远程I/O安装的新方法

先进的功能和更简单的设置:创造一个可以用这句话来描述的产品是当今几乎所有类型的技术依赖行业的圣杯，对更快完成项目和工厂启动的需求不断增长，使其成为制造业的必要条件。数字工厂在几年前看起来还很未来，现在却为操作员提供了大多数制造商以前从未拥有过的功能。然而，在更快、更简单的项目完成——从而更快地启动工厂——成为常态之前，仍有许多需要迈出的步伐。

在解决这一问题方面取得重大进展的最新进展之一是用于现场布线的编组柜领域，多年来，该领域一直用于以合理可靠的方式将数千个现场设备的信号连接到控制系统。这种做法在根据I/O类型将信号分组时非常有效，但可能会花费时间。然而，项目进度不断被压缩，导致用户寻找将现场信号连接到控制系统的替代方法。

在现场远程挂载I/O是一个特别推动编组实践变化的应用程序。其中一个变化是通用通道技术和通用机柜的概念，允许任何信号类型，模拟或数字，输入或输出，在任何终端上登录并通过软件进行配置，从而消除了编组的需要。

乍一看，这种新兴的方法似乎获得了难以捉摸的“先进但简单”奖，因为简化了从现场到控制室的架构可以将项目进度缩短几周甚至几个月，同时仍然提供当今高需求的高级功能。

编组的概念

将现场信号连接到过程控制器的方法遵循一个共同的公式:首先将现场信号连接到本地接线盒，然后将其合并到更集中的接线盒中，然后将其分组为多芯电缆，通常具有低或高电压，或模拟或离散等共同特征。这些多芯电缆随后被带入编组柜，在编组柜中采用各种方法将编组柜的输出连接到控制系统。这一理念的目标是将所有仪器以有序、可维护和健壮的方式引入控制系统，从安装和生命周期的角度来看，这仍然具有成本效益。编组的三种常用方法是半编织、扇出和交叉布线。

Half-knit

半编织编组在系统端执行打乱。现场电缆按成对顺序端接在编组块上，非常高效且易于维护。这种类型的编组安排适用于以下几种情况:

• 在远程仪器外壳(RIE)或现场进行交叉布线。在这种情况下，在编组块和I/O终端之间完成的置乱完全包含在RIE中。
• 编组终端和I/O终端在同一个系统柜中。像上面的RIE例子一样，编组块和I/O端子之间的置乱完全包含在机柜中。
• 编组终端和I/O终端在不同的系统机柜中，但机柜是永久连接在一起的。

编组和I/O端子在不同地方组装的独立机柜中，或必须连接进行FAT(工厂验收测试)，运输到现场时拆卸并重新连接，则不太适合。一旦交付到现场，编组和I/O终端之间的连接必须重做。

扇出

扇出编组适用于系统分期和FAT时编组柜和系统柜相连的系统，但需要分开分开发货。发货日期可能会根据施工进度而有所不同;编组柜的需求通常比系统柜的需求早几个月。

在这种安排中，现场接线不按成对顺序终止，每根电缆都需要自定义终止。任何备用堆芯都留在管道中，增加了在核电站运行周期后期使用这些备用堆芯的风险。

FAT完成后，断开系统柜线缆，并盘绕在编组柜底部。现场线缆回接系统柜。必须小心连接器，因为在施工环境中可能会损坏。电缆的长度也必须在制造过程中知道，这是在过程的早期。

交叉线

从高层次上讲，跨线编组结合了半编织和扇形编组方案的元素。交叉编组采用现场电缆并按成对顺序终止它们。对断开、熔断器或终端组件进行置乱。断线与系统柜之间采用普通预制线缆连接。

该方案适用于编组柜和系统柜分开使用的情况。由于预制电缆有不同的电缆长度，最终的房间布局直到后期才需要知道。此外，可以在现场信号和I/O端子之间安装熔断器、继电器或隔离器。

这种编组方案的优点是更容易维护，并且减少了现场安装的总时间，因为它只是在解决方案的两端插入预制电缆的问题。它有一个明显的缺点，那就是需要额外的机柜空间。

比较

三种传统的编组方式各有其独特的优点和缺点。半编织方法在棕地项目或使用RIEs的地方很有用。在编组在机柜的一侧而I/O终端在另一侧的情况下，它也很有用。然而，如果使用单独的编组柜和系统柜，并在场外进行FAT，半编织编组是一个不太有吸引力的选择。

当系统电缆或指定单独编组和系统柜时，当现场需要编组柜早于系统柜时，或在设计时不清楚现场电缆的具体细节时，可以采用扇出编组。与半编织相比，这种类型的编组更灵活，减少了现场构建计划，但从整个生命周期的角度来看更具挑战性。

跨线编组提供了更灵活的调度、交付和FAT选项，同时降低了调度风险。它还带来了比半编织或扇形编组更好的生命周期好处。不过，这确实会增加初始成本。

远程I/O与通用通道技术

如前所述，上述所有编组范式都有相同的最终目标:将现场设备连接到控制系统。它们都从相同的基本假设开始:仪器仪表位于现场，现场接线收集在接线盒上，接线盒被带入编组柜，在某个中心位置连接到I/O模块的机柜。这里唯一真正的区别是多芯电缆在编组柜中的处理方式以及它们如何连接到控制系统。

更现代的远程I/O实践挑战了I/O模块保存在某个中心位置的假设或要求。将I/O模块移到现场并更靠近工艺仪表，可以消除对多芯电缆和编组柜的需求，极大地简化了现场到控制室的架构。使用这种远程I/O方法有几个好处，包括降低成本，改善整个项目进度，并最大限度地降低风险:

• 可配置通道远程I/O可以减少或消除编组。由于现场信号可以直接降落在I/O终端上，因此不需要编组。这有很多好处，包括降低材料成本，如机柜、导管、自跑电缆、线架和支架。它还降低了安装重量(在浮式生产设施中很重要)、项目人工成本、调试成本和文档成本。
• 由于I/O直接位于进程中，因此减少了中央控制室的整个系统占用空间。现在唯一连接到中央控制室的电缆是I/O通信电缆。
• 通过更多本地I/O选项，而不是被迫连接回集中位置，可以更好地利用空闲通道，从而提高了整体系统的灵活性。
• 快速通道项目更容易适应，因为系统可以在现场设计完成之前进行测试和交付。
• 标准化供应链要求，提高项目执行效率。

许多相同的优点也适用于可配置通用通道技术，该技术允许在控制系统调试和上线后进行关键修改。这种方法驱动现场交付计划，因为系统工程可以在不受外部设计依赖关系影响的情况下完成。

可配置通用通道技术还将安全I/O、进程I/O和控制柜从通道类型依赖中解放出来。控制和安全系统的通用I/O模块使集成控制和安全系统(ICSS)的通用设计范例成为可能。任何信号类型都可以连接到任何通道，而不需要额外的硬件或接口模块。它还消除了对不同I/O类型的自定义硬件对齐的需要。现在，机柜可以标准化，因为任何标准的现场信号都可以连接到任何I/O通道。

因为这种方法可以接受任何信号类型(模拟信号、数字信号、输入信号或输出信号)，所以在自动化项目中很常见的仪器仪表包中的后期变化可以通过软件配置来适应，而不必更改硬件。有了兼顾安全性和流程的通用I/O，项目团队只需要担心I/O计数，而不用担心设备类型的混合。

可配置通道方法不仅可以减少甚至消除对编组的需求，而且最重要的是，还允许立即进行远程配置。理论上，这将简化项目设计阶段的工程和配置，并可节省高达33%的安装成本。后期配置更改可以通过远程访问来完成，而不是让人在现场操作硬件，因此可以在几分钟内处理，而不是几天。

在你的车间里建造，而不是在田地里

不难想象，这种方法也简化了对柜体的要求。通常情况下，设计和制造机柜所需的文件不能及时完成，以满足项目的施工进度。这意味着大量的机柜组装、测试和配置都是在现场完成的，成本更高，高效的文档编制也更困难。

通用机柜是简单的标准机柜，配备了可配置的输入能力。由此产生的灵活性支持随时轻松更改、添加和修改，而无需重新布线。由于每个机柜的能力和资源可以提前确定，因此可以最大限度地减少增加机柜的工作量。由于没有编组柜，该项目最终减少了整体占地面积，降低了安装和维护成本。由于处理I/O配置中的后期更改的效率，验收测试计划也得到了改进。还有很多其他潜在的好处:

• 与定制设计每个机柜相比，通用机柜可以减少定制工程和文档的数量，从而提高项目进度。使用通用机柜可以实现仅基于I/O计数而不是I/O类型分布的更快交付。
• 除了改善项目进度外，通用机柜还可以实现更快、更经济的检查。
• 为备用设备增加空间要简单得多。由于每个I/O通道只能通过软件配置配置为任何点类型，因此很容易适应后期的布线更改。不同于为每个点类型分配I/O模块(可能使用也可能不使用)，可配置I/O模块可用于多个点类型。
• I/O硬件总量减少。以下两个示例演示了硬件需求的减少。在一个有5000个I/O点的项目中，模块总数可以减少35%。即使是一个小项目也可以受益，因为即使添加一个具有不同信号类型的设备也需要使用传统方法添加一个新模块。
• 对于仪器位置高度分布的工厂，例如炼油厂油罐场，通用机柜中的通用I/O模块可以是长电缆或额外RIEs的非常经济有效的替代方案。

可配置通道技术在系统迁移中也很有用，特别是在空间受限的控制室中。通用I/O模块可以产生负占用空间的解决方案，模块的灵活性使其能够适应现有的现场布线，并可伸缩性地添加新的信号。

即使没有在现场远程安装通用I/O模块，仍然有其他好处。通用I/O模块可用于RIEs和机房，以减少或消除与前面讨论的编组策略相关的交叉布线需求。

这些新的I/O模块方法特别适合进程高度分布式或模块化的场景。不过，重要的是要记住，每种情况都是独特的，不同的工厂必须权衡实施每种方法的收益和成本。至少，这些新的I/O技术扩大了可用选项的数量，以解决需要较简单安装的高级功能的问题。这本身就是一个重大的进步。

Joe Bastone是霍尼韦尔过程解决方案的Experion控制和I/O解决方案经理。

关键概念:

• 传统的现场布线策略已得到验证，但成本高且耗时长。
• 新型的模块化I/O设备支持将连接移动到现场，更接近设备。
• 模块和单独通道的软件可配置性允许更简单的硬件选择。

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