说说通用I/O（八）和利时的OpticVIO + 中控的Smart EIO（留言赠书）

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。

Part.01 和利时的OpticVIO

和利时公司的OpticVIO 16通道多功能I/O模块，可以用同一套硬件接收处理各种IO类型的信号，并且为现场仪表供电。它支持AI、AO、DI、DO、PI、SOE6（设备状态）、NAMUR等多种信号类型，前四种信号类型支持HART协议，信号周期为100ms。多功能IO模块采用了软件定义的办法处理不同的现场IO信号（见图22），同时在IO模块前面增加了信号调理卡预处理更多种类信号。当某个I/O通道出现故障时，只需在工程师站上进行软件切换，将故障的通道切换到备用通道即可，无需维护人员到达故障现场。 

图22  软件定义I/O信号的通道类型

VIO模块支持N+1冗余和主备冗余两种冗余形式，N+1冗余是指在原有N个采集通道上增加一个备用的采集通道，当模块中的任意通道发生故障后，备用通道可以替换已故障的通道。对于高可靠性应用要求的场景，可以采用主备冗余配置。

作为智能数据传输单元（iDTU）的现场配线柜的点数有16点、48点，底座可选调理卡或安全栅（见图23）。 

图23  和利时公司16点iDTU智能数据传输单元

除了传统模拟信号外，多功能IO模块还可以接收包括Profibus-DP(PA)，Modbus-RTU等总线信号，从而提高了现场多功能IO模块的适用性。

智能数据传输单元采用冗余光纤与工业光总线连接单元（RJU）连接，再采用冗余光纤连接到冗余控制站，将现场数据传输到控制系统（见图24）。

图24  和利时采用智能数据传输单元的OCS工业光总线控制系统

在2023年7月21日昆明仪器仪表学会举办的和利时产品技术交流会上，介绍了35个厂家应用了OpticVIO技术，其中7个厂家的应用点数超过一万点，最多一个厂家达到近34000点(见图25)。 

图25  中安联合煤化工分公司丁烯-1装置上安装的OpticVIO的iDTU

Part.02 中控的Smart EIO

浙江中控在新一代全流程智能运行管理与控制系统i-OMC中开发了APL Smart EIO通用I/O技术，它与Ethernet-APL的现场交换机、APL无线网关、APL总线代理等多种类型的信号通过Ethernet-APL电源交换机一起接入控制系统（见图26）。 

图26  中控APL Smart EIO通用I/O模块融入Ethernet-APL技术

APL Smart EIO通用I/O模块内置16个通道，I/O类型由软件定义，通常就地仪表箱点数为48、96点（见图27）。仪表均从APL主干线取电，没有强电进模块。通用I/O模块的输出以Ethernet-APL技术的APL主干线（Trunk）的方式传送到APL电源交换机后与控制器连接。 

图27  中控安装Smart EIO通用I/O模块的仪表箱

由于设计通道点点隔离与防护、信号采样多元融合、HART信道定向滤波、128M高速底板总线、A/B网同步冗余等核心技术，实现软件定义通道硬件和安全栅一体化、常规信号类型全覆盖、HART多变量通信、20ms/16通道高速采样等高性能指标。

中控的Smart EIO通用I/O技术已在陕西探微日新化工公司等生产现场应用。

方原柏

2024年01月