基于流程制造业的远程I/O技术应用

图1 远程i/o原理

　　turck的远程i/o远程i/o以 profibus—dp为通讯总线，遵守profibus总线协议，以工业现场总线标准为依据。其整个系统位于危险区的从站和各类仪表，所以现场必须用本安防爆箱。整个系统由各类i/o模块、适配卡、通讯卡、通讯总线(专用电缆或光纤)、网关(协议转换卡)、上位机、组态软件等等组成。远程i/o模块的类型如下：

1 x mt5 or mt9 module rack without redundancy function
or mt18 module rack with redundancy function
1 x psd24ex 24 vdc power supply unit
1 x gdp1,5 profibus-dp gateway 1.5 mbaud
1 x rs485 i.s. coupler i.s. coupler for profibus
dm80ex binary input/output module for connection of namur sensors
and low voltage actuators
df20ex binary input module for frequency measurements or as a
counter module
di40ex binary input module for connection of namur sensors
do40ex binary output module for connection of eex i magnetic
valves 0.5 w
aih40ex analogue input module for connection of 2-wire
transmitters with hart functionality
aih41ex analogue input module for connection of 4-wire
transmitters with hart functionality
aoh40ex analogue output module for connection of analogue
actuators with hart functionality
ao40ex analogue output module for connection of analogue actuators
ti40ex analogue input module for connection of temperature
detectors

3 流程制造远程i/o案例

　　3.1 煤化工项目背景

　　以霍尼韦尔tps系统和turck的远程i/o在化工厂搭建起来的控制来研究远程i/o的机理及其应用。turck的远程i/o在河南龙宇煤化工有限公司用于硫回收、甲醇罐区和火炬系统。其可用于小型系统，一套系统模拟输入不超过300点，其每一个点对应一个地址；其次就是可应用于环境比较差的工业现场，比如易燃易爆，有毒有害易腐蚀；再就是可远距离监测和控制。以硫回收来说明整个系统的应用。

　　本装置采用分流法作为主流程的三级claus硫回收工艺；当酸性气中h2s浓度较高时，采用部分燃烧法作为辅助流程，其原理是so2和h2s在一定的温度下，在催化剂的作用下发生克劳斯反应生成单质硫和水，并放出热量。制硫炉和制硫余热锅炉等设备可以同时适应分流法和部分燃烧法两种工艺。

　　由于硫回收在化工厂一般都是辅助装置，但也是必不可少的，目前国家对化工排放要求相当严格，而酸性气体里面的so2和h2s对环境污染是特别严重的，所以要对酸性气体中对环境有污染的气体加以回收。然而这些装置在化工行业都是不赚钱的，考虑其远离装置区和有毒有害、易燃易爆等特点，投资建一套dcs系统成本太高，而且只能在装置区附近，对人的危害比较大。远程i/o的运用既可以节约成本又可以和中央控制室建立通讯，一切操作和监控可以在中央控制室完成，起到了一举两得的效果。

　　3.2 远程i/o架构设计

　　远程i/o可建立与dcs通讯，通过rs-485通讯线与霍尼韦尔的si卡进行通讯，并可实现dcs的人机界面，从而监控和控制现场的设备。较近的工业现场和控制室远程i/o采用profibus专用通讯电缆；硫回收距离控制室有两公里，则可通过光纤通讯，但控制室和现场都得用光纤耦合器和段耦合器进行数据转换。profibus转modbus是prolinx协议转换卡，硫回收现场过来的信号都经过协议转换把profibus转换成modbus，通过modbus通讯电缆到霍尼韦尔dcs的si卡。

　　3.3 硫回收远程i/o站

　　硫回收现场各测量仪表集于现场控制柜接到各输入输出卡件，信号通过控制器gdp1.5传输。通过profibus通讯线把控制器和光纤耦合器连接起来。再通过尾纤和光纤盒连接到控制室的光纤耦合器，光纤耦合器再通过profibus通讯线连接到断耦合器，断耦合器通过profibus通讯线接到dp-profibus协议转换卡(profibus转modbus)。协议转换卡通过modbus通讯线接到dcs的si卡。si卡通过fta电缆到dcs的i/o卡件，通过i/o link传输数据。通过ucn电缆连到网络接口模件，再通过lcn与gus连接。从gus上找到地址进行组态，做出监控画面即可。

　　3.4 地址分配组态和相关注意事项

　　(1) 地址分配：如果主站中带有本地i/o单元，先分配主机架后分配扩展机架的i/o单元地址。其次，如果主站中带有远程i/o单元，按照站点号从小到大进行i/o单元地址分配。如果混合编址，依照先本地后远程的原则即可。第三，编制程序时无需区分本地i/o或远程i/o，如 a i 0.1 , = q 0.1。i 0.1 和q0.1(i/o单元地址)即可以是本地也可以是远程i/o地址。编程根据硬件分配，可以离线进行。组态软件是应用prolinx的开发软件，离线组态完成后进行在线下装，程序一旦下装不能再读出来，所以要保证组态的正确性，下装完成后要对组态进行备份以免以后需要改动，同时也便于检查错误。远程i/o远程模拟量除温度以外(当然如果现场有温度变送器可以转换成4-20ma dc信号除外)传输4000-20000信号对应4-20ma dc，再通过顺控可以结算出量程。