摘要：阐述远程I/O系统在硫回收装置应用的设计方案。
关键词：硫回收装置；远程I/O；MODBUS；PROFIBUS-DP
Engineering Design of Remote I/O System in Sulphur Recovery Unit
LI Bin-bin
（Hebei ENCO Petrochemical Engineering Co.，Ltd. Tianjin Branch，Tianjin，300400）
Abstract：describe the design scheme of remote I/O system application in Sulphur recover unit.
Key words：sulphur recovery unit；remote I/O；MODBUS；PROFIBUS-DP；
对于常规的DCS分散控制系统，是将过程的输入、输出集中在这些自动化系统中。 通常的做法是将 I/O 设备和控制器集中在控制室内，在控制室和生产现场之间，按照 1：1 配线方式铺设电缆，这不但需要大量电缆而且工程费用也高，而且还可能因电磁干扰增大而使得可靠性降低，对于距离控制室较远而且对控制要求不太高的场所，采用远程I/O系统连接DCS和现场设备是很好的选择。远程I/O系统大多放置在远离控制室的装置区内，通过硬接线与现场仪表相连，然后通过总线通讯方式与主站交换数据。
由于河南龙宇煤化工有限公司全厂运用 Honeywell TPS 控制系统进行集中控制，硫回收装置独立于主装置，距离中央控制室约1km，现场有20个温度检测点、22个压力检测点、19 个流量检测点、15个可燃/有毒气体检测点、35个调节阀和15个液位检测点等，如果用硬接线进入中央控制室，由于距离较远可能会造成信号衰减，而且中央控制室也必须增加很多DCS机柜，还需要用很多信号电缆，费用增加。因此，本人选用了远程 I/O 系统设计方案。
1远程IO系统概述
河南龙宇煤化工有限公司年产40万吨醋酸及配套工程项目硫回收装置采用TURCK 远程 I/O 系统，通过冗余光纤通讯进入主DCS系统，实现对此硫回收装置的远程自动监控。远程I/O系统在DCS控制网络中要求每个 I/O 站配置冗余电源、网关、I/O模块、IP65 防护箱（EXCOM）、段耦合器（SC12EX）、光电转换器（OC11EX）、电缆及总线插头等。
2远程I /O系统的网络结构
硫回收装置区的远程I/O 站的网络结构如图 1所示。RTU05101/05102/05103/05104为I/O不锈钢接线箱，PDP05101/05102/05103/05104为配电箱。硫回收装置内需要监测与控制的点通过硬接线方式接入不锈钢接线箱内的I/O 模块上，信号进入系统后即被I/O 模块转换为数字信号，再经过系统内部总线传送到通讯网关，然后由网关将信号传送到上一层的现场总线，最后传输到DCS控制系统。不锈钢接线箱之间采用冗余 PROFIBUS-DP 通讯电缆串接，实现信息的可靠、安全、稳定地传输，最后通过光电转换器将电信号转化为光信号，通过冗余光纤将光信号传输到中央控制室，放置于中心控制室的光电转换器进一步将光信号转换为电信号，电信号通过 PROFIBUS-DP 通讯电缆接入PROFIBUS-MODBUS协议转换卡转成 DCS 能接收的MODBUS信号，经过 DCS 接口卡进入 DCS 系统信号处理。而由DCS发出的信号则经过相反的路径传输到现场，控制阀门的动作。
3远程I /O系统的配置
硫回收装置的4套远程I/O 站配置 MT18 母板4块、PSD24EX 电源8块、FW2.0网关8块、4通道温度输入模块TI40EX 8块、4通道模拟量输入（无源信号）模块AIH40EX 16块、4通道模拟量输入（有源信号）模块AIH41EX 6块、4通道模拟量输出模块AOH40EX 10块、8通道开关量输入模块DM80EX 12块、4通道开关量输出模块DO40EX 10块、I/O站之间通过冗余DP总线电缆连接，还配备了光电转换模块4块 、多模铠装光纤1km、段藕合器2块、MODBUS-PROFIBUS 转换卡2块、TPS 系统 SI 通讯卡2块、PROFIBUS-DP通讯线 200m 和相应的附件，构成了完整的远程 I/O 通讯系统。站内布置如图2所示。
图1 硫回收装置远程 I/O 系统网络结构简图
图2 硫回收装置站内布置示意图
4安装
硫回收装置内的工艺介质有H2S、SO2、硫磺、蒸汽、可燃及爆炸气体等，因此远程I/O系统的安装有防爆和防护两方面的要求。 TURCK 远程I/O系统 excom ○R 综合运用增安、浇封和本质安全3种方法实现防爆。通过增安保护接线端子与外部电源相连，内部电源模块和母板用浇封方法实现防爆，这两种防爆方法对能量没有限制，保证了系统能向各I/O模块提供充足的电能。I/O模块则通过本质安全型实现防爆要求，即母板分配给I/O模块每一路的电能都被限制在本质安全防爆允许的范围之内，保证了所连现场设备的安全。不锈钢接线箱防护等级采用 IP65，满足防水、防尘、防腐的要求。
5远程I/O 系统的协议转换
TPS支持MODBUS通讯协议，TURCK远程I/O为 PROFIBUS-DP通讯协议，二者之间无法直接通讯。设计过程中，在DCS端增加PROFIBUS-MODBUS协议转换器，来解决此问题。
冗余4芯光纤通过光纤接续盒跳线接入光电转换模块OC11EX/3G，由冗余 DP电缆和DP接头接入段耦合器SC12EX，再由一根DP总线电缆接入MCM-PDPM协议转换模块，协议转换模块通过RS485接入TPS系统的SI FTA、SI IOP及其对应的 FTA进行串行通讯。每个SI可带1～2个FTA，FTA通过电源适配卡与IOP进行连接，MODBUS SI FTA与标准RS485接口的设备相连，远程I/O信号就可以通过协议转换很容易被TPS系统接收到了。在协议转换中，PROFIBUS的调试、MODBUS的组态以及TPS系统SI通讯卡的组态可参考厂家提供的相关技术资料。
6远程I/O系统的性能分析
远程I/O系统投运后设备运行的稳定性明显提高，解决了由于硫回收装置区离中央控制室距离远而造成的电缆信号衰减问题，节省了大量的长距离电缆桥架和通讯电缆，节省两芯1.5mm2电缆100km，特别是用热电偶测量温度时可节省大量昂贵的补偿导线，节省大量控制系统的硬件成本。安全防爆的远程I/O系统直接安装在硫回收现场的危险防爆区，通过现场总线进行通讯，电源、网关、内外部总线均为冗余，确保了系统的高度安全。同时，还支持HART协议的传输，方便维护和扩展。
化工连续性生产过程具有高温高压、易燃易爆、有毒有害的特点，系统的稳定性尤为重要。为此，采用了多种冗余技术：电源模块冗余设计，保证供电系统正常运行；网关、现场总线电缆和网关与I/O模块连接的内总线的冗余设计，保证通讯的冗余性；整体结构的冗余设计，保证了系统的安全性。硫回收装置远程I/O系统采用4通道卡件，一旦卡件损坏，可能会有单个通道发生故障也可能4个通道全部发生故障，由于 I/O 模块不冗余，系统的可靠性会受到影响。
7结束语
河南龙宇煤化工有限公司年产40万吨醋酸及配套工程项目的硫回收装置于2014年顺利投运，标志上述远程I/O系统方案是可行的，也是成功的，可为以后同等类型工程设计提供借鉴。
参考文献：
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[3] 张鹏，焦道顺. 燃气-蒸汽联合循环机组天然气调压站DCS远程IO设计与实现 发电设备 2013，27（6）：410 ~413
论文作者:李彬彬
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
标签：系统论文; 冗余论文; 装置论文; 模块论文; 控制室论文; 电缆论文; 信号论文; 《基层建设》2018年第1期论文;