閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

　　近年來，在世界工業(yè)閥門和執(zhí)行器生產(chǎn)制造中占有主導(dǎo)地位的專業(yè)化公司相繼推出各自為閥門或執(zhí)行器開發(fā)設(shè)計的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。其中有美國Limitorque公司的DDC-100TM系統(tǒng)、美國Keystone公司的KEYDIG系統(tǒng)和英國Rotork公司的Pakscan IIE系統(tǒng)。這類系統(tǒng)，無論其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、總線形式和通信協(xié)議如何不同，都完全實現(xiàn)了閥門或執(zhí)行器等現(xiàn)場裝置與上位機的通信和智能化，而且整個系統(tǒng)簡單、可靠、經(jīng)濟，深受用戶的歡迎。
　　1、系統(tǒng)特點
　　閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是根據(jù)用戶需要最新發(fā)展起來的“FCS”（現(xiàn)場控制系統(tǒng)）。其系統(tǒng)配置和構(gòu)成靈活多變，具有很強的適用能力。它很好地解決了現(xiàn)場最常見的有關(guān)干擾噪聲、控制距離、接點容量和工作環(huán)境等方面的問題，非常具體地顯示了它在閥門和執(zhí)行器應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)巨大的潛在市場和發(fā)展前景。
　　1.1 節(jié)省安裝費用
　　閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由于具有良好的消噪功能，因此，它可以使用帶屏蔽的雙絞線或使用廉價的無屏蔽三線電纜進行系統(tǒng)內(nèi)部的通信。這種系統(tǒng)安裝簡單，投運速度快，費用一般只有常規(guī)控制系統(tǒng)的40%左右。例如，在常規(guī)控制系統(tǒng)中，接到每臺閥門或執(zhí)行器上的電纜芯數(shù)可達六、七根、十幾根，最多的可達二十二根，而閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總路線控制系統(tǒng)中的所有閥門或執(zhí)行器的連接只需要兩根或三根電纜即可完成（除就地供電外）。表1列出了國內(nèi)外執(zhí)行器的常規(guī)連接和現(xiàn)場總線連接所需的電纜芯數(shù)。
　　1.2 工程容量大
　　根據(jù)使用要求和系統(tǒng)規(guī)模，閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)允許在10—20公里的一條通信環(huán)路上接入100—250臺閥門或執(zhí)行器等各種類型的現(xiàn)場裝置。在整個通信環(huán)路內(nèi)，不設(shè)中繼站也可將信息或數(shù)據(jù)傳送到各個現(xiàn)場裝置，同時還不限制接入環(huán)路內(nèi)閥門或執(zhí)行器等裝置之間的距離。
　　1.3 高性能
　　閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)功能豐富、性能優(yōu)良、工作可靠，非常適合在一些特殊場合使用。即使在環(huán)境條件特別惡劣的地方，它也能發(fā)揮作用，長期安全可靠地工作。如今，各公司的閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)都已經(jīng)經(jīng)過多年現(xiàn)場運行檢驗并得到用戶的認(rèn)可，成為名副其實的“FCS”。
　　1.4 配置齊全
　　用戶可根據(jù)過程控制的需要任意提出要求和配置，這種系統(tǒng)既能以主系統(tǒng)也能以予子系統(tǒng)參與過程控制，使用時還可將閥門或執(zhí)行器等設(shè)置成智能化或半智能化單元。其它諸如主控站冗余、緊急操作面板、各種信號的輸入輸出接口、多站系統(tǒng)和多任務(wù)軟件等都可以根據(jù)需要來配置。
　　1.5 接口簡單
　　在閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)部通信接口短距離一般采用RS232，而長距離則采用RS485。同時，各種信號的輸入輸出接口也都采用插拔連接方式。這就使得系統(tǒng)內(nèi)部的接線非常簡單，僅使用一些標(biāo)準(zhǔn)的常用工具和少量的儀器便可完成。有時，甚至現(xiàn)場操作人員都能熟練地做好這些接線工作。
　　2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　不同的閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是基本相同的。它們一般是由主控站、通信環(huán)路和現(xiàn)場單元（本體為閥門或執(zhí)行器）組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　2.1 主控站
　　作為master station
　　的主控站多采用工業(yè)PC機構(gòu)成，以利用其鍵盤和顯示器對系統(tǒng)的操作方式以及工作狀態(tài)進行控制和監(jiān)視。用戶可根據(jù)系統(tǒng)提供的豐富方便的軟件包非常容易地生成操作方式、系統(tǒng)狀態(tài)和控制邏輯的采色了畫面，并通過鍵盤隨時發(fā)出操作命令，設(shè)置系統(tǒng)必要的工作參數(shù)條件。圖2所示的是DDC-100TM系統(tǒng)和KEYDIG 系統(tǒng)采用工業(yè)PC機構(gòu)成的一種主控站。

　　主控站也有特殊設(shè)計的盤裝式結(jié)構(gòu)，例如Pakscan IIE
　　的主控站就是這種結(jié)構(gòu)。在它的控制面板上，裝有監(jiān)視環(huán)路工作狀態(tài)的液晶顯示器、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)和數(shù)據(jù)的鍵盤以及顯示系統(tǒng)運行和報警信息的指示燈。通過控制面板，可完成系統(tǒng)環(huán)路波特率、現(xiàn)場單元地址和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葏?shù)的設(shè)置。此外，萬一主控站失控或系統(tǒng)工作不正常，操作人員可使用鍵盤直接控制閥門或執(zhí)行器。而當(dāng)系統(tǒng)遇到意外情況時，控制面板上還有應(yīng)急按鈕供操作人員緊急關(guān)閉系統(tǒng)中最重要的閥門與管道。圖3為采用冗余化安裝和工作的Paskcan
　　IIE 系統(tǒng)的盤裝式主控站。它可在主控站發(fā)生故障后50ms自動切換到備用主控站，從而確保系統(tǒng)仍能安全可靠地運行。
　　2.2 通信環(huán)路
　　如前所述，一般工業(yè)現(xiàn)場中的閥門或執(zhí)行器與控制室之間傳輸信號所需的接線非常復(fù)雜，安裝與維修都很困難，費用也很高。而閥門執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中使用的兩線或三線電纜既安裝簡單、維修方便、工作效率高，又成本低、節(jié)省費用。特別是系統(tǒng)中所有閥門或執(zhí)行器用這種電纜一臺一臺串接起來后形成一條閉合的環(huán)路時，每臺閥門或執(zhí)行器都能從環(huán)路的兩個方向與主控站進行信息和數(shù)據(jù)的交換，相當(dāng)又給系統(tǒng)增加了一條冗余通信路徑。
　　系統(tǒng)運行期間，除了正常的工作之外，環(huán)路電纜不停地被掃描查詢，以確定其是否完整。若通訊環(huán)路完整無損，主控站將依過程控制的需要通過環(huán)路電纜向現(xiàn)場單元發(fā)送控制命令，同時接受現(xiàn)場單元發(fā)回的工作狀態(tài)信息。當(dāng)然，所有現(xiàn)場單元都已預(yù)先設(shè)置好了地址并隨時準(zhǔn)備接受命令和接受查詢。一般情況下，主控站要發(fā)數(shù)次命令。每發(fā)一次命令，都要接收到被詢址現(xiàn)場單元的應(yīng)答一次。否則，系統(tǒng)將按環(huán)路故障進行處理。現(xiàn)場單元的應(yīng)答時間則由現(xiàn)場單元的數(shù)量以及環(huán)路距離所決定。