本文探讨了一种创新的端子柜理念，大大简化了过程控制系统的柜体接线复杂度。按时、不超预算、按计划以及安全进行，这些是每一个过程行业项目或工厂管理者希望达到的基本目标。然而，简化的目标却一直不那么容易实现，原因之一就是“复杂性难题”——当前的过程工厂比以往任何时候都要复杂得多，而且还缺少经验丰富的专业人员来胜任这些复杂任务。此外，还有如下述的很多原因也会导致项目更加难以管理，并可能让很多问题延迟到现场时解决，而这会带来10倍以上的管理成本。

• 计划目标过高，缺乏灵活性

• 常见的IC仪控数据延迟

• 容易将项目假定成顺序执行

• 项目安装在偏远位置

• 现场工作实际情况限制和意外变化

一直以来，过程自动化项目中最令人烦恼的就是上面很迟才提出I/O的改动需求。例如，一台OEM包装机滑架增加了23个I/O点，这是之前设计时没有考虑在内的，或者滑架需要根据物位开关设计增加物位变送器。像这类的改动很常见，可能导致一个自动化项目的失败，尤其是当这类问题进入现场时更加严重，因为耽误一天可能增加数百万的成本。

以上述新增了23个I/O点的滑架设计为例，即便项目团队对此事先有所准备，但这种变更仍然会造成大量返工，其原因在于：首先，有可能所准备的现场零部件不符合所需I/O类型，譬如滑架可能有专门的14个数字输出，但I/O子系统上只有8个可用输出。即便可以通过增加卡件来满足额外的I/O容量需求，但项目鉴于前面极大的成本压力，I/O端子柜里面很可能没有多余的卡件空间。在解决所有这些并发性问题之后，又要面临图纸与接线的返工，这些返工则有赖于工人技能水平和可用的资源，有可能能够完成也可能完不成，无论如何都将带来昂贵的时间成本和经济成本。传统方式在过去的35年中，工业领域一直习惯于通过传统接线柜的方式来实现现场设备与过程自动化系统的连接。

现场技术人员负责将现场设备连接到I/O室的接线柜端子排上。接线一般从现场设备开始，然后再通过多芯线缆连接到控制柜相应的I/O卡上。为了让设备连接到相应的I/O卡和通道，实际中的工业布线结果一般都是相互交叉和杂乱堆叠，从而给各个项目人员带来了众多困扰，从现场技术工人、集成商、控制工程师到项目经理。例如，在交叉布线过程中，跟踪找到线缆的头和尾是越来越困难，当线缆接错地方或是漏接时将造成人员失误。当交叉布线做好并测试通过之后，我们才可以放心——不过这得要求后面不会再有I/O的变更。在这种方式下，如果需要增加更多的I/O，这时单个控制器可能无法处理所有I/O，还必须扩展控制器。这意味着过程设备的配置与I/O将不得不从一个控制器移植到新的控制器上。

虽然控制配置一般很容易进行硬件移植，但物理层面的I/O卡件与交叉布线却相当复杂。首先，如果交叉布线中的I/O需要移到另一个控制器，来自现场设备的多芯线缆就必须从一个端子排移到另一个端子排。这样交叉布线必须重新做，造成工程延误，这一过程还可能需要更多的端子排空间，当然还会增加工程时间并造成工程图纸更改。有时候，直接将端子柜发回工厂重做都比现场完成这项工作来得便宜。电子布线艾默生过程管理针对Delta V 数字自动化系统开发的电子布线技术主要针对那些复杂的、耗费人力的、可能直接影响工程进度的过程自动化系统应用。在传统布线中，来自现场的多芯线缆分布于配线柜端子块右侧，这一由现场人员完成的接线工作基本没有什么改变。电子布线的关键区别在于没有交叉布线，与交叉布线相关的所有设计与工程都被去掉，因为每个单独的I/O通道都将电子化地连接到系统任何控制器上。这意味着I/O可以在项目中的任意阶段连到指定的控制器上。如果后期发生I/O类型变更或者增加新的I/O，就不需要调整现有接线和配线柜。取而代之的是，新的I/O可以增加到配线柜中并与控制器进行电子化布线连接。

CHARacterization Modules(CHARMs)作为电子布线的关键部件之一，实现了对任何类型(AI/AO/DI/DO/RTD)I/O信号的“延迟表征”。每个CHARM特性模块由一个被动A/D转换器和信号表征器组成，可插入到现场接线所在的端子排上。这样的好处在于， 现场接线可以安装在布线带内的任意位置， 不用考虑其特定的顺序和I / O 的类型。例如，AI、AI、DI、DO、AO、DI、DO信号线接在端子排下面也可以。因为接线完成后，技术人员看到第一个通道是AI，可以直接进入AI CHARMs包按下CHARM完成。(CHARMs安装在独立的端子模块里面，只需要进行按下位置而不需要螺丝刀。端子模块尺寸适合CHARM的背板大小，总共可容纳12块CHARM。) CHARM装上之后，通道可以电子化布线到系统中任意控制器。带CHARMs的端子接线柜与传统布线柜功能完全一致，只不过几乎不用线缆，工作量极少，可以带来更大灵活性便于更改。有效的改变正如之前所提到，在项目后期总会有一些I/O的更改。例如像压力开关改为压力变送器就意味着I/O类型必须从原来的DI卡变为AI卡。在传统布线工作中，这种更改无疑带来乏味的工作，你将不得不在恶劣的现场找出信号交叉布线线缆并重新连接到新的I/O卡上(假定该卡还有空余空间)。

通过电子布线方式，从DI到AI的I/O信号更改变得更加简单而快捷。如果DI CHARM已经安装好，你只需要用一块AICHARM替换它，无需重新布线，无需寻找正确的卡件类型，也无需担心空间是否足够。传统方式下，增加I/O的工作更加费时费力。需要增加2个AI，1个AO，4个DI和2个DO吗？现在只需找出一块具有足够可用背板的CHARM I/O卡，将现场接线连到端子模块，并将I/O绑定到控制器上，以便控制器工程软件使用。用户不用担心能否找到合适的卡件和是否有合适的位置，因为CHARMs可用于所有类型的信号，并可安装在DIN导轨的任意位置。上述两种项目后期更改情况都不需要对单个接线进行重新部署，这是传统接线系统无法做到的。这意味着无需重新接线，无需将控制器分割，无需移动I/O线缆，后期I/O更改速度大大加快。更多优势很容易看出，通过避免交叉接线，能够大大减少所需的柜内空间。这样，更小的空间需求对新建工厂和现有工厂都有好处。你可能认为我们只是在泛泛地讨论专门的带空调的I/O室内的电子布线柜问题，事实上，电子布线在现场接线盒的安装同样简单，让我们来看看两种情况下的空间节省。

(1) 布线柜：传统的现场接线带交叉布线，进入I/O室，一个标准尺寸的布线柜有大约160个I/O接线信号。柜内一般都交叉布满了现场各类线缆。与之相反，采用电子布线技术的布线柜内如果只有前入口，则可容纳288个I/O，以及3对冗余的CHARM I/O卡件。对于同时具有前入口和后入口的布线柜，这一数量可以翻倍。除了减少布线柜空间需求，还可以减少对I/O卡和背板的空间需求。CHARM I/O卡(CIOC)可以处理最多96个I/O信号，它们可以与现场接线和端子模块一样安装在同一个柜内。一个CIOC可以替代12块传统I/O卡，大大减少了I/O卡数量。通过电子布线，利用其近两倍的I/O信号容纳量，甚至可以完全减少一个布线柜。另外，原本安装有控制器和I/O卡的控制柜现在只需要几个控制器就可以了。因此柜内省出更多空间可以容纳网络设备或增加控制器。减少布线柜数目对新建项目成本节省来说意义重大，因为更少的柜子意味着更少的空间，成本优势十分明显。

通常而言，一个项目中很少留出未来扩展的空间。在已有项目中增加I/O扩展往往会影响现有系统，因为此时必须移动柜子和其他设备以留出扩展空间。根据扩展规模，甚至可能还需要增加现场建筑物空间。所以能够在小容量的柜内增加控制器和I/O绝对是巨大的优势。(2) 接线盒：电子布线板也可以安装在现场接线盒中。当然，这将进一步减少系统容量需求，因为只需要一个容纳控制器的控制柜即可。CIOCs，CHARM背板，端子模块和CHARMs都可以安装在现场接线盒里面，更接近现场设备。CIOCs通过铜缆或光纤连接到控制柜。对新建项目来说，由于减少对I/O室的需求极大降低了成本。此外，几乎不需要额外的柜子也可以减少很大部分成本。对于已有项目，通过现场接线盒的电子布线方式，用户只需要为新的控制器找好位置，而对于扩建项目，由于不用购买布线柜，也不用移动现有设备或增加建筑物空间，成本也都得到了极大的节省。

适合应用之处现在出现了各种不同的连接技术，既有传统布线方式——基本的4-20mA信号，典型的Hart仪表，使用长距离双绞线对和交叉布线柜；也有总线方式——多分支设备网络；还有无线方式——主机系统与现场设备无需任何硬接线连接的无线通讯，那么电子布线究竟适合哪些应用？这些技术方式与电子布线技术应用并非竞争关系，而是互为补充。根据不同的情况和客户喜好，每种技术都有其理想的应用环境。例如，如果客户精通FF需要进行项目扩展，基金会技术可能就是适合的方式。另一方面，如果客户对总线没有足够经验，不希望采用最新的技术，那么电子布线可能就是更好的解决方案，也同样可以提供一些FF技术的优势。这些优势包括，无需学习总线技术实施也可以减少现场设备的接线，获得诊断信息。电子布线提供像总线I/O一样的好处，譬如减少接线，减少容量，更多诊断信息，改变和增添设备方面更大灵活性，同时允许用户继续使用传统的4-20mA或Hart设备。