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Foxboro Evo™ Compact 200 Series I/O 子系统
时间: 2025-11-28浏览次数：
Foxboro Evo™ Compact 200 Series I/O 子系统
Foxboro Evo™ Compact 200 Series I/O 子系统
子系统概述与核心定位
1. 设计目标
Compact 200 Series I/O 子系统是一款面向工业现场的分布式控制电子设备，核心设计目标是通过分布式部署减少现场布线成本、提升系统灵活性，同时保持与 Foxboro legacy 系统的兼容性，满足现代工业对高可靠性、高精度控制的需求。
2. 核心价值
成本优化：分布式部署大幅减少现场电缆、线槽及导管的采购与安装成本，降低项目初始投入；
兼容性强：与现有 I/A Series® 系统的 200 Series I/O 设备及老式 100 Series I/O 设备完全兼容，支持存量系统无缝升级，保护用户既有投资；
部署灵活：借助 Fast Ethernet 网络实现设备域间通信，可根据厂区布局灵活选择本地集中部署或远程分布式部署过程 I/O 点；
环境适配：具备严苛环境适应能力，可在污染、高温、潜在爆炸性等复杂场景下稳定运行。
硬件组成体系
（一）控制处理器模块
作为子系统的 “大脑”，控制处理器负责连接现场总线模块（FBM）与控制网络，实现控制逻辑运算与数据传输，分为三款核心型号：
型号 形态与适配场景 核心功能
FCP280（Field Control Processor 280） 紧凑型模块 提供 FBM 与控制网络的控制接口，支持最多 4 条 HDLC 现场总线，可连接 128 个 200 Series FBM 或 100/200 Series 混合 FBM（100 Series 不超过 64 个）；支持双波特率功能，可通过 FBI200 适配 100/200 Series FBM 协同工作
FCP270（Field Control Processor 270） 紧凑型模块 功能与 FCP280 类似，支持最多 32 个 200 Series FBM（无 FEM100 时）或 128 个（有 FEM100 时），100 Series FBM 最多 64 个；需搭配 FBI100 实现与 100 Series FBM 的双波特率通信
ZCP270（Z-Module Control Processor 270） Z-module 形态 适配 100 Series FBM 机架，支持对 100/200 Series FBM 的控制操作；通过 FCM100E/Et 扩展，单个 ZCP270 最多可连接 128 个 100/200 Series FBM
（二）现场总线模块（FBM）：核心功能载体
FBM 是子系统的核心 I/O 模块，负责采集现场传感器信号、执行控制指令输出，具备高集成度、高可靠性特点，按功能可分为以下类别，覆盖工业现场各类信号需求：
1. 模块核心特性
信号类型全覆盖：支持 0-20mA/4-20mA 电流信号、0-10V 电压信号、热电偶、RTD（铂 / 镍 / 铜材质）、HART® 通信、离散量（数字量）输入 / 输出、脉冲信号等；
隔离等级分级：
通道隔离：每通道与其他通道、接地及模块逻辑完全 galvanically 隔离，适用于高精度、抗干扰要求高的场景；
差分隔离：通道间无隔离，但与接地、模块逻辑隔离，支持通道间电压差异，无需额外误差补偿；
组隔离：输入通道作为一组与接地、模块逻辑隔离，部分型号可通过终端组件（TA）实现通道级隔离；
冗余支持：部分型号支持冗余配置（如 FBM216b、FBM218、FBM248），需成对安装并搭配冗余适配器；部分型号为 “冗余就绪”（如 FBM207b、FBM237），可灵活切换单模块 / 双模块冗余模式。
2. 关键型号功能明细
模块系列 核心型号 功能描述 典型应用
模拟量输入（AI） FBM201 8 通道 0-20mA 输入，通道隔离 普通电流信号采集（如压力、流量传感器）
FBM202 8 通道热电偶 / 毫伏输入，通道隔离 温度测量（热电偶信号）
FBM203/c/d 8 通道 RTD 输入（铂 / 镍 / 铜，2/3/4 线制），通道隔离 高精度温度测量（RTD 传感器）
FBM214b 8 通道 4-20mA HART® 输入，通道隔离 带 HART® 协议的智能传感器数据采集
模拟量 I/O（AI/AO） FBM204 8 通道 0-20mA（4 入 4 出），通道隔离 需同时采集与输出的简单控制场景
FBM208 8 通道 0-20mA（4 入 4 出），冗余带读回，通道隔离 高可靠性要求的模拟量控制回路
模拟量输出（AO） FBM215 8 通道 4-20mA HART® 输出，通道隔离 带 HART® 协议的执行器控制
FBM237 8 通道 0-20mA 输出，冗余就绪，通道隔离 冗余控制场景的执行器驱动
离散量输入（DI） FBM207/b/c 16 通道直流电压监测 / 触点检测（24V/48V），冗余就绪 开关状态、触点信号采集
FBM217 32 通道离散输入，组隔离 高密度数字量信号采集（如设备运行状态）
离散量 I/O（DI/DO） FBM219 24 通道 DI+8 通道 DO，外部电源，组隔离 混合离散量采集与控制（如阀门开关 + 状态反馈）
FBM241/c/d 8 通道电压监测 / 触点检测 + 8 通道 DO，通道隔离 高精度离散量混合控制场景
多功能 I/O FBM247/248 8 通道电流 / 电压 / 模拟 / 数字 / 脉冲可配置 I/O，支持 HART®，FBM248 支持冗余 复杂混合信号场景（如脉冲计数 + 模拟量采集 + 数字量输出）
（三）辅助功能模块
1. 现场总线隔离器 / 滤波器（FBI200）
核心功能：扩展 FCP 与 FBM 间的模块现场总线距离，双轴电缆传输可达 305 米（1000 英尺）；
适配特性：与 FCP270 配合时，可过滤 2Mbps（200 Series）与 268Kbps（100 Series）信号，避免相互干扰；与 FCP280 配合时，仅用于延长通信距离，无需过滤隔离。
2. 现场总线通信模块（FCM 系列）
负责信号转换与远距离通信扩展，支持冗余配置，型号明细如下：
型号 核心功能 通信距离 适配场景
FCM100Et 100Mbps 光纤信号→2Mbps 电信号（200 Series FBM 用） - 光纤转电信号的短距离扩展，需成对冗余部署
FCM100E 100Mbps 光纤信号→2Mbps（200 Series）或 268Kbps（100 Series）电信号 - 需同时适配 100/200 Series FBM 的混合场景
FCM2F2/2F4/2F10 模块现场总线光纤扩展，分 3 种型号 2km/4km/10km（成对部署） 远距离底板间通信，串联两组 FCM2F10 可达 20km
（四）底板与外壳系统
1. 紧凑型底板（Compact 200 Series Baseplate）
核心型号：16 槽水平底板（RH101AA）；
安装方式：支持水平 DIN 导轨安装（标准 / 非隔离）或 19 英寸机架安装（需安装板）；
关键特性：
提供通信背板与模块安装基础，支持 16 个 Compact FBM 部署；
体积优化：1 个紧凑型底板 + 16 个 Compact FBM 的占用空间≈2 个标准 200 Series 底板 + 16 个标准 FBM；
扩展能力：支持底板链扩展（最多 32 个 FBM），可在线添加新底板，无需停机；
电源与通信：提供主 / 备 24V 直流电源接口，双模块现场总线（A/B）雏菊链接口，支持 DIP 开关地址识别。
2. 外壳（Enclosures）
提供环境防护与设备集成，分为 G/K 两大系列，适配不同场景需求：
系列 核心型号 防护等级 适配场景
G 系列 G13（系统外壳）、G14（系统 + 终端外壳）、G11（终端外壳） IP43/54 普通环境，支持 FBM、FCM、FCP 及终端组件安装
K 系列 K13（系统外壳）、K14（系统 + 终端外壳）、K11（终端外壳） IP43/54 与 G 系列功能一致，提供差异化选型
共性特性 - - 内置 DIN 导轨、电源供应接口、端子排；支持单 / 冗余电源部署；通过 UL、ATEX 等认证，适配普通及潜在爆炸性环境
核心技术特性与性能参数
1. 高性能与高精度
模拟量采集：采用 SigmaDelta 快速积分 ADC，模拟输入更新速率最快 25ms，适用于高速调节控制；
抗干扰能力：内置可配置移动平均滤波器，有效抑制过程电磁噪声；
测量精度：依赖具体 FBM 型号，通道隔离型模块精度更高，误差控制在工业级允许范围（如 RTD 模块支持 0-320Ω 量程，误差≤±0.1%）。
2. 高可靠性与可用性
组件集成：通过 ASIC（专用集成电路）集成 I/O 处理、通信处理器等逻辑功能，减少模块组件数量，降低故障概率；
可用性指标：
单模块（配冗余电源，MTTR=2 小时）：可用性≈0.999974；
冗余模块（配冗余电源，MTTR=2 小时）：可用性≈0.9999964；
冗余支持：全链路冗余选项，包括电源、控制网络、FCM、控制处理器、现场总线电缆、部分 FBM，无单点故障风险。
3. 环境适应性
工作温度：Compact FBM 最高工作温度 60℃（140°F）；
污染防护：Class G3（ISA S71.04）污染等级，耐受工业粉尘、油污等环境；
认证合规：通过 UL（美 / 加）、ATEX（DEMKO）、CE、RoHS 认证，适配普通区域及潜在爆炸性环境（Ex 认证）。
4. 部署与维护便捷性
热插拔设计：FBM 模块可直接插拔，无需断开外部现场设备接线或内部电缆；
在线扩容：支持底板链在线添加新底板，冗余 HDLC 现场总线环境下无需停机；
故障诊断：电源故障可通过 SMDH（系统管理界面）图标变色、系统监控显示、报警打印三重提示；FBM 故障可通过控制网络反馈，便于快速定位。
配置方案与拓扑结构
1. 支持的配置模式
子系统支持灵活的拓扑组合，满足不同厂区布局需求：
纯紧凑型底板部署：全部使用 Compact 200 Series 底板，最大化节省空间；
混合部署：Compact 200 Series 底板与标准 200 Series 底板混合串联，适配存量系统升级；
分布式部署：通过 FCM2F 光纤模块或 FBI200 扩展距离，将 FBM 部署在靠近现场设备的区域，减少布线长度。
2. 典型拓扑示例
（1）FCP280 配置
核心架构：FCP280 通过 100Mbps 以太网（冗余光纤）连接以太网交换机，再通过 HDLC 现场总线（2Mbps）连接 Compact FBM；
扩展能力：单个 FCP280 支持 4 条 HDLC 现场总线，每条最多 32 个 Compact FBM，总计最多 128 个 200 Series FBM；
适配场景：FBM 集中部署或小范围分布式部署，无需远距离扩展。
（2）FCP270 配置
核心架构：FCP270 通过冗余光纤连接以太网交换机，HDLC 现场总线支持 268Kbps/2Mbps 混合信号（适配 100/200 Series FBM）；
扩展能力：无 FEM100 时支持 32 个 200 Series FBM，有 FEM100 时扩展至 128 个；
适配场景：需要兼容 100 Series legacy 设备的混合系统。
（3）ZCP270+FCM 配置
核心架构：ZCP270 通过 FCM100E/Et 连接现场总线，FCM 负责信号转换与距离扩展；
扩展能力：单个 ZCP270 最多支持 128 个 100/200 Series FBM，每个 FCM100Et 对最多支持 32 个 FBM；
适配场景：大范围分布式部署，需通过光纤延长通信距离（最长 20km）。
3. 通信距离限制
通信介质 最大距离 适配场景
屏蔽双绞线（模块现场总线） 60 米（198 英尺） 同一区域内底板间通信
双轴电缆（FBI200 扩展） 305 米（1000 英尺） FCP 与 FBM 间中距离扩展
光纤（FCM2F2） 2km 短距离光纤扩展
光纤（FCM2F4） 4km 中距离光纤扩展
光纤（FCM2F10，串联两组） 20km 长距离跨区域扩展
兼容性与升级要求
1. 软件兼容性
必需软件版本：I/A Series software v8.8 或 Foxboro Evo Control Core Services v9.0 及以上；
配套工具：需使用对应版本的系统配置软件（如 SMDH）进行模块配置、故障监控与维护。
2. 硬件兼容性
控制处理器：仅支持 FCP280、FCP270、ZCP270 三款，需搭配对应 sizing 指南（如 FCP280 参考 B0700FY）确认容量；
电源供应：支持 FPS480-24、FPS400-24、FPS240-24、FPS120-24 四款 24V 直流电源，需根据 enclosure 功率预算选型；
终端组件（TA）：不同 FBM 需搭配专用 TA（如带继电器的 TA 用于高电压 / 大电流数字输出），部分 TA 提供额外通道隔离功能。
3. 存量系统升级路径
现有标准 200 Series 子系统可直接升级为 Compact 200 Series，步骤如下：
拆除标准 200 Series 水平底板，替换为 Compact 200 Series 16 槽底板；
确认安装环境：确保有足够的水平 DIN 导轨、电源容量及散热空间（每 2 个相邻 Compact 底板需 1 个风扇托盘，分散部署时每 1 个底板需 1 个）；
更换电缆：将标准 FBM 的终端电缆替换为 Compact FBM 对应的专用电缆
软件适配：升级至兼容版本的 I/A Series 或 Foxboro Evo 软件，完成模块配置。
应用场景与行业适配
1. 核心应用场景
连续过程控制：石油化工、化工、电力等行业的连续生产过程（如反应釜温度 / 压力控制、管道流量调节）；
批量生产控制：制药、食品饮料等行业的批量生产流程（如配料比例控制、批次数据采集）；
离散控制：制造业的离散设备控制（如阀门开关、电机启停、状态监测）；
存量系统升级：原有 Foxboro 100/200 Series 系统用户的性能升级与扩容需求。
2. 环境适配范围
普通工业环境：工厂车间、控制室，适配 IP43/54 防护等级；
恶劣环境：Class G3 污染等级、高温（60℃）环境，如冶金厂、化工厂现场；
危险环境：潜在爆炸性 atmosphere（ATEX 认证），如石油化工的防爆区域。
兼容性与升级要求
1. 软件兼容性
必需软件版本：I/A Series software v8.8 或 Foxboro Evo Control Core Services v9.0 及以上；
配套工具：需使用对应版本的系统配置软件（如 SMDH）进行模块配置、故障监控与维护。
2. 硬件兼容性
控制处理器：仅支持 FCP280、FCP270、ZCP270 三款，需搭配对应 sizing 指南（如 FCP280 参考 B0700FY）确认容量；
电源供应：支持 FPS480-24、FPS400-24、FPS240-24、FPS120-24 四款 24V 直流电源，需根据 enclosure 功率预算选型；
终端组件（TA）：不同 FBM 需搭配专用 TA（如带继电器的 TA 用于高电压 / 大电流数字输出），部分 TA 提供额外通道隔离功能。
3. 存量系统升级路径
现有标准 200 Series 子系统可直接升级为 Compact 200 Series，步骤如下：
拆除标准 200 Series 水平底板，替换为 Compact 200 Series 16 槽底板；
确认安装环境：确保有足够的水平 DIN 导轨、电源容量及散热空间（每 2 个相邻 Compact 底板需 1 个风扇托盘，分散部署时每 1 个底板需 1 个）；
更换电缆：将标准 FBM 的终端电缆替换为 Compact FBM 对应的专用电缆（参考各 FBM 的 PSS 文档）；
软件适配：升级至兼容版本的 I/A Series 或 Foxboro Evo 软件，完成模块配置。
应用场景与行业适配
1. 核心应用场景
连续过程控制：石油化工、化工、电力等行业的连续生产过程（如反应釜温度 / 压力控制、管道流量调节）；
批量生产控制：制药、食品饮料等行业的批量生产流程（如配料比例控制、批次数据采集）；
离散控制：制造业的离散设备控制（如阀门开关、电机启停、状态监测）；
存量系统升级：原有 Foxboro 100/200 Series 系统用户的性能升级与扩容需求。
2. 环境适配范围
普通工业环境：工厂车间、控制室，适配 IP43/54 防护等级；
恶劣环境：Class G3 污染等级、高温（60℃）环境，如冶金厂、化工厂现场；
危险环境：潜在爆炸性 atmosphere（ATEX 认证），如石油化工的防爆区域。
