摘 要：本文主要介绍了图尔克本安远程I/O系统-EXCOM在装置防爆区域的应用方案，EXCOM系统与横河DCS系统CENTUM-VP通过PROFIBUS-DP通讯的连接，使常规检测仪表的数据传输更为简便，项目施工工期大大缩短，为以后项目改造提高了极大的灵活性。
关键词：本安远程I/O;PROFIBUS-DP通讯
引言：装置聚合区域属防爆2区级别，单台显示不参与控制的仪表居多，选用何种控制方案需满足防爆区域的要求。防爆2区常规控制方案：如是本安仪表需配置 DCS 系统侧的输入输出卡件、安全栅、现场防爆接线箱、大量电缆。按隔爆仪表配置其他相同，可取消安全栅。这两种也是目前化工装置防爆2区级别的常用配置。
1 图尔克本安远程I/O系统-EXCOM在装置防爆区域的应用方案
1.1 控制方案选用
系统卡件和单表之间一对一并行连接，点到点传播模拟信号，虽說可以满足防爆区域的要求，但是对发展迅速的工业自动化来说过于繁杂。目前以总线形式为基础的控制方案正在飞速发展，如现场总线系统，一对导线上可以连接多个温度，压力，流量等。总线就是现场设备的传输介质，是数据传输的公共通道。典型的如FF(基金会现场总线)总线。但是FF总线的使用存在局限性：需要配置适用的FF仪表，应用成本较高。若以RROFIBUS-DP总线为通讯协议的远程I/O系统正好介于两者之间，不用更换成昂贵的FF总线仪表，又可以省去大量电缆，远程I/O系统的基本是现场仪表电缆连接到远程I/O柜，远程I/O柜之间用总线的方式相连，再通过网关接入至DCS系统的通讯卡。
1.2EXCOM系统可靠性分析
EXCOM系统可选用模拟量输入（支持二线制和四线制仪表）/输出，数字量输入/输出等常规信号，可以按要求配置卡件，但是不支持卡件冗余。一般来说：在控制回路方面我们选用模拟量输入卡件冗余，输出卡件冗余这样的方式配置。显然远程I/O模块对于这类控制回路来说它是不适用的。但就一般温度、压力等检测点来说通过采用网关冗余，光纤冗余，通讯卡件冗余的方式可以将故障率降到最低，反观传统控制回路如本安仪表配置的安全栅，输入卡件也并不冗余。可见如果就检测点而言，采用EXCOM系统的可靠性并没有降低。
2 EXCOM系统配置：
聚合区域属于防爆2区（ZONE2）级别。EXCOM远程I/O系统支持本质安全，可用在防爆1区和2区，远程I/O机柜达到IP65的防护等级。
在聚合区域中工艺检测点数较多，除控制回路，重要工艺检测点仍选用DCS冗余卡件外，其余如气体报警仪，单点测量显示，一般阀门位置反馈信号都进远程I/O系统。如此配置，既不影响工艺控制，又节约了大量的电缆和桥架。
2.1EXCOM系统硬件配置
EXCOM远程I/O系统由供电单元，网关，I/O模块以及容纳所有元件的模块支架构成。母板集成至模块支架备板用于供电，数据传送及用于现场设备的连接。
2.2电源模块
PSD24EX 连接直流18-32V的外部供电电源，具有PTB 00 ATEX 2193认证，防爆级别II 2 G EEx [ib] e IIC T4。通过冗余配置保证供电可靠。具有报警提示功能。
2.3输入输出模块
I /O模块提供各种类型的输入、输出过程信号，包括4~20mA、mV、频率、电阻、温度（热电阻、热电偶）、数字信号。I/O模块，包括数字量的输入和输出模块、模拟量的输入和输出模块（支持HART协议信号的传输）、温度（热电阻或热电偶）输入信号处理模块三大类共8种。模拟量输入、模拟量输出、数字量输出卡件为四通道，数字量输入八通道。I/O模块支持热插拔，具有即插端子与现场电缆相连。
2.4总线导轨
总线导轨是内部总线和为I/O模块供电：CPU和电源模块、I/O模块都安装在总线导轨上，是它们信息交换的桥梁，I/O模块不需要设定地址。
MT18母板其左侧上方留有安装两个电源模块和两个网关模块的接口，在接口的下方，分别对应着用来连接外部供电电源的采用增安保护形式的接口、用来设定总线地址的三个十进制旋钮、用来连接外部高层现场总线的总线接口。
在母板上方，网关接口的右侧是各种I/O模块的连接接口，母板内部通过冗余的内总线将这些接口连接起来。各I/O模块的电源供应是通过母板内的供电系统来完成的。在各个I/O模块接口的下方，对应着用来连接现场设备的I/O设备接口。来自现场设备的信号线可通过可插拔的接线端子与之进行简单的连接。
2.5网关
GDP1.5 具有PTB 00 ATEX 2162认证，防爆级别II 2 G SYST EEx ib IIC T4。网关作为EXCOM系统内部数据总线的主站将数据传送至上层PROFIBUS-DP网络。控制 I/O模块和过程控制系统的全部数据交换。Profibus DP主站至excom从站，采用DP-Exi段耦合与RS485-IS层冗余配置。冗余网关可以确保数据传输的高可靠性，当一个网关发生错误故障报警时会自动切换到另一个网关运行，保证数据传输的可靠性。网关对于128个数字量数据的循坏时间为＜5ms,对于64个模拟量的循坏时间为＜20ms.网关最大的数据传输速率为1500Kbps。
2.6光纤耦合器
光纤耦合器OC11Ex/2G将来自电缆的PROFIBUS DP电信号转换为光信号，用于光纤传送。即使是长距离传输，光纤耦合器也能够确保总线信号从安全区到危险区安全的传输。位于危险1，2区的光纤耦合器OC11Ex/2G接收来自光纤接口的光信号，并且将位于本安系统的RS485-IS输出信号转换到图尔克应用于安全区的OC11Ex/3G光纤耦合器。光纤耦合器之间最大2.5km。每个网段可最多可连接31台总线设备。光纤耦合器波特率可通过旋钮开关进行设定或自动检测，波特率范围从9.6 kbps到1.5Mbps。
2.8现场配置
在本次应用中我们分设6个远程I/O柜，分布在聚合1-4楼。另外在DCS机柜室布置一个电源柜，用于分配电源至远程I/O柜和放置数据传输用的光纤耦合器。图6为DCS机柜室的电源柜。220V电源采用双路供电，引自市电和UPS。24V电源同样配置两个开关电源，保证供电可靠性。
3 EXCOM系统软件组态
3.1组态简介
远程I/O柜现场安装好之后，大部分的后续工作都是系统组态工作：采集数据，分析数据，应用数据等等。本次应用中DCS系统为横河CENTUM-VP,作为通讯主站选用的是横河ALP111通讯卡（支持PROFIBUS-DP），采用冗余方式配置。
3.2GSD文件配置
PROFIBUS设备具有不同的性能特点，为达到PROFIBUS简单的即插即用。PROFIBUS的设备特性均在电子设备数据库文件(GSD)中具体说明。标准化的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。横河CENTUM-VP DCS系统采用德国赫优讯Hilscher的（提供各种主流现场总线和工业以太网技术的工程应用与产品开发解决方案的公司）SyCon Configurator Tool软件对PROFIBUS的主站、从站进行组态。首先在SyCon Configurator Tool软件中把从站EXCOM系统的电子设备数据单GSD文件拷贝到软件的数据库中，GSD文件由图尔克公司提供，重点说明GSD文件版本需匹配EXCOM系统的版本。
3.3 DP主从站组态
把图尔克EXCOM系统的GSD文件导入之后就可以对主站，从站进行组态，组态主要是对每个从站所用卡件，站地址的配置等主要是对每个从站母板槽位上网关，输入输出卡件选用的组态，当从站全部组态好之后导出生成了一个X.dbm文件。然后在DCS系统中把这个文件导入通讯卡件ALP111,这样就完成了主站组态。之后对ALP111卡件组态，为的是读取远程I/O的数据。需要注意的是通讯协议、站号、设备地址、数据类型的选择要准确。Station就是从站的站号，Device&Address指的是卡件安装的槽数和通道数，第一槽默认是网关。如站地址是2的远程I/O柜，第4槽—模拟量输入卡件第一通道就表示为Station：2; Device&Address;4-1.数据类型:模拟量选用的是16位有符号数。Label里填的是在DCS内部作数据连接用的位号。如果要在DCS系统里增加趋势，编写顺控表引用这个Label里的位号即可。
4 结论
在工业自动化高速发展的今天，智能仪表，总线技术，无线技术将是未来的发展趋势，EXCOM本安远程I/O系统在聚合区域的应用已充分展示现场总线的诸多优点，降低项目投资成本，方便运行维护。目前EXCOM本安远程I/O系统已稳定运行两年时间，为装置稳定运行保驾护航。
参考文献
[1]FIELDBUS COMPONENTS excom? USER MANUAL；http://www.turck.com/
[2]YOKOGAWA CENTUM VP V4.02 USER MANUAL；http://www.Yokogawa.com/cn/