1990年代控制系統廠商開發了現場總線技術，試圖替代傳統模擬技術，用總線電纜和數字網絡信號代替銅線模擬信號。現場總線技術有許多種，其中FF總線和PROFIBUS總線在流程工業應用較多。現場總線技術與模擬傳輸技術相比有一定性能優勢。
可是事實上流程工業多數業主和工程公司并不接受現場總線技術，而寧愿選擇4-20mA/開關信號為主的模擬信號技術。現場總線技術一直沒有得到流程控制市場普遍接受，目前該技術還有萎縮的趨勢。流程工業控制系統技術的前進腳步并沒有因為現場總線技術受挫而停止。
現場通用IO技術設計思路
控制系統廠商開發了現場通用IO技術。
該技術的思路是：既然用戶仍然選擇4-20mA/開關信號為主的模擬信號，那就把位于IO系統柜里面的IO卡件和通信模塊搬到現場接線箱里，首先實現現場接線箱到機柜室的數字化傳輸。為了增強靈活性，現場通用IO技術把IO卡件設計成適應大部分信號的通用IO卡件。
在現場儀表側，儀表仍然輸出模擬電流信號。儀表信號進入接線箱內的通用IO卡件。通用IO卡件將模擬信號轉換為數字信號，然后通過光纖或者網線，將數字信號送到控制室。
現場通用IO技術優點
◆現場通用IO技術把IO卡件前移到現場，替代了傳統方案機柜室內的接線柜、安全柵繼電器機柜和IO系統柜。
◆現場通用IO技術并沒有消滅安全柵繼電器和IO卡件，而只是將這些功能組件分散到了現場接線箱。該技術真正替代的是接線柜，所以最早開發此技術的艾默生公司給該技術取名叫電子布線技術。現場通用IO技術使得機柜室面積大幅度減少。
◆現場通用IO技術方案用光纖替代了傳統的主電纜。
傳統主電纜是多對銅芯對絞電纜，平均每根電纜都有幾百米，是模擬信號傳輸方案材料和安裝成本的大頭。現場通用IO技術用廉價大容量的光纖替代了銅芯主電纜，提高了信號傳輸效率，節省了大量的材料和安裝費用。初步測算，現場通用IO技術讓儀表控制系統設備材料總投資降低30%。
◆現場通用IO技術大大增強了工程設計、設備供貨和施工的靈活性。
由于通用IO卡件可以適應各種現場儀表信號，工程師不必再費盡心思考慮各種現場信號如何分類匯總，而只要給現場儀表信號找一個接線箱即可。現場通用IO接線箱無需定制，可以成為貨架商品，其供貨周期歸零。這個特性縮短了工程設計、設備供貨和安裝的周期，節省了大量工程建造成本。
◆現場通用IO技術有著很大性能優勢，控制系統廠商陸續推出自己的技術解決方案。
不同廠商解決方案
1、艾默生公司CHARM技術方案
艾默生公司的創新能力在儀表控制系統領域一直有口皆碑。2011年左右，EMERSON公司首先提出來電子布線(也稱CHARM)技術方案。該方案的主要設備是位于現場的單通道特性模塊箱(以下簡稱CHARM箱)。CHARM箱中主要包括一對冗余CHARM IO卡件(CIOC)和96個(或者48個)CHARM單卡。每個CHARM單卡獨立安裝可插拔底板上，一個底板可容納12個單卡，每個CHARM最大可安裝8個底板。任一底座通道可以配置任何類型的CHARM單卡，因此總體看來任何信號都可以進入CHARM箱，這樣就提供了極大的靈活性。
CHARM箱提供了冗余以太網口，通過網線或者光纖，將現場儀表信號接入交換機，從而實現CHARM IO卡件與控制器的通信。
CHARM技術具備云IO特性，一個CHARM箱中的任一CHARM IO信號可以分配到多達4對控制器，一對控制器可連接多達16個CHARM箱。這個技術方案實現了現場儀表信號和控制器之間的靈活配置。
CHARM技術，尤其是分布式CHARM技術用以太網網線或者光纖取代了傳統的主電纜。CHARM技術為儀表現場接線提供了靈活性。
CHARM技術降低了設備和安裝成本，減少了工程設計和安裝工作量，是一個非常優秀的創新方案。
截止到2018年底，全球已有超過162萬點的CHARM設備成功安裝運行。煙臺萬華年產百萬噸乙烯綜合裝置DCS全部采用了現場CHARM技術方案，系統總容量超過9萬點。該廠已于2020年11月份成功開車，控制系統運行良好。
2、和利時自動化公司光纖總線智能IO技術方案
和利時自動化公司推出了光纖總線智能IO技術解決方案。該方案由現場智能IO接線箱和光纖網絡組成。
現場智能IO接線箱由16通道多功能IO模塊和光纖通信模塊組成。
16通道多功能IO模塊可以用同一套硬件接收處理各種IO類型的信號，并且為現場儀表供電。16通道多功能IO模塊采用了軟件定義的辦法處理不同的現場IO信號，同時在IO卡件前面增加了信號調理板預處理更多種類信號。
除了傳統模擬信號外，多功能IO模塊還可以接收包括PROFIBUS DP/PA， MODUBUS RTU等總線信號，從而提高了現場多功能IO模塊的適用性。
光纖網絡提供了高可靠性的冗余數字信號傳輸路徑。位于現場的光纖接線盒可以匯總最多32路光纖。從光纖接線盒出來的光纖進入機柜室。在機柜室側，冗余光纖通過光電模塊接入控制器。
光纖總線智能IO技術解決方案具備現場通用IO的優點，同時使用了光纖網絡，降低網絡硬件成本，提高了傳輸的可靠性，是一種高性能解決方案。
目前已經有多個裝置選用了光纖總線智能IO技術解決方案，設備運行情況良好，業主反饋積極正面。
3、霍尼韋爾公司UPC/UIO技術方案
霍尼韋爾公司的技術方案叫做UPC(UNIVERSAL PROCESS CABINET). UPC是放置在現場的接線柜，其中包括最多6個32點通用IO卡件（簡稱UIO卡件）和冗余光纖通信模塊。UIO卡件與其他IO卡件一樣，通過冗余的io-link與控制器通信，與一般IO卡件不同的是UIO 的io-link的物理層使用了光纖。
UIO卡件并沒有可拆卸的單卡模件適應各種信號，而是采取了軟件組態的辦法定義IO通道類型。這種方式同樣實現了通用IO信號的接入。
軟件組態定義IO通道類型的優點是硬件完全一致，不必為不同信號準備不同的模件。軟件定義IO類型方式增加了部分硬件復雜度，為了提高硬件適應性，廠商專門為溫度信號設計了128LLAI溫度專用機柜。
正在設計中的中國南方某石化項目使用霍尼韋爾公司的UIO技術方案。
上面介紹了三家公司有代表性的現場通用IO技術方案。其他公司如日本橫河公司、ABB公司和浙江中控公司也已經或者將要推出類似產品，這里就不贅述。感興趣的讀者可以到網上搜索。
現場通用IO技術將IO卡件帶到了工業現場，并且用光纖代替了銅主電纜，大大節省了工程建設成本。該技術提高了工程設計和安裝的靈活性，縮短了控制系統設計供貨安裝周期。在工廠運行階段，該技術具有低維護量的特點。
現場通用IO技術為流程工業控制系統技術的發展開辟了一個新的方向，給工程建設公司和運營單位帶來更大的價值。
作者：魏毅
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