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電動閥門執行器的原理及應用
[ 2016-12-14 ]
電動執行器是天然氣長輸管道中常用的現場控制設備，其智能化程度的高低、所含信息的多少和對故障的診斷與容錯能力直接影響到數據采集與監控系統的可靠性、穩定性和易用性。大型站場中的數量多且分散，采用普通的硬布線繁多，這在一定程度上使站場監控系統的設計復雜化。
一、電動閥門執行器現場總線控制系統
近年來，在世界工業閥門和執行器生產制造中占有主導地位的專業化公司相繼推出各自為閥門執行器開發設計的現場總線控制系統。其中主要有美國Limitorque公司的DDC - 100TM系統、美國Key-stone公司的KEYD IG系統和英國Rotork公司的Pakscan IIE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，都完全實現了閥門執行器等現場裝置與上位控制系統的通信和智能化控制。
1、 系統特點
電動閥門執行器現場總線控制系統是根據用戶需要最新發展起來的“FCS”（現場控制系統）。其系統配置和構成靈活多變，具有很強的適用性和擴展能力。它很好地解決了現場最常見的有關干擾噪聲、控制距離、接點容量和工作環境等方面的問題，具有如下特點：
2、 電纜成本降低
電動閥門執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。在常規控制系統中，接到每臺閥門執行器上的控制電纜芯數依據其傳輸信號數量而定，最多的可達22根，而閥門執行器現場總路線控制系統中的所有閥門執行器的連接只需要兩芯或三芯電纜即可完成。
3、 控制系統成本降低
由于采用總線控制方式，上位控制系統節省了大量的I/O卡件和防浪涌保護設備。
4、 系統容量大
根據使用要求和系統規模，閥門執行器現場總線控制系統允許在10～20km的一條通信環路上接入100～250臺閥門執行器等各種類型的現場裝置。在整個有效通信環路內，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路內閥門執行器等裝置之間的距離。
5、安裝調試成本降低
安裝調試成本降低，由于每臺電動執行機構在接線時只涉及4個接線端子。而傳統控制方式每臺電動執行機構所涉及的接線端子少則14個多則30多個，使得安裝調試非常煩瑣。
6、信息傳遞量大幅度提高
由于采用雙線控制方式可完成傳統22芯電纜所能實現的信息傳遞，使得雙線控制方式所能實現的信息傳遞量得以大幅度提升。
6、 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子系統參與過程控制，使用時還可將閥門執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。
7、在電動閥門執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。
二、系統結構
不同的電動閥門執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、通信環路和現場單元（本體為閥門執行器）組成。
1、主控站
主控站多采用工業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進行控制和監視。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、系統狀態和控制邏輯畫面，并通過鍵盤隨時發出操作命令，設置系統必要的工作參數條件。DDC-100TM系統和KEYD IG系統采用工業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，裝有監視環路工作狀態的液晶顯示器、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執行器。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。它可在主控站發生故障后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。
2、通信環路
一般工業現場中的電動閥門執行器與控制室之間傳輸信號所需的接線十分繁雜，安裝與維修都很困難，費用也很高。而電動閥門執行器現場總線控制系統中使用的兩線或三線電纜既安裝簡單、維修方便、易于擴展、成本低、節省費用。特別是系統中所有閥門執行器用這種電纜一臺一臺串接起來后形成一條閉合的環路時，每臺閥門執行器都能從環路的兩個方向與主控站進行信息和數據的交換，相當又給系統增加了一條冗余通信路徑。
三、 系統工作原理
系統運行期間，除了正常的工作之外，環路電纜不停地被掃描查詢，以確定其是否完整。若通信環路完整無損，主控站將依過程控制的需要通過環路電纜向現場單元發送控制命令，同時接受現場單元發回的工作狀態信息。當然，所有現場單元都已預先設置好了地址并隨時準備接受命令和接受查詢。一般情況下，主控站要發數次命令。每發一次命令，都要接收到被詢址現場單元的應答一次，否則，系統將按環路故障進行處理?，F場單元的應答時間則由現場單元的數量以及環路距離所決定。
一、電動閥門執行器現場總線控制系統
近年來，在世界工業閥門和執行器生產制造中占有主導地位的專業化公司相繼推出各自為閥門執行器開發設計的現場總線控制系統。其中主要有美國Limitorque公司的DDC - 100TM系統、美國Key-stone公司的KEYD IG系統和英國Rotork公司的Pakscan IIE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，都完全實現了閥門執行器等現場裝置與上位控制系統的通信和智能化控制。
1、 系統特點
電動閥門執行器現場總線控制系統是根據用戶需要最新發展起來的“FCS”（現場控制系統）。其系統配置和構成靈活多變，具有很強的適用性和擴展能力。它很好地解決了現場最常見的有關干擾噪聲、控制距離、接點容量和工作環境等方面的問題，具有如下特點：
2、 電纜成本降低
電動閥門執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。在常規控制系統中，接到每臺閥門執行器上的控制電纜芯數依據其傳輸信號數量而定，最多的可達22根，而閥門執行器現場總路線控制系統中的所有閥門執行器的連接只需要兩芯或三芯電纜即可完成。
3、 控制系統成本降低
由于采用總線控制方式，上位控制系統節省了大量的I/O卡件和防浪涌保護設備。
4、 系統容量大
根據使用要求和系統規模，閥門執行器現場總線控制系統允許在10～20km的一條通信環路上接入100～250臺閥門執行器等各種類型的現場裝置。在整個有效通信環路內，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路內閥門執行器等裝置之間的距離。
5、安裝調試成本降低
安裝調試成本降低，由于每臺電動執行機構在接線時只涉及4個接線端子。而傳統控制方式每臺電動執行機構所涉及的接線端子少則14個多則30多個，使得安裝調試非常煩瑣。
6、信息傳遞量大幅度提高
由于采用雙線控制方式可完成傳統22芯電纜所能實現的信息傳遞，使得雙線控制方式所能實現的信息傳遞量得以大幅度提升。
6、 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子系統參與過程控制，使用時還可將閥門執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。
7、在電動閥門執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。
二、系統結構
不同的電動閥門執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、通信環路和現場單元（本體為閥門執行器）組成。
1、主控站
主控站多采用工業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進行控制和監視。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、系統狀態和控制邏輯畫面，并通過鍵盤隨時發出操作命令，設置系統必要的工作參數條件。DDC-100TM系統和KEYD IG系統采用工業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，裝有監視環路工作狀態的液晶顯示器、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執行器。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。它可在主控站發生故障后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。
2、通信環路
一般工業現場中的電動閥門執行器與控制室之間傳輸信號所需的接線十分繁雜，安裝與維修都很困難，費用也很高。而電動閥門執行器現場總線控制系統中使用的兩線或三線電纜既安裝簡單、維修方便、易于擴展、成本低、節省費用。特別是系統中所有閥門執行器用這種電纜一臺一臺串接起來后形成一條閉合的環路時，每臺閥門執行器都能從環路的兩個方向與主控站進行信息和數據的交換，相當又給系統增加了一條冗余通信路徑。
三、 系統工作原理
系統運行期間，除了正常的工作之外，環路電纜不停地被掃描查詢，以確定其是否完整。若通信環路完整無損，主控站將依過程控制的需要通過環路電纜向現場單元發送控制命令，同時接受現場單元發回的工作狀態信息。當然，所有現場單元都已預先設置好了地址并隨時準備接受命令和接受查詢。一般情況下，主控站要發數次命令。每發一次命令，都要接收到被詢址現場單元的應答一次，否則，系統將按環路故障進行處理?，F場單元的應答時間則由現場單元的數量以及環路距離所決定。
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