探究氣動(dòng)閥門控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用

周衛(wèi)華

【摘 要】氣動(dòng)閥門廣泛運(yùn)用于各種工業(yè)生產(chǎn)中，如電氣、機(jī)械水電、石油化工等，氣動(dòng)閥門的傳統(tǒng)控制手段有許多劣勢(shì)，控制成本高、易造成安全問(wèn)題等，所以筆者在此提出在氣動(dòng)閥門控制中采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可以提高整體控制穩(wěn)定性和安全性，降低控制成本。

【關(guān)鍵詞】氣動(dòng)閥門；控制；現(xiàn)場(chǎng)總線

1 傳統(tǒng)氣動(dòng)閥門控制手段與控制系統(tǒng)

氣動(dòng)閥門傳統(tǒng)開關(guān)控制主要采用就地控制和遠(yuǎn)方控制。自動(dòng)化要求不高的情況下主要采用就地控制手段，在進(jìn)行就地控制時(shí)，技術(shù)人員操作相關(guān)控制按鍵，實(shí)現(xiàn)電磁閥線圈的通斷電，電磁閥也就實(shí)現(xiàn)換向，使得氣缸開始運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)閥門的開啟或關(guān)閉。技術(shù)人員判斷閥門的開關(guān)狀態(tài)主要依靠開關(guān)按鍵周圍的指示燈來(lái)確定。而隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，氣動(dòng)閥門控制對(duì)自動(dòng)化要求成都也越來(lái)越高，遠(yuǎn)方控制手段的應(yīng)用也逐漸廣泛運(yùn)用。在進(jìn)行早期的遠(yuǎn)方控制時(shí)，技術(shù)人員主要在遠(yuǎn)方控制室，或者使用一些遠(yuǎn)方控制設(shè)備例如可編程控制器等進(jìn)行控制，在輸送電纜的媒介作用下，由遠(yuǎn)方控制室發(fā)出的閥門開關(guān)控制信號(hào)經(jīng)過(guò)輸送電纜就可以穿到遠(yuǎn)方的氣動(dòng)閥門所在位置，實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)控制，技術(shù)人員判斷閥門的開關(guān)狀態(tài)與就地操作一致，也是依靠開關(guān)按鍵周圍的指示燈來(lái)確定。

傳統(tǒng)閥門控制系統(tǒng)的連接方式幾乎都是一對(duì)一、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物理連接方式，需要鋪設(shè)大量的輸送電纜和連接設(shè)備，而且如果閥門量非常多時(shí)，需要非常多的接口設(shè)備，導(dǎo)致整個(gè)閥門系統(tǒng)的成本造價(jià)急劇上升。此外，控制信號(hào)的傳遞均為標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，進(jìn)行長(zhǎng)途傳送的遠(yuǎn)方控制時(shí)，一旦出現(xiàn)信號(hào)干擾源，就會(huì)導(dǎo)致閥門出現(xiàn)誤控或失控，致使整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性大大降低。除此之外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的控制精度也不高、信息共享實(shí)現(xiàn)困難、無(wú)法實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離的信息傳遞等等。盡管后來(lái)出現(xiàn)的DCS控制系統(tǒng)利用分層結(jié)構(gòu)，解決了一對(duì)一控制的一些缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)混合，但是依舊無(wú)法徹底解決因模擬信號(hào)本身而產(chǎn)生的問(wèn)題，依舊會(huì)導(dǎo)致閥門控制存在隱患，并且每一個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品都有著各自的特點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)通用。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是最近十年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型自動(dòng)化控制技術(shù)，集計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、控制技術(shù)為一體，直接促使了FCS（Field Control System）控制系統(tǒng)的出現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)打破了傳統(tǒng)的一對(duì)一、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物理連接方式，是一次工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備通信的數(shù)字化革命?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的運(yùn)用使得閥門控制系統(tǒng)與閥門設(shè)備控制之間的聯(lián)系更加簡(jiǎn)單、便捷，與傳統(tǒng)就地控制和遠(yuǎn)方控制的模擬信號(hào)控制系統(tǒng)相比，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的閥門控制系統(tǒng)具有非常顯著的特點(diǎn)：

2.1 結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單、開發(fā)成本低

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的控制手段，可以保證一堆線路連接多臺(tái)設(shè)備，雙向傳遞數(shù)字信號(hào)。這樣的連接方式突破了傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接手段，模擬信號(hào)輸出存在的問(wèn)題，進(jìn)而節(jié)約了大量的接線和空間，減少了接線點(diǎn)，降低抗干擾因素，使得安裝進(jìn)而維護(hù)非常便利。可以只采用兩根電纜和四根線，就能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備之間的互通。

2.2 具有非常好的穩(wěn)定性

采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)氣動(dòng)閥門進(jìn)行控制，輸出傳遞的信號(hào)均為數(shù)字信號(hào)?？梢杂行Ы档托盘?hào)在變換過(guò)程中的丟失，大大增強(qiáng)抗干擾能力，而且由于數(shù)字信號(hào)本身的特性，信號(hào)的床底質(zhì)量穩(wěn)定性也非常高。同時(shí)，也減少了許多輔助設(shè)備的使用，能夠有效降低人為控制氣動(dòng)閥門失誤的概率。

2.3 操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便

采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)即實(shí)現(xiàn)了雙向通訊、雙向傳遞信號(hào)的功能，技術(shù)人員不僅可以在控制室內(nèi)對(duì)氣動(dòng)閥門控制現(xiàn)場(chǎng)的閥門裝置進(jìn)行相應(yīng)的序號(hào)標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置及功能組態(tài)等，而且能夠?qū)崟r(shí)觀察到現(xiàn)場(chǎng)閥門的工作狀態(tài)，方便設(shè)備的維護(hù)。同時(shí)還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程編程控制和診斷，實(shí)時(shí)對(duì)閥門狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，一旦出現(xiàn)任何問(wèn)題，都可以進(jìn)行自我診斷，再通過(guò)遠(yuǎn)程編程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制會(huì)診，解決故障。

3 基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的氣動(dòng)閥門控制實(shí)例分析

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一般用于成組規(guī)模的閥門控制，每一組閥門稱為一個(gè)閥島。下面介紹某研究所進(jìn)行物料輸送時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)氣動(dòng)閥門進(jìn)行控制的實(shí)例，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)圖

在圖1所示中，此控制系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)包括PC總控制機(jī)、PLC以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，PC總控制機(jī)使用工業(yè)型控制計(jì)算機(jī)，PLC使用的是西門子S7—300系列，PC與PLC之間的通訊連接通過(guò)以太網(wǎng)完成，通訊的媒介為超5類UTP。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是采用PROFIBUS—DP協(xié)議連接PLC與就地控制設(shè)備，輸出速率峰值可達(dá)12Mbps。而現(xiàn)場(chǎng)閥門的控制依靠基于FESTO CPV10型的智能閥島，其上附有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，同時(shí)裝有就地操作按鍵、指示燈和閥位的反饋信息模塊。

結(jié)合該系統(tǒng)控制氣動(dòng)閥門的效果以及整個(gè)工程運(yùn)行的實(shí)際情況，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的運(yùn)用有著非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，極大地減少了輸送電纜的數(shù)量，另外其他的架設(shè)材料如鋼管、梁架、型材等也使用量也同樣下降。工程材料和設(shè)備使用量的減少，使得該系統(tǒng)實(shí)施的工期也變短，進(jìn)一步降低了整體制造成本。同時(shí)調(diào)試過(guò)程也非常簡(jiǎn)單，只要開啟現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，即可實(shí)現(xiàn)閥門的氣動(dòng)調(diào)試。該控制系統(tǒng)在控制運(yùn)行中信號(hào)輸送穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，沒(méi)有出現(xiàn)氣動(dòng)閥門的誤控或失控狀況。進(jìn)一步強(qiáng)化控制指示和功能，可以便于工藝系統(tǒng)調(diào)試和檢修。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于氣動(dòng)閥門的控制，并非所有場(chǎng)合都適用，一般現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)用于成組控制的閥門，可以有效減少接線數(shù)量，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，但是對(duì)于一些閥門少而分散的場(chǎng)合并不適用，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線接口造價(jià)要比普通電纜高出許多。所以在運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)控制閥門時(shí)需要分清場(chǎng)合，選擇最為經(jīng)濟(jì)的控制方式。

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