施耐德电气QuantumEthernetI/O解决方案在包钢煤气加压站改造工程的应用

冶金行业近年来不断增加在技术改进和节能增效方面的投入，这既符合国家的产业规划的要求，也是行业趋势。Quantum Ethernet I/O系统是施耐德电气PlantStruxure架构的新成员，配合施耐德电气的以太网交换机可以构建目前唯一同时支持Ethernet/IP和Modbus TCP/IP两种主流工业以太网协议的系统。本文以包钢煤气加压站改造项目为例介绍施耐德电气如何凭借以太网架构满足用户的技术改造需求，给用户带来更多的价值。

1 前言

传统的现场总线由于实时性好、可靠性高、抗干扰能力强、连接方便、布线简单在工业控制领域中得到了广泛的应用。随着控制系统连接的外部设备种类和接口越来越多，故障诊断等功能要求越来越高，传统的现场总线受到的挑战越来越大。

工业以太网以其通讯速率较高、协议开发容易互连、支持远程访问和远程实时故障诊断、支持多种不同介质互连、支持网络冗余和多种网络连接方式等特点，在当前的工业控制系统中得到了广泛应用。

Quantum Ethernet I/O系统是施耐德最新推出的，基于PlantStruxure系统的最新解决方案。该解决方案以Quantum PLC为核心、采用工业以太网Ethernet/IP协议作为主干网络的通讯协议、连接现场Quantum 远程IO子站、分布式IO子站、仪表、执行机构等现场设备。该解决方案在充分发挥了工业以太网的各种优点，支持以太网的常见各种服务的同时，并解决了以太网实时性差、可靠性差的缺点，极大的延伸了Quantum PLC的解决方案。

下图为Quantum Ethernet I/O系统的典型架构：

Quantum Ethernet I/O系统具有如下特点：

开放、标准的通讯协议：采用Ethernet/IP协议作为IO主干网络协议，同时还支持Modbus TCP/IP协议；

更灵活的系统结构：支持菊花链环、主环、子环和星型等结构，支持双绞线、单模、多模光纤等多种通讯介质；

强大的故障诊断功能：多种硬件、软件诊断功能及以太网的各种服务机制，极大的方便了系统的故障诊断，降低了对维护人员的维护要求，缩短了维护时间和维护工作量；

更高的可靠性：支持Quantum双机热备系统和菊花链主环、子环等结构，<50 ms的环网重建时间，提高了系统运行过程中的可靠性；

更多的扩展性：无需大量的修改，即可保证当前项目的整个生命周期的需求。同时，可以以多种连接方式接入更多的现场设备，大大扩展了系统的规模；

更高的过程控制处理能力：每个子站的输入/输出字数限制分别提高了7倍以上，同时支持31个Ethernet IO子站和128个分布式IO子站，更好的满足了复杂的、模拟量信号较多的过程控制要求；

更好的响应性能：更快的信号采样和输出时间、更大和更快的数据处理能力等性能保证了系统具有更有的应用相应时间（ART）；

2 系统简介

2.1 项目概况

包钢拟新建一条年产120万吨的H型钢、钢轨、钢板桩生产线。根据轧钢工艺的2+3方案则在包钢厂区1#道路和2#道路的西南夹角轧钢区范围内的连铸加压站、无缝、高线及棒材挤压站、轨梁加压站及煤气净化设施等需拆除改建，在1#道路的北侧和2#道路西侧新建供友谊轧钢厂、无缝车间、高线车间、轨梁车间、新高线车间及轨梁厂新建型钢生产线使用的煤气系统设施，配套水道、电气、仪表等辅助设施。

包钢轨梁厂横列式轧机项目煤气加压站改造工程的主要目的是创建一套新的加压站、混合站、压缩站控制系统，保证6大车间煤气设施正常工作的同时，实现对现场设备的远程监视、控制和管理等功能。