現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構在長(cháng)輸管線(xiàn)中的應用

1現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介

現場(chǎng)總線(xiàn)(FIELDBUS)是將自動(dòng)化最底層的現場(chǎng)控制器和現場(chǎng)智能儀表設備互連的實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò )，遵循ISO的OSI開(kāi)放系統互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議。現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)則是用開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)控制通訊網(wǎng)絡(luò )將自動(dòng)化最底層的現場(chǎng)控制器和現場(chǎng)智能儀表設備互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )控制系統。

現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)發(fā)展迅速，目前已開(kāi)發(fā)出40多種現場(chǎng)總線(xiàn)，如Interbus，Bitbus，DeviceNet，Modbus，Arcnet，P-Net，FIP，ISP等，其中應用比較廣泛的主要的有FF，Profibus，HART，CAN，Modbus和LonWorks等。

隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)的出現與發(fā)展，國外電動(dòng)執行機構廠(chǎng)家從80年代起就相繼推出了符合現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構。近年來(lái)，國外電動(dòng)執行機構產(chǎn)品獲得了迅速的發(fā)展，一些在國際上有影響的生產(chǎn)工業(yè)閥門(mén)和執行器的專(zhuān)業(yè)化大公司相繼開(kāi)發(fā)設計出符合現場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議的閥門(mén)和執行器產(chǎn)品，形成許多系列，廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域中。國外電動(dòng)執行機構的代表產(chǎn)品有費歇爾一羅斯蒙特公司(FISH-ER-ROSMOUNT)的FIELDV數字閥門(mén)控制器，西門(mén)子公司((SIEMENS)的SIPART智能定位器和SIPOS智能執行機構，瑞士ABB公司向國內市場(chǎng)推出的CONTRAC，ONTRAC智能總線(xiàn)型電動(dòng)執行機構和英國ROTROK公司推出的IQ智能型電動(dòng)執行機構等。

2總線(xiàn)式電動(dòng)執行機構的優(yōu)點(diǎn)

根據電動(dòng)執行機構的結構和性能要求，在執行機構上也可使用現場(chǎng)總線(xiàn)。在電動(dòng)執行機構上應用現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)勢主要有如下幾點(diǎn)：

2.1現場(chǎng)使用的輔助設備少。傳統的現場(chǎng)接線(xiàn)極為費時(shí)、費力：每臺儀表都必須要有至少7-14根控制線(xiàn)才能將執行機構的參數傳遞到控制系統的控制模板上。而采用總線(xiàn)通訊方式，即使是在冗余的情況下，也僅需要兩根電纜4根線(xiàn)，且無(wú)須任何隔離和轉換以及輸入輸出模塊，同時(shí)減少了大量的信號電纜、節省了相應的電纜槽、配電柜等硬件，降低了費用，而且還便利了現場(chǎng)接線(xiàn)。

2.2可靠性高。采用現場(chǎng)總線(xiàn)方式，其輸出為數字信號。這與傳統的輸出為模擬信號的執行器比起來(lái)就大不一樣了，不僅減少了信號轉換過(guò)程中的損失，增加了抗干擾能力，而且所傳遞信號的質(zhì)量也是非常穩定可靠。以?xún)x征—長(cháng)嶺原油管道工程為例，使用帶現場(chǎng)總線(xiàn)的執行機構可以減少大量的接線(xiàn)工作和中間過(guò)渡裝置，從而就避免了很多施工人員人為的一些錯誤和系統故障，順利的進(jìn)行調試，保證了管線(xiàn)的及時(shí)投產(chǎn)，正常輸送。同時(shí)，運用總線(xiàn)式電裝也大大提高了長(cháng)輸管線(xiàn)SCADA系統對閥門(mén)控制的安全可靠性。

2.3操作維護方便。采用了現場(chǎng)總線(xiàn)的執行機構具有雙向通訊功能，操作人員在控制室既可對現場(chǎng)執行機構進(jìn)行標定、參數設置和功能組態(tài)，還可在線(xiàn)監測裝置的工作情況，進(jìn)行故障診斷和事故預測、實(shí)施狀態(tài)維修，不再需要像過(guò)去那樣一定要到現場(chǎng)去。由于執行機構時(shí)刻處于被監控狀態(tài)，因此使用和維護十分方便。

2.4可實(shí)現遠程編程、操作和診斷。當執行機構在現場(chǎng)出現了一些難以解決的問(wèn)題時(shí)，廠(chǎng)家可以利用裝置上帶有的通訊接口通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的途徑來(lái)進(jìn)行遠程會(huì )診，而不必到現場(chǎng)解決，盡可能減少閥門(mén)的故障時(shí)間。

3總線(xiàn)式電動(dòng)執行機構在長(cháng)輸管線(xiàn)中的應用

電動(dòng)執行機構是過(guò)程控制系統中一個(gè)十分重要的現場(chǎng)驅動(dòng)裝置，具有行程控制、力矩保護、手動(dòng)電動(dòng)切換操作、遠方及就地控制等功能，可以將上位控制設備和系統(調節器、PLC、DCS)給出的電量指令信號轉化為相應的位移，驅動(dòng)最終的控制部分如閥門(mén)等系統所要求的位置，以調節和控制流量、溫度、壓力等過(guò)程參數，實(shí)現系統的過(guò)程控制。

3.1總線(xiàn)的主控制單元與設備之間的連接在儀征—長(cháng)嶺原油管道工程中，電動(dòng)執行機構的控制采用了現場(chǎng)總線(xiàn)式通訊。在總線(xiàn)控制下，一個(gè)環(huán)路中的所有執行器被一根屏蔽雙絞線(xiàn)串聯(lián)起來(lái)，所有控制及反饋信息均通過(guò)這根雙絞線(xiàn)進(jìn)行傳輸，完全取代傳統的十四線(xiàn)制。只需一根雙絞線(xiàn)和上級控制裝置(PLC或集散控制系統DCS)的一個(gè)串口，并不需要對每個(gè)執行器都單獨使用一根多芯電纜，更不需要增加PLC大量的I／0接口。以懷寧站為例，電動(dòng)閥門(mén)如用常規控制電纜需29.7Km，控制點(diǎn)DI和DO 800點(diǎn)，總計費用達到92.4萬(wàn)余元，而用總線(xiàn)式閥門(mén)僅需要信號電纜約3.0Km，費用僅為4.2萬(wàn)，僅此一項就可以節約資金88.2萬(wàn)，還不包括它的施工路由以及回填。由此可見(jiàn)采用總線(xiàn)式閥門(mén)，經(jīng)濟效益十分明顯。

3.2現場(chǎng)總線(xiàn)的保護在長(cháng)輸管線(xiàn)中，對于傳統的總線(xiàn)控制系統而言，出現線(xiàn)路故障是非常致命的。在儀征—長(cháng)嶺原油管道工程中，在執行器上就采用了具有強大保障功能的冗余結構。兩根屏蔽的雙絞線(xiàn)一進(jìn)一出用于單通道操作，每根電纜中的兩根線(xiàn)互為冗余，實(shí)現雙通道操作，如果其中一根線(xiàn)路出現故障、斷開(kāi)、短路和接地等系統就能夠及時(shí)地啟動(dòng)保護系統，保證整個(gè)SCADA系統的正常運行。

當執行器或執行器所控制的設備出現問(wèn)題時(shí)，系統能夠及時(shí)地給予識別，并將該執行器的各項參數反饋給主控裝置，或者將該節點(diǎn)從整個(gè)系統中脫開(kāi)，以維持整個(gè)系統的穩定。由于總線(xiàn)系統自身具有的自診斷功能，當使用總線(xiàn)控制時(shí)，可以最大限度地縮短檢修時(shí)間，提高檢修質(zhì)量，降低檢修費用。當出現一些在現場(chǎng)無(wú)法解決的難題時(shí)，還可以通過(guò)總線(xiàn)接口來(lái)進(jìn)行遠程通信實(shí)施遠程技術(shù)支持。

3.3現場(chǎng)總線(xiàn)供電的質(zhì)量保證由于總線(xiàn)系統對環(huán)境要求比較高，因此在使用時(shí)要保持供電電源的質(zhì)量，以確?？偩€(xiàn)供電的可靠性。

4結束語(yǔ)

總線(xiàn)式電動(dòng)執行機構以它現場(chǎng)使用的輔助設備少，可靠性高，操作維護方便等優(yōu)點(diǎn)，正在被逐步的推行使用。隨著(zhù)長(cháng)輸管線(xiàn)的發(fā)展，各種過(guò)程控制要求的不斷提高，總線(xiàn)式電動(dòng)執行機構一定會(huì )得到更為廣泛的應用。