具有本安防爆功能的远程 IO 模块 GS9010 的设计.pdf

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1、第八届工业仪表与自动化学术会议具有本安防爆功能的远程I/O模块GS9010的设计DesignandRealizationofIntrinsic-safeRomoteI/OModuleGS9010张敏哲孙自强（华东理工大学自动化系，上海200237）摘要：根据本安防爆接口技术的发展，开发一种具有本安防爆功能的远程I/O模块。设计了防爆电路，有效地隔离和限制危险信号；设计了数据采集与总线通信系统，可以进行高精度的测量和上位机与下位机各个节点之间的通信。关键词：本安防爆高精度测量总线通信Abstract:Accordingtothedevelopmentofintrinsic-s

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

3、nodes.Keywords:IntrinsicsafeandexplosionpreventionHighprecisionmeasurementBuscommunication0引言传统生产过程底层测控自动化系统采用的是一对一连线，生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如0.02～0.1MPa的气压信号、0～10mA或4～20mA的直流电流信号、1～5V直流电压信号等，送往集中控制室这样的控制系统体系结构。在这样一种体系结构中，安全栅的应用也采用从点对点接线到点对点接线(PointtoPoint)。这类本安防爆接口以隔离式和齐纳式安全栅为代表，应用特点是现场仪表以点对点

4、的接线方式接至安全栅，安全栅再以点对点的接线方式接至控制系统(DCS／PLC)的I／O卡。如图1所示。图1本质安全防爆系统这种系统是有缺点的：①模拟信号变化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都较大；②信号传输的抗干扰能力较差；③点对点的连接需要大量的电缆和接线端子，系统施工时要耗费大量的人力，且需要花较多成本来保证连接的可靠性；④为数众多的连接点及故障诊断的困难，给日后系统的检修及维护带来了很大的不便。随着计算机技术、通信技术的不断发展，自动化领域也发生了深刻的变革，并逐渐产生了网络化、全开放、全分布的自动控制系统全新的体系结构——现场总线系统。1第八届工业仪表与自动化学

5、术会议随着新系统新技术的出现，本安防爆接口技术也发生了根本的变革，系统应用出现了新的方案：①从点对点接线到总线(PointtBus)，即远程I／O方案。代表产品为远程I／O型的隔离栅和本安型的远程I／O。应用特点是现场仪表以点对点的接线方式接至远程I／O，而远程I／O则以总线方式接至控制系统的通信总线或现场总线网卡。②从总线到总线(BustoBus)，即现场总线方案。代表产品为现场总线本安中继器、安全网桥、本安配电链接模块和本安配电链接现场模盒等。应用特点是现场仪表以现场总线方式连接，经过上述产品，仍以现场总线方式接至控制系统的现场总线网卡。考虑到我国在相当数量生产过程底层

6、的测量控制系统中，现场仪表（传感器）大多是传统的模拟式检测和控制仪表，而且现场总线控制系统的各方面技术都还在不断进步中，应用的场合有限，离成熟还尚有有一定距离。以上两方面决定了本安防爆接口技术中的现场总线方案还很难在短期内得到广泛的推广和应用。而兼有传统安全栅方案和现场总线方案特点的远程I/O方案必将成为安全栅应用方案的发展方向。相比较而言，远程I/O方案具有一定特点。与传统安全栅方案相比：减少了电缆和控制系统I／O卡的使用量，从而可节省系统的硬件成本；减少了电缆铺设和接线的工作量，从而可降低工程的施工费用。与现场总线方案相比：可将传统模拟量信号挂接到现场总线上；可在一根总

7、线上传递更多点位的测量和控制信息。本文所述的正是根据本安防爆技术的发展趋势，开发基于总线的远程防爆I/O模块。1系统总体结构和功能1.1系统总体结构设计图2系统结构远程I/O模块的现场应用结构如图2所示。整个系统由位于危险区的各类现场仪表（传感器）和位于安全区的各类本安I/O模块﹑适配卡﹑通信总线﹑上位机﹑上位机组态软件组成。按照现场仪表的各种输出类型，远程I/O模块分为以下各种类型：①模拟量输入；②模拟量输出；③数字量（开关量）输入；④数字量（开关量）输出；⑤频率量输入；⑥温度测量信号输入，包括各型热电偶的输入和