”(2007年,冶金工业出版社)“流程行业无线通信技术及应用”(2015年化学工业出版社)、“有色金属生产过程自动化”(2015年,人民邮电出版社)四本专著,“检重秤”(中国质量标准出版社,2020年),“金属探测器”(中国化工出版社,2023年)。发表论文370篇。