基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的閥門(mén)執(zhí)行器

　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，過(guò)程控制技術(shù)受到了人們普遍的重視，用戶(hù)對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)運(yùn)而生，則表明控制技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的水平。它不僅極大地滿足了過(guò)程控制的需要，而且還將對(duì)工業(yè)自動(dòng)化儀表行業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)革命。
　　近年來(lái)，在世界工業(yè)閥門(mén)和執(zhí)行器生產(chǎn)制造中占有主導(dǎo)地位的專(zhuān)業(yè)化公司相繼推出各自為閥門(mén)或執(zhí)行器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。其中有美國(guó)Limitorque公司的DDC-100TM系統(tǒng)、美國(guó)Keystone公司的KEYDIG系統(tǒng)和英國(guó)Rotork公司的PakscanIIE系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)，無(wú)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(shí)現(xiàn)了閥門(mén)或執(zhí)行器等現(xiàn)場(chǎng)裝置與上位機(jī)的通信和智能化，而且整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)，深受用戶(hù)的歡迎。
　　1、系統(tǒng)特點(diǎn)
　　閥門(mén)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是根據(jù)用戶(hù)需要最新發(fā)展起來(lái)的“FCS”(現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng))。其系統(tǒng)配置和構(gòu)成靈活多變，具有很強(qiáng)的適用能力。它很好地解決了現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的有關(guān)干擾噪聲、控制距離、接點(diǎn)容量和工作環(huán)境等方面的問(wèn)題，非常具體地顯示了它在閥門(mén)和執(zhí)行器應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)巨大的潛在市場(chǎng)和發(fā)展前景。
　　1.1 節(jié)省安裝費(fèi)用
　　閥門(mén)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)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(jià)的無(wú)屏蔽三線電纜進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部的通信。這種系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，投運(yùn)速度快，費(fèi)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(tái)閥門(mén)或執(zhí)行器上的電纜芯數(shù)可達(dá)六、七根、十幾根，最多的可達(dá)二十二根，而閥門(mén)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)總路線控制系統(tǒng)中的所有閥門(mén)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(guó)內(nèi)外執(zhí)行器的常規(guī)連接和現(xiàn)場(chǎng)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(mén)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)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(tái)閥門(mén)或執(zhí)行器等各種類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)裝置。在整個(gè)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置，同時(shí)還不限制接入環(huán)路內(nèi)閥門(mén)或執(zhí)行器等裝置之間的距離。
　　1.3 高性能
　　閥門(mén)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)期安全可靠地工作。如今，各公司的閥門(mén)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)都已經(jīng)經(jīng)過(guò)多年現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢驗(yàn)并得到用戶(hù)的認(rèn)可，成為名副其實(shí)的“FCS”。
　　1.4 配置齊全
　　用戶(hù)可根據(jù)過(guò)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(guò)程控制，使用時(shí)還可將閥門(mén)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(hào)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(lái)配置。
　　1.5 接口簡(jiǎn)單
　　在閥門(mén)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)距離則采用RS485。同時(shí)，各種信號(hào)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(jiǎn)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(shí)，甚至現(xiàn)場(chǎng)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(mén)執(zhí)行器現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)單元(本體為閥門(mén)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(jī)構(gòu)成，以利用其鍵盤(pán)和顯示器對(duì)系統(tǒng)的操作方式以及工作狀態(tài)進(jìn)行控制和監(jiān)視。用戶(hù)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(huà)面，并通過(guò)鍵盤(pán)隨時(shí)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(jī)構(gòu)成的一種主控站。

　　主控站也有特殊設(shè)計(jì)的盤(pán)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(pán)以及顯示系統(tǒng)運(yùn)行和報(bào)警信息的指示燈。通過(guò)控制面板，可完成系統(tǒng)環(huán)路波特率、現(xiàn)場(chǎng)單元地址和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葏?shù)的設(shè)置。此外，萬(wàn)一主控站失控或系統(tǒng)工作不正常，操作人員可使用鍵盤(pán)直接控制閥門(mén)或執(zhí)行器。而當(dāng)系統(tǒng)遇到意外情況時(shí)，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(mén)與管道。圖3為采用冗余化安裝和工作的PaskcanIIE 系統(tǒng)的盤(pán)裝式主控站。它可在主控站發(fā)生故障后50ms自動(dòng)切換到備用主控站，從而確保系統(tǒng)仍能安全可靠地運(yùn)行。