具有本安防爆功能的遠(yuǎn)程 IO 模塊 GS9010 的設(shè)計(jì).pdf

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1、第八屆工業(yè)儀表與自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議具有本安防爆功能的遠(yuǎn)程I/O模塊GS9010的設(shè)計(jì)DesignandRealizationofIntrinsic-safeRomoteI/OModuleGS9010張敏哲孫自強(qiáng)（華東理工大學(xué)自動(dòng)化系，上海200237）摘要：根據(jù)本安防爆接口技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)一種具有本安防爆功能的遠(yuǎn)程I/O模塊。設(shè)計(jì)了防爆電路，有效地隔離和限制危險(xiǎn)信號(hào)；設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集與總線通信系統(tǒng)，可以進(jìn)行高精度的測(cè)量和上位機(jī)與下位機(jī)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信。關(guān)鍵詞：本安防爆高精度測(cè)量總線通信Abstract:Accordingtothedevelopmentofintrinsic-s

2、afeandexplosionpreventioninterfacetechnology,designaintrinsic-safeandexplosionpreventionromoteI/Omodule.Aexplosionpreventionelectriccircuitisdesigned,whichcanisolateandlimithazardoussignaleffectively;Adatacollectinganddeliveringsystemisdesigned,whichcantransferinformationbetweencomputerand

3、nodes.Keywords:IntrinsicsafeandexplosionpreventionHighprecisionmeasurementBuscommunication0引言傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程底層測(cè)控自動(dòng)化系統(tǒng)采用的是一對(duì)一連線，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)通過(guò)統(tǒng)一的模擬信號(hào)，如0.02～0.1MPa的氣壓信號(hào)、0～10mA或4～20mA的直流電流信號(hào)、1～5V直流電壓信號(hào)等，送往集中控制室這樣的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。在這樣一種體系結(jié)構(gòu)中，安全柵的應(yīng)用也采用從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線(PointtoPoint)。這類本安防爆接口以隔離式和齊納式安全柵為代表，應(yīng)用特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)儀表以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)

4、的接線方式接至安全柵，安全柵再以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接線方式接至控制系統(tǒng)(DCS／PLC)的I／O卡。如圖1所示。圖1本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)這種系統(tǒng)是有缺點(diǎn)的：①模擬信號(hào)變化緩慢，提高計(jì)算速度與精度的開(kāi)銷、難度都較大；②信號(hào)傳輸?shù)目垢蓴_能力較差；③點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接需要大量的電纜和接線端子，系統(tǒng)施工時(shí)要耗費(fèi)大量的人力，且需要花較多成本來(lái)保證連接的可靠性；④為數(shù)眾多的連接點(diǎn)及故障診斷的困難，給日后系統(tǒng)的檢修及維護(hù)帶來(lái)了很大的不便。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化領(lǐng)域也發(fā)生了深刻的變革，并逐漸產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)化、全開(kāi)放、全分布的自動(dòng)控制系統(tǒng)全新的體系結(jié)構(gòu)——現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。1第八屆工業(yè)儀表與自動(dòng)化學(xué)

5、術(shù)會(huì)議隨著新系統(tǒng)新技術(shù)的出現(xiàn)，本安防爆接口技術(shù)也發(fā)生了根本的變革，系統(tǒng)應(yīng)用出現(xiàn)了新的方案：①?gòu)狞c(diǎn)對(duì)點(diǎn)接線到總線(PointtBus)，即遠(yuǎn)程I／O方案。代表產(chǎn)品為遠(yuǎn)程I／O型的隔離柵和本安型的遠(yuǎn)程I／O。應(yīng)用特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)儀表以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接線方式接至遠(yuǎn)程I／O，而遠(yuǎn)程I／O則以總線方式接至控制系統(tǒng)的通信總線或現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡。②從總線到總線(BustoBus)，即現(xiàn)場(chǎng)總線方案。代表產(chǎn)品為現(xiàn)場(chǎng)總線本安中繼器、安全網(wǎng)橋、本安配電鏈接模塊和本安配電鏈接現(xiàn)場(chǎng)模盒等。應(yīng)用特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)儀表以現(xiàn)場(chǎng)總線方式連接，經(jīng)過(guò)上述產(chǎn)品，仍以現(xiàn)場(chǎng)總線方式接至控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡。考慮到我國(guó)在相當(dāng)數(shù)量生產(chǎn)過(guò)程底層

6、的測(cè)量控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)儀表（傳感器）大多是傳統(tǒng)的模擬式檢測(cè)和控制儀表，而且現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的各方面技術(shù)都還在不斷進(jìn)步中，應(yīng)用的場(chǎng)合有限，離成熟還尚有有一定距離。以上兩方面決定了本安防爆接口技術(shù)中的現(xiàn)場(chǎng)總線方案還很難在短期內(nèi)得到廣泛的推廣和應(yīng)用。而兼有傳統(tǒng)安全柵方案和現(xiàn)場(chǎng)總線方案特點(diǎn)的遠(yuǎn)程I/O方案必將成為安全柵應(yīng)用方案的發(fā)展方向。相比較而言，遠(yuǎn)程I/O方案具有一定特點(diǎn)。與傳統(tǒng)安全柵方案相比：減少了電纜和控制系統(tǒng)I／O卡的使用量，從而可節(jié)省系統(tǒng)的硬件成本；減少了電纜鋪設(shè)和接線的工作量，從而可降低工程的施工費(fèi)用。與現(xiàn)場(chǎng)總線方案相比：可將傳統(tǒng)模擬量信號(hào)掛接到現(xiàn)場(chǎng)總線上；可在一根總

7、線上傳遞更多點(diǎn)位的測(cè)量和控制信息。本文所述的正是根據(jù)本安防爆技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)基于總線的遠(yuǎn)程防爆I/O模塊。1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和功能1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程I/O模塊的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)由位于危險(xiǎn)區(qū)的各類現(xiàn)場(chǎng)儀表（傳感器）和位于安全區(qū)的各類本安I/O模塊﹑適配卡﹑通信總線﹑上位機(jī)﹑上位機(jī)組態(tài)軟件組成。按照現(xiàn)場(chǎng)儀表的各種輸出類型，遠(yuǎn)程I/O模塊分為以下各種類型：①模擬量輸入；②模擬量輸出；③數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸入；④數(shù)字量（開(kāi)關(guān)量）輸出；⑤頻率量輸入；⑥溫度測(cè)量信號(hào)輸入，包括各型熱電偶的輸入和