張 濤

（礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

1 引言

隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及自動(dòng)化水平的提升，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)越來(lái)越多的人工操作被氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所替代，儀表系統(tǒng)的布線(xiàn)、配管、接線(xiàn)等越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)方案的合理性要求越來(lái)越高。因此，有必要不斷尋求新的更為簡(jiǎn)潔高效的設(shè)計(jì)方案來(lái)化繁為簡(jiǎn)。

在現(xiàn)場(chǎng)用氣設(shè)備氣源管路上，控制方式從傳統(tǒng)的單點(diǎn)電磁閥到集裝閥，再到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島，在不斷改進(jìn)、升級(jí)，進(jìn)入“智能制造”時(shí)代之后，正逐步朝著數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展［1］。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島已經(jīng)在汽車(chē)制造、橡膠、化工、醫(yī)藥、食品等各個(gè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用［2］，并在完善和豐富功能的道路上探索。

2 單點(diǎn)電磁閥控制型

單點(diǎn)電磁閥控制型氣源管路如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)用氣設(shè)備氣源管路上均需配置包括切斷/檢修用球閥、過(guò)濾器、減壓閥、電磁閥在內(nèi)的一整套氣源管路設(shè)備，這些設(shè)備、管件主要集中在用氣設(shè)備本體附近，在位置上相對(duì)分散。

圖1 單點(diǎn)電磁閥控制型

現(xiàn)場(chǎng)用氣設(shè)備以典型的氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥/切斷閥為例，在其電動(dòng)控制回路上，電磁閥作為數(shù)字量輸出（DO）信號(hào)需1根電纜（單線(xiàn)圈電磁閥）或2根電纜 （雙線(xiàn)圈電磁閥） 接入上級(jí)PLC或DCS控制系統(tǒng)；2個(gè)位置開(kāi)關(guān)作為數(shù)字量輸入（DI）信號(hào)需2根電纜接入上級(jí)PLC或DCS控制系統(tǒng)。

3 集裝閥控制型

集裝閥控制型典型氣源管路如圖2所示。在氣源管路上，多個(gè)電磁閥安裝在一塊集裝板上組成集裝閥，集裝板長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需要配置，集裝閥和過(guò)濾器減壓閥等設(shè)備預(yù)組裝在氣控箱內(nèi)；主進(jìn)氣口、用氣設(shè)備進(jìn)氣口、排氣口等均預(yù)留在氣控箱底板上。氣控箱作為標(biāo)準(zhǔn)件在工廠內(nèi)預(yù)組裝完成，現(xiàn)場(chǎng)施工只需連接主進(jìn)氣管和用氣設(shè)備進(jìn)氣管即可。

圖2 集裝閥控制型

在電氣控制上，氣控箱內(nèi)的集裝閥可采用1根多芯控制電纜將箱內(nèi)所有電磁閥信號(hào)（DO）接入上級(jí)控制系統(tǒng)，但氣動(dòng)閥門(mén)位置開(kāi)關(guān)信號(hào)（DI）仍需通過(guò)多根電纜在各氣動(dòng)閥門(mén)處逐一接入上級(jí)PLC或DCS控制系統(tǒng)。

4 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島控制型

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島控制型氣源管路配管如圖3所示。在氣源管路的配置上，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島與集裝閥完全一致。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島控制型

在電氣控制上，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島將電磁閥組（集裝閥）、總線(xiàn)通訊模塊/控制單元、輸入/輸出（I/O）模塊集成布置在氣控箱內(nèi)；輸入/輸出模塊的類(lèi)型和數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行自由配置，氣動(dòng)閥門(mén)的電磁閥信號(hào)接入氣控箱內(nèi)的數(shù)字量輸入（DI）模塊，位置開(kāi)關(guān)信號(hào)接入氣控箱內(nèi)的數(shù)字量輸出（DO）模塊，周?chē)渌嚓P(guān)信號(hào)也可按需接入對(duì)應(yīng)模塊，氣控箱可作為遠(yuǎn)程I/O站使用；現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型可根據(jù)主控制系統(tǒng)選擇相應(yīng)的通訊協(xié)議，如Devicenet、Profibus DP、Profinet、Ethernet/IP、Modbus TCP、AS-i等?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)用氣設(shè)備采用1根通訊電纜即可將所有信息與主控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這一方式完全符合智能制造發(fā)展規(guī)劃的方向［3］。

5 方案比較

在某濕法冶金項(xiàng)目中，共有氣動(dòng)開(kāi)關(guān)型閥門(mén)約110臺(tái)，采用上述三種控制方式的工程量比較如表1所示。

表1 工程量比較表

通過(guò)以上論述及工程實(shí)例，三種控制方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)總結(jié)如表2所示。

表2 三種供氣控制方式比較表

三種控制方式，各有其適用的工況。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于氣動(dòng)閥門(mén)數(shù)量很多且相對(duì)集中的場(chǎng)合，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作；在減少了氣源管路的同時(shí)，由于I/O模塊現(xiàn)場(chǎng)布置通過(guò)總線(xiàn)連接，大大減少了電纜的敷設(shè)量、電纜橋架及接線(xiàn)材料量；由于集成度較高，在采購(gòu)、安裝以及調(diào)試工作量方面，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)型閥島均有較大的優(yōu)勢(shì)［5］；同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島具有故障檢測(cè)、自診斷等功能［6］，符合智能化建設(shè)的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

伴隨著氣動(dòng)技術(shù)理念的更新，工業(yè)氣源管路控制也在發(fā)生顛覆性的變革；現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)作為工控領(lǐng)域的成熟技術(shù)，具有開(kāi)放性、互可操作性、功能自治性、高度分散性、準(zhǔn)確性、可靠性等特點(diǎn)，其在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯［7-8］?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)閥島，兼具閥島和總線(xiàn)技術(shù)之長(zhǎng)［9］，其技術(shù)特點(diǎn)決定了其非常適合應(yīng)用在復(fù)雜的工業(yè)流程控制中。其與Profibus PA / FF等總線(xiàn)智能儀表、總線(xiàn)智能執(zhí)行器配合使用［10-11］，將大大提升設(shè)計(jì)效率、施工時(shí)間、調(diào)試及維護(hù)工作量，為智能工廠建設(shè)奠定基礎(chǔ)。隨著智能制造規(guī)劃的推進(jìn)，在新技術(shù)、新思維的推動(dòng)下，氣動(dòng)裝置的集成化、總線(xiàn)化、無(wú)線(xiàn)化將是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。