周衛(wèi)華

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

【關鍵詞】氣動閥門；控制；現(xiàn)場總線

1 傳統(tǒng)氣動閥門控制手段與控制系統(tǒng)

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

傳統(tǒng)閥門控制系統(tǒng)的連接方式幾乎都是一對一、點對點的物理連接方式，需要鋪設大量的輸送電纜和連接設備，而且如果閥門量非常多時，需要非常多的接口設備，導致整個閥門系統(tǒng)的成本造價急劇上升。此外，控制信號的傳遞均為標準模擬信號，進行長途傳送的遠方控制時，一旦出現(xiàn)信號干擾源，就會導致閥門出現(xiàn)誤控或失控，致使整個控制系統(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、信息共享實現(xiàn)困難、無法實現(xiàn)超長距離的信息傳遞等等。盡管后來出現(xiàn)的DCS控制系統(tǒng)利用分層結(jié)構(gòu)，解決了一對一控制的一些缺點，實現(xiàn)數(shù)字信號和模擬信號混合，但是依舊無法徹底解決因模擬信號本身而產(chǎn)生的問題，依舊會導致閥門控制存在隱患，并且每一個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品都有著各自的特點，無法實現(xiàn)通用。

2 現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)特點

現(xiàn)場總線技術(shù)是最近十年來迅速發(fā)展起來的一種新型自動化控制技術(shù)，集計算機、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)場總線技術(shù)打破了傳統(tǒng)的一對一、點對點的物理連接方式，是一次工業(yè)現(xiàn)場級設備通信的數(shù)字化革命?，F(xiàn)場總線技術(shù)的運用使得閥門控制系統(tǒng)與閥門設備控制之間的聯(lián)系更加簡單、便捷，與傳統(tǒng)就地控制和遠方控制的模擬信號控制系統(tǒng)相比，基于現(xiàn)場總線技術(shù)的閥門控制系統(tǒng)具有非常顯著的特點：

2.1 結(jié)構(gòu)組成簡單、開發(fā)成本低

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一點對多點的控制手段，可以保證一堆線路連接多臺設備，雙向傳遞數(shù)字信號。這樣的連接方式突破了傳統(tǒng)點對點的連接手段，模擬信號輸出存在的問題，進而節(jié)約了大量的接線和空間，減少了接線點，降低抗干擾因素，使得安裝進而維護非常便利?？梢灾徊捎脙筛娎|和四根線，就能實現(xiàn)多臺設備之間的互通。

2.2 具有非常好的穩(wěn)定性

采用現(xiàn)場總線技術(shù)對氣動閥門進行控制，輸出傳遞的信號均為數(shù)字信號?？梢杂行Ы档托盘栐谧儞Q過程中的丟失，大大增強抗干擾能力，而且由于數(shù)字信號本身的特性，信號的床底質(zhì)量穩(wěn)定性也非常高。同時，也減少了許多輔助設備的使用，能夠有效降低人為控制氣動閥門失誤的概率。

2.3 操作簡單，維護方便

采用現(xiàn)場總線技術(shù)即實現(xiàn)了雙向通訊、雙向傳遞信號的功能，技術(shù)人員不僅可以在控制室內(nèi)對氣動閥門控制現(xiàn)場的閥門裝置進行相應的序號標定、參數(shù)設置及功能組態(tài)等，而且能夠?qū)崟r觀察到現(xiàn)場閥門的工作狀態(tài)，方便設備的維護。同時還可以進行遠程編程控制和診斷，實時對閥門狀態(tài)進行檢測，一旦出現(xiàn)任何問題，都可以進行自我診斷，再通過遠程編程實現(xiàn)遠程控制會診，解決故障。

3 基于現(xiàn)場總線技術(shù)的氣動閥門控制實例分析

現(xiàn)場總線技術(shù)一般用于成組規(guī)模的閥門控制，每一組閥門稱為一個閥島。下面介紹某研究所進行物料輸送時，采用現(xiàn)場總線技術(shù)對氣動閥門進行控制的實例，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 應用現(xiàn)場總線技術(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、PLC以及現(xiàn)場總線技術(shù)，PC總控制機使用工業(yè)型控制計算機，PLC使用的是西門子S7—300系列，PC與PLC之間的通訊連接通過以太網(wǎng)完成，通訊的媒介為超5類UTP?，F(xiàn)場總線技術(shù)是采用PROFIBUS—DP協(xié)議連接PLC與就地控制設備，輸出速率峰值可達12Mbps。而現(xiàn)場閥門的控制依靠基于FESTO CPV10型的智能閥島，其上附有現(xiàn)場總線接口，同時裝有就地操作按鍵、指示燈和閥位的反饋信息模塊。

結(jié)合該系統(tǒng)控制氣動閥門的效果以及整個工程運行的實際情況，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的運用有著非常顯著的優(yōu)點，極大地減少了輸送電纜的數(shù)量，另外其他的架設材料如鋼管、梁架、型材等也使用量也同樣下降。工程材料和設備使用量的減少，使得該系統(tǒng)實施的工期也變短，進一步降低了整體制造成本。同時調(diào)試過程也非常簡單，只要開啟現(xiàn)場總線通訊，即可實現(xiàn)閥門的氣動調(diào)試。該控制系統(tǒng)在控制運行中信號輸送穩(wěn)定，抗干擾能力強，沒有出現(xiàn)氣動閥門的誤控或失控狀況。進一步強化控制指示和功能，可以便于工藝系統(tǒng)調(diào)試和檢修。

4 結(jié)語

現(xiàn)場總線技術(shù)應用于氣動閥門的控制，并非所有場合都適用，一般現(xiàn)場總線運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)運行的可靠性，但是對于一些閥門少而分散的場合并不適用，因為現(xiàn)場總線接口造價要比普通電纜高出許多。所以在運用現(xiàn)場總線技術(shù)控制閥門時需要分清場合，選擇最為經(jīng)濟的控制方式。

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