現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在長輸管線中的應(yīng)用

1現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

現(xiàn)場總線(FIELDBUS)是將自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時控制通訊網(wǎng)絡(luò)，遵循ISO的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)則是用開放的現(xiàn)場總線控制通訊網(wǎng)絡(luò)將自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展迅速，目前已開發(fā)出40多種現(xiàn)場總線，如Interbus，Bitbus，DeviceNet，Modbus，Arcnet，P- Net，F(xiàn)IP，ISP等，其中應(yīng)用比較廣泛的主要的有FF，Profibus，HART，CAN，Modbus和LonWorks等。

隨著現(xiàn)場總線的出現(xiàn)與發(fā)展，國外電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)廠家從80年代起就相繼推出了符合現(xiàn)場總線的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。近年來，國外電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)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)閥門和執(zhí)行器的專業(yè)化大公司相繼開發(fā)設(shè)計出符合現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的閥門和執(zhí)行器產(chǎn)品，形成許多系列，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中。國外電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的代表產(chǎn)品有費(fèi)歇爾一羅斯蒙特公司(FISH-ER-ROSMOUNT)的FIELDV數(shù)字閥門控制器，西門子公司 ((SIEMENS)的SIPART智能定位器和SIPOS智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，瑞士ABB公司向國內(nèi)市場推出的CONTRAC，ONTRAC智能總線型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和英國ROTROK公司推出的IQ智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

2總線式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能要求，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上也可使用現(xiàn)場總線。在電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)上應(yīng)用現(xiàn)場總線的優(yōu)勢主要有如下幾點(diǎn)：

2.1現(xiàn)場使用的輔助設(shè)備少。傳統(tǒng)的現(xiàn)場接線極為費(fèi)時、費(fèi)力：每臺儀表都必須要有至少7-14根控制線才能將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)傳遞到控制系統(tǒng)的控制模板上。而采用總線通訊方式，即使是在冗余的情況下，也僅需要兩根電纜4根線，且無須任何隔離和轉(zhuǎn)換以及輸入輸出模塊，同時減少了大量的信號電纜、節(jié)省了相應(yīng)的電纜槽、配電柜等硬件，降低了費(fèi)用，而且還便利了現(xiàn)場接線。

2.2可靠性高。采用現(xiàn)場總線方式，其輸出為數(shù)字信號。這與傳統(tǒng)的輸出為模擬信號的執(zhí)行器比起來就大不一樣了，不僅減少了信號轉(zhuǎn)換過程中的損失，增加了抗干擾能力，而且所傳遞信號的質(zhì)量也是非常穩(wěn)定可靠。以儀征—長嶺原油管道工程為例，使用帶現(xiàn)場總線的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以減少大量的接線工作和中間過渡裝置，從而就避免了很多施工人員人為的一些錯誤和系統(tǒng)故障，順利的進(jìn)行調(diào)試，保證了管線的及時投產(chǎn)，正常輸送。同時，運(yùn)用總線式電裝也大大提高了長輸管線SCADA系統(tǒng)對閥門控制的安全可靠性。

2.3操作維護(hù)方便。采用了現(xiàn)場總線的執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有雙向通訊功能，操作人員在控制室既可對現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置和功能組態(tài)，還可在線監(jiān)測裝置的工作情況，進(jìn)行故障診斷和事故預(yù)測、實(shí)施狀態(tài)維修，不再需要像過去那樣一定要到現(xiàn)場去。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)時刻處于被監(jiān)控狀態(tài)，因此使用和維護(hù)十分方便。

2.4可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程、操作和診斷。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在現(xiàn)場出現(xiàn)了一些難以解決的問題時，廠家可以利用裝置上帶有的通訊接口通過網(wǎng)絡(luò)的途徑來進(jìn)行遠(yuǎn)程會診，而不必到現(xiàn)場解決，盡可能減少閥門的故障時間。

3總線式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在長輸管線中的應(yīng)用

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是過程控制系統(tǒng)中一個十分重要的現(xiàn)場驅(qū)動裝置，具有行程控制、力矩保護(hù)、手動電動切換操作、遠(yuǎn)方及就地控制等功能，可以將上位控制設(shè)備和系統(tǒng)(調(diào)節(jié)器、PLC、DCS)給出的電量指令信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的位移，驅(qū)動最終的控制部分如閥門等系統(tǒng)所要求的位置，以調(diào)節(jié)和控制流量、溫度、壓力等過程參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過程控制。

3.1總線的主控制單元與設(shè)備之間的連接在儀征—長嶺原油管道工程中，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制采用了現(xiàn)場總線式通訊。在總線控制下，一個環(huán)路中的所有執(zhí)行器被一根屏蔽雙絞線串聯(lián)起來，所有控制及反饋信息均通過這根雙絞線進(jìn)行傳輸，完全取代傳統(tǒng)的十四線制。只需一根雙絞線和上級控制裝置(PLC或集散控制系統(tǒng)DCS)的一個串口，并不需要對每個執(zhí)行器都單獨(dú)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，電動閥門如用常規(guī)控制電纜需 29.7Km，控制點(diǎn)DI和DO 800點(diǎn)，總計費(fèi)用達(dá)到92.4萬余元，而用總線式閥門僅需要信號電纜約3.0Km，費(fèi)用僅為4.2萬，僅此一項就可以節(jié)約資金88.2萬，還不包括它的施工路由以及回填。由此可見采用總線式閥門，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

3.2現(xiàn)場總線的保護(hù)在長輸管線中，對于傳統(tǒng)的總線控制系統(tǒng)而言，出現(xiàn)線路故障是非常致命的。在儀征—長嶺原油管道工程中，在執(zhí)行器上就采用了具有強(qiáng)大保障功能的冗余結(jié)構(gòu)。兩根屏蔽的雙絞線一進(jìn)一出用于單通道操作，每根電纜中的兩根線互為冗余，實(shí)現(xiàn)雙通道操作，如果其中一根線路出現(xiàn)故障、斷開、短路和接地等系統(tǒng)就能夠及時地啟動保護(hù)系統(tǒng)，保證整個SCADA系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

當(dāng)執(zhí)行器或執(zhí)行器所控制的設(shè)備出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)能夠及時地給予識別，并將該執(zhí)行器的各項參數(shù)反饋給主控裝置，或者將該節(jié)點(diǎn)從整個系統(tǒng)中脫開，以維持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定。由于總線系統(tǒng)自身具有的自診斷功能，當(dāng)使用總線控制時，可以最大限度地縮短檢修時間，提高檢修質(zhì)量，降低檢修費(fèi)用。當(dāng)出現(xiàn)一些在現(xiàn)場無法解決的難題時，還可以通過總線接口來進(jìn)行遠(yuǎn)程通信實(shí)施遠(yuǎn)程技術(shù)支持。

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

4結(jié)束語

總線式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以它現(xiàn)場使用的輔助設(shè)備少，可靠性高，操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，正在被逐步的推行使用。隨著長輸管線的發(fā)展，各種過程控制要求的不斷提高，總線式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一定會得到更為廣泛的應(yīng)用。