当下许多地方解读要求甲类厂房不设控制室、低配室，同时要求降低电缆成本及设计交付时间，众所周知，自动化系统在流程行业被称为工业大脑，因此

  系统的设计、施工、调试和投运都是着重关注的部分，自动化系统的整体架构以及现场信号的有效传输都是工程设计的重中之重。

  那如何在有限的空间内，提高传输速率，同时降低电缆成本和设计交付时间？笔者团队走访了某化工厂工业光总线智能IO控制管理系统，通过亲身体会分享交流过程，这或许是DCS控制管理系统新一轮的技术革命。

  工业光总线是将工业总线技术与光网络技术结合以提供控制器和现场仪表设备总线信号传输的网络技术。该技术不只是将传统的工业现场总线与光纤媒质简单组合，而是为实现更高带宽、高灵活性和低时延的网络建设目标，采用光网络技术对数据传输方式和交互机制来优化，从而为现场级数据传输提供更具竞争力的性能指标，解决了传统现场仪表信号传输的瓶颈问题，满足了企业数字化转型对网络提出的更高要求。

  该化工厂是一家从事研发、生产和销售某种化工材料的企业。该厂现有机柜间布置在装置现场，不符合国家安监总局“控制室或机柜间面向具有火灾、爆炸危险性装置一侧满足国家防火防爆标准“的要求”，存在重大安全风险隐患。安监局要求公司限期整改，将原现场机柜间移到远离生产装置的安全位置，然后才予以颁发新的安全生产许可证。因项目产品行情好，加上安监局要求限期整改，工厂急需在最短的时间周期内完成改造工作。

  常规控制管理系统方案现场接线施工再到供货调试在项目工期内根本不可能完成。另外由于工厂用地和成本原因，机柜室空间存在限制，容纳不了传统控制管理系统设备。综合以上因素，公司选择了工业光总线控制管理系统作为升级用控制管理系统。

  原方案中仪表信号通过分支电缆接入接线箱，再通过主电缆接入机柜室内的控制系统接线柜和IO柜。改造后，仪表信号进入现场智能接线箱，在智能接线箱内转换为光信号，然后通过光缆接入机柜室内的控制器柜。

  根据项目真实的情况，DCS系统现场信号使用通用IO智能数传单元+光纤采集方式。三线制RTD信号、配电室电气信号、SIS、GDS系统采用常规方案。现场仪表信号点数约1300点，控制管理系统包括3个DCS机柜+1个SIS机柜+1GDS机柜+6台操作员站+1台工程师站服务器，现场实际使用16个分光器、68套智能数据传输单元。

  采用工业光总线月底工厂开始装置停工改造，用了不到2个月时间完成了现场的改造工作，控制管理系统于8月投入运行。

  与传统方案相比，新系统不再需要接线箱到机柜室的主电缆，相应地也不需要管廊上主电缆桥架，节省了大量材料和安装成本。

  机柜室内的控制柜只有一台，比起传统方案机柜数量大幅度减少。机柜室内还有另外一家厂商的传统方案DCS，同样是1000点规模的控制管理系统，该厂商的机柜数量达到10台，与光总线台控制柜形成鲜明对比。

  以前有可能会出现的仪表信号受干扰瞬时波动的情况在新系统中没再次出现过。这是新系统中仪表到IO卡件的距离缩短而产生的正面效果。

  OCS工业光总线控制管理系统主要由工程师站、操作员站、冗余历史站、设备管理站、冗余控制站和工业光总线智能数据传输单元（iDTU）等设备组成，系统结构如图所示。

  OCS工业光总线控制管理系统主要面向流程行业中超大型项目的应用需求，可以适用于DCS和SCADA的应用场合，其主要性能指标如图所示。

  传统的控制管理系统配线方式是使用单根线缆将现场设备连接到现场配线柜，汇总成多芯电缆传送到控制室的配线柜，再通过繁杂的交叉配线与控制管理系统的I/O模件连接。

  传输的信号以模拟电信号为主，主要有电流信号、电压信号、开关（通断）信号等。模拟电信号一般是通过铜芯电缆传输，其传输路径为：现场仪表-铜芯电缆-接线箱-主电缆-接线柜-IO卡件-控制器。

  这种信号传输方式一般称为硬接线方式。硬接线方式的主要特征为：信号以模拟电压、电流形式传输；一对双绞铜芯线只能传输一个信号；模数转换（A/D和D/A）在控制管理系统的IO卡件上进行。

  硬接线方式是当前流程工业自动控制系统信号传输的主要方式，其优点是简单可靠、调试方便。但随着工厂规模的扩大，硬接线方式信号传输效率低、大量IO卡安装在机柜室占用了宝贵空间及多次信号转换精度低等缺点开始显现。

  现场总线技术的引入部分解决了硬接线仪表技术的问题。现场总线技术现场总线仪表的结构如下图所示。总系统只有变送器的一次A/D转换，其余部分信号以数字形式传输。现场总线技术解决了硬接线传输效率和多次信号转换问题。

  现场总线技术主要特征为：信号以数字形式通过总线传输；一条双绞铜芯总线传输多个信号；一台仪表有更多数据和功能。

  以工业光总线控制管理系统为代表的现场通用IO技术在不改变现场仪表的基础上，引入了通用IO技术和光总线传输技术，将接线箱到机柜室之间的信号传输介质改进为光纤，为控制管理系统技术发展开辟了新的道路。

  与传统控制管理系统相比，新型控制管理系统用低成本光纤替代了传统铜芯电缆，使得信号传输成本明显降低。新系统大幅度减少了机柜室机柜数量，由此减少了对机柜室建筑面积的需求，降低了机柜室建筑成本。按当前材料和安装费用测算，铜芯主电缆及其辅助设施（桥架、电缆通道等）占了传统控制管理系统投资的40%以上，而工业光总线控制管理系统的光纤及辅助设施的成本大幅度下降。折算到每一台仪表，新型控制管理系统的线缆和辅助设施的费用降低了约2000元人民币。

  新型控制管理系统采用光纤传输并可通过无源光分配网络组网。控制器和数传单元之间通过光纤、分光器等无源器件连接，新型控制管理系统信号传输的抗干扰性强，并提供了灵活的现场终端仪表接入能力。针对工业运行对连续可靠运行的要求，新型控制管理系统提供了冗余的数据传输通道。任何一路光纤通道的丢失，都不会导致数据传输中断，还支持故障定位和在线恢复。

  在新型控制管理系统中，仪表电信号传输距离大幅度缩短，信号受到干扰的可能性大幅度降低。在具体实践中，有用户反映新型控制管理系统的仪表信号稳定性较之前有明显提升。

  通用IO卡件和光纤网络的技术给控制管理系统设计集成和安装提供了较大的灵活性。传统DCS设计流程是串行开展的，以下工作按照顺序进行：现场仪表设计、接线箱和主电缆设计、控制管理系统和IO机柜设计和集成、组态和测试、现场安装和测试。

  新型控制管理系统使得控制管理系统和数传单元的设计和集成、组态和测试等工作可以和现场仪表设计、接线箱和主电缆设计并行进行。新型控制管理系统硬件成为标准产品，不必根据现场设计重新定制硬件设备，系统交付周期大幅度缩短。初步统计，新型控制管理系统的设计安装时间比起传统DCS能够减少50%左右。

  在安装和运行过程中，现场仪表的变更和升级在所难免。在新型控制管理系统中，用户只需要在现有数传单元寻找备用通道即可。如有大量信号增加，用户只需增加数传单元，通过接入分光器的方式将新的数传单元方便地进入控制管理系统。新型控制管理系统技术给工厂升级改造提供了灵活性。

  总之，自从艾默生公司推出电子布线技术方案后，其他DCS行业大厂跟进推出了类似技术方案，国外如霍尼韦尔的UIO、横河的N-IO等。国内有和利时公司的OCS，中控公司发布了SMART EIO。这些技术方案各有特色，但是其基本特征类似，主要组成部分是现场通用IO模块和光纤传输网络。工业光总线控制系统不仅仅让用户得到好处，同时也让制造厂商受益。

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