1引言

2020年4月1日，国务院安全生产委员会发布《全国安全生产专项整治三年行动计划》，开始了对全国各个行业的安全生产专项整治行动，危险化学品生产经营企业自动化减人、抗爆控制室及机柜间的改造成为焦点。三年行动整治计划的收官之年出台《石油化工建筑物抗爆设计标准》，进一步体现了以人为本，安全第一的宗旨，人员撤离现场，控制室和机柜间抗爆改造势在必行。很多企业现场机柜间不能满足规范要求，需要抗爆改造，高昂的改造费用让企业望而却步。电子布线系统——OCS工业光总线控制系统技术能完美地解决这一难题。

2 OCS工业光总线控制系统的优势

在传统的自动化控制设计中，现场检测仪表和执行机构是通过大量仪表电缆和DCS进行连接，每一台仪表或者控制阀均需要独立的电缆进行信号传输，检测信号传输至安全栅柜，再至DCS的I/O机柜等一系列中间环节才能完成。一套生产装置需要几千根电缆，电缆的采购和施工费用占了大量资金。如果电缆直接敷设到中央控制室，不仅需要高昂的费用支撑，还存在传输信号衰减的技术难题。为了节省大量的电缆铺设费用，往往在生产装置附近建设仪表机柜间，安装DCS控制器，DCS通过光纤传输至中央控制室。随着安全监管的深入现场和以人为本的理念植入人心，现场机柜间需要抗爆建设已经是危险化学品企业的共识。而抗爆机柜间的建设费用，比电缆直拉中央控制室有过之而无不及。和利时OCS工业光总线技术的诞生，同时解决了以上两个难题。

Onet工业光总线技术解决了控制器与现场设备的通讯问题，将iDTU（智能数据传输单元）分散式安装在现场各个区域，用一组光纤代替了现场仪表到机柜间众多的电缆，节省了大量的电缆购买和敷设费用。而且光纤还可以减少电缆传输中的干扰与衰减。Onet工业光总线技术采用无源光学器件技术，物理寿命可达无限大。光总线通讯的高带宽可以传输更多的周期数据以及非周期参数等数据到控制器中，控制器经过控制逻辑运算后完成相应的控制。由于iDTU分散在现场各个区域，机柜间不再需要数据采集卡件，DCS系统只剩CPU部分，光纤传输具备实时性和可靠性，DCS的CPU部分完全可以集中在中央控制室，取消现场机柜间，省去抗爆机柜间建设的巨资。

传统机柜间的安全栅柜、端子柜和I/O卡件全部分散在 现场iDTU中，取消了大量金属线缆，不但可以降低项目成本，还可以大幅降低材料和能源的消耗，可以把DCS控制器和中央控制室合用，帮助企业节省大量的资金。

3 OCS工业光总线控制系统技术优势

OCS工业光总线控制系统融合了工业光总线技术和DCS技术，工业光总线技术是和利时在OCS上的一次创新应用，虽然利用光纤来传输以太网协议的技术已经十分成熟，但在光纤上传输工业总线协议仍然要克服很多技术上的难题。和利时利用其多年在DCS上的控制网络Cnet积累的技术基础，

开发了基于光通信的Onet冗余工业光总线。Onet符合IEC61158国际标准、JB/T10308.3-2001国标和EN50170欧标的要求，突破了现场总线光电设备的点对点传输限制，支持星形网络拓扑结构，实现主光电设备通过光纤和总线连接单元星型连接多个从光电设备，降低了光纤和光电收发设备的数量，有利于节约材料、设备及成本。

4 OCS技术攻克的技术壁垒

4.1由于危化行业的易燃易爆特性，电气设备失爆是引起着火爆炸的重要因素。达到防爆要求以适用于易燃易爆环境是工业光总线的技术壁垒，和利时iDTU率先攻破此技术难题，通过增安型无火花一体化防爆认证，并获得TUVIEC/ATEXExecnAnC[iaGa]IICT4Gc,IP66，TUVIEC/ATEXExecnAnCIICT4Gc防爆认证,支持-40至+70℃宽温工作温度、-40至+55℃环境温度下防爆，并且模块自带温度和湿度监测功能，支持状态预诊断，走在工业光总线技术的前沿。

4.2传统的控制机柜都是放置于机柜间，而机柜间则是有严格的环境要求，夏天温度控制在（26±2）℃,冬天温度控制在（20±2）℃,相对湿度均为（50±10）%，噪声不得大于75[dB（A）]，相对于机柜间环境，现场安装的iDTU运行环境明显更恶略，但和利时iDTU获得CE认证、G3防腐测试、EMC3级判据，特别是采用车规级（汽车用芯片温度范围-40℃―125℃)宽温芯片，保证产品的耐温特性，密封等级达到了“nR”限呼吸型，避免现场有害气体及水汽结露腐蚀，并在现场各种工况下表现出优异的性能。

5 OCS技术先进性

OCS技术在DCS上的控制网络Cnet积累的技术基础，开发了基于光通信的Onet冗余工业光总线。Onet符合IEC61158国际标准、JB/T10308.3-2001国标和EN50170欧标的要求，突破了现场总线光电设备的点对点传输限制，支持星形网络拓扑结构，实现主光电设备通过光纤和总线连接单元星型连接多个从光电设备，降低了光纤和光电收发设备的数量，有利于节约材料、设备及成本。

基于软件定义IO技术开发了一款通用I/O模块，该产 品具备两个特点，一是通过软件来定义I/O的通道类型，I/O的所有通道在硬件上是完全一致的，不必为不同信号配置不同的I/O模块，只需要通过软件将通道设置为与现场仪表输出相同的信号类型即可。另外通过软件来切换备用通道，也就是N+1的通道冗余模式。当I/O通道出现故障时，只需要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，节省了大量的备件设备及维护成本。

OCS技术采用无源（不需要电）光路分配器（简称RJU），将由电子间主控制器通讯接口引出的敷设到现场的两路冗余光缆各分成16路尾缆，每对冗余尾缆挂接1个现场iDTU。现场各类仪表信号通过电缆就近接入iDTU，通过iDTU实现信号转换。每对控制器可引出多对光缆，具有可靠性高、信号传输速度快、分散性好和可维护性高的特点。同时，iDTU作为一台完整的防爆设备，进行的是整体防爆认证，具备在防爆1区域使用的能力。

抗干扰技术是OCS工业光总线最大的技术优势，危化行业各种复杂的环境下，各种大型电气设备、机泵、变频器往往会对传统的仪表电缆中传输的4-20mA电流造成较大的干扰，特别是直击雷、感应雷时常会给仪表信号造成极大的破坏，甚至通过电缆信号损坏DCS系统，导致安全生产事故。于是仪表专业想方设法研究各种抗干扰措施，各种屏蔽接地、单点信号屏蔽，两端防雷接地均成为仪表施工非常关键的环节。稍有差错，就给安全生产带来较大的威胁。OCS工业光总线彻底杜绝了这一隐患，十几台现场仪表和IDTU在现场形成一个等电位电气孤岛，总线传输信号不受电磁场、直击雷及感应雷的干扰，信号更安全可靠。

6 OCS控制系统结构

基于工业光总线技术的OCS控制系统和传统DCS一样，上层软硬件没有变化，主要由工程师站、操作员站、冗余历史站、设备管理站、冗余控制站和工业光总线智能数据传输单元（iDTU）等设备组成，其中从iDTU到RJU及冗余控制站之间都采用光纤进行通讯。

冗余控制站采用三重冗余链路，一对千兆以太网、一对RS-485链路和一组GPIO，保证了控制系统的冗余无扰、 功能安全、控制稳定，冗余切换平均无故障时间方面相比其它系统的控制器可以提升22.2%。

RJU作为光网络通讯节点，每个RJU可以星形连接16个iDTU，而且采用无源光学器件技术，无任何数据交换和协议转换，无延迟，采用纯物理分光技术，使得可靠性和寿命得到极大的提高。

iDTU采用模块化设计，主要由冗余的VIO模块、冗余的光总线接口模块以及冗余的电源模块组成。VIO模块支持AI（4-20mA输入/24VDC、HART、2线制）、AO（4-20m输出/24VDC、HART）、DI(干接点/24VDC/SOE/Namur)、DO（24VDC）、RTD（Pt100、Cu50，支持1-500电阻值电量程上传）、TC（J、S、E、K分度，支持其它分度电量程上传）、PI（0.1Hz-10KHz）七种信号类型。iDTU还支持Modbus通讯协议，可以作为Modbus从站将现场数据传输至与第三方系统。

7 OCS就是工业光总线的应用范围

OCS工业光总线控制系统是传统工业控制系统迈向数智化建设的一个飞跃，利用光总线替代传统电缆，无论从施工建设、传输速度、信号稳定性及可维护性均有较大的优势。光缆传输“一天一地”的冗余性配置大大的增加了信号传输的可靠性保障，确保任何时候一跟光缆意外断裂时，另一跟光缆能有效的传输测量和控制信号，适用于各种行业的工业测量和控制，特别是在危险化学品企业，控制室距离生产装置较远的情况下，OCS工业光总线控制系统有非常大的应用优势。OCS工业光总线控制系统已经在中石化天津南港120万吨/年乙烯项目、山东瑞康精化8000吨/年FB2C热敏纸张添加项目、东岳华夏神舟10000吨PVDF等几百个项目中成功应用，表现出优异的性能。

8 结束语

OCS工业光总线控制系统，是DCS系统巨大的技术变革，是现代电子技术和工业光通讯技术的成功结合而实现的精益化跨越，2019年底研制成功，至2023年9月份，被应用在330个项目上，特别是在大型煤化工、百万吨大乙烯、大型多晶硅等多个重要行业取得应用，效果良好，为企业节省大量的资金。