基于現場總線控制系統的閥門執(zhí)行器

　　隨著現代工業(yè)的飛速發(fā)展，過程控制技術受到了人們普遍的重視，用戶對過程控制系統的要求也越來越高。現場總線的應運而生，則表明控制技術達到了一個新的水平。它不僅極大地滿足了過程控制的需要，而且還將對工業(yè)自動化儀表行業(yè)帶來一場革命。
　　近年來，在世界工業(yè)閥門和執(zhí)行器生產制造中占有主導地位的專業(yè)化公司相繼推出各自為閥門或執(zhí)行器開發(fā)設計的現場總線控制系統。其中有美國Limitorque公司的DDC-100TM系統、美國Keystone公司的KEYDIG系統和英國Rotork公司的PakscanIIE系統。這類系統，無論其系統結構、總線形式和通信協議如何不同，都完全實現了閥門或執(zhí)行器等現場裝置與上位機的通信和智能化，而且整個系統簡單、可靠、經濟，深受用戶的歡迎。
　　1、系統特點
　　閥門執(zhí)行器現場總線控制系統是根據用戶需要最新發(fā)展起來的“FCS”(現場控制系統)。其系統配置和構成靈活多變，具有很強的適用能力。它很好地解決了現場最常見的有關干擾噪聲、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)行器應用領域內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)行器現場總線控制系統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內部的通信。這種系統安裝簡單，投運速度快，費用一般只有常規(guī)控制系統的40%左右。例如，在常規(guī)控制系統中，接到每臺閥門或執(zhí)行器上的電纜芯數可達六、七根、十幾根，最多的可達二十二根，而閥門執(zhí)行器現場總路線控制系統中的所有閥門或執(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列出了國內外執(zhí)行器的常規(guī)連接和現場總線連接所需的電纜芯數。
　　1.2 工程容量大
　　根據使用要求和系統規(guī)模，閥門執(zhí)行器現場總線控制系統允許在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場裝置。在整個通信環(huán)路內，不設中繼站也可將信息或數據傳送到各個現場裝置，同時還不限制接入環(huán)路內閥門或執(zhí)行器等裝置之間的距離。
　　1.3 高性能
　　閥門執(zhí)行器現場總線控制系統功能豐富、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)行器現場總線控制系統都已經經過多年現場運行檢驗并得到用戶的認可，成為名副其實的“FCS”。
　　1.4 配置齊全
　　用戶可根據過程控制的需要任意提出要求和配置，這種系統既能以主系統也能以予子系統參與過程控制，使用時還可將閥門或執(zhí)行器等設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、多站系統和多任務軟件等都可以根據需要來配置。
　　1.5 接口簡單
　　在閥門執(zhí)行器現場總線控制系統中，系統內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。這就使得系統內部的接線非常簡單，僅使用一些標準的常用工具和少量的儀器便可完成。有時，甚至現場操作人員都能熟練地做好這些接線工作。
　　2、系統結構
　　不同的閥門執(zhí)行器現場總線控制系統在結構上是基本相同的。它們一般是由主控站、通信環(huán)路和現場單元(本體為閥門或執(zhí)行器)組成。系統結構框圖如圖1所示。

　　2.1 主控站
　　作為master station的主控站多采用工業(yè)PC機構成，以利用其鍵盤和顯示器對系統的操作方式以及工作狀態(tài)進行控制和監(jiān)視。用戶可根據系統提供的豐富方便的軟件包非常容易地生成操作方式、系統狀態(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，設置系統必要的工作參數條件。圖2所示的是DDC-100TM系統和KEYDIG 系統采用工業(yè)PC機構成的一種主控站。

　　主控站也有特殊設計的盤裝式結構，例如Pakscan IIE的主控站就是這種結構。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、設置系統參數和數據的鍵盤以及顯示系統運行和報警信息的指示燈。通過控制面板，可完成系統環(huán)路波特率、現場單元地址和數據傳輸等參數的設置。此外，萬一主控站失控或系統工作不正常，操作人員可使用鍵盤直接控制閥門或執(zhí)行器。而當系統遇到意外情況時，控制面板上還有應急按鈕供操作人員緊急關閉系統中最重要的閥門與管道。圖3為采用冗余化安裝和工作的PaskcanIIE 系統的盤裝式主控站。它可在主控站發(fā)生故障后50ms自動切換到備用主控站，從而確保系統仍能安全可靠地運行。