2017-06-20 16:29:19

  隨著對過程控製係統安全性要求的不斷提高,現場總線控製方案正逐漸取代傳統控製方案,成為越來越多工程的常規控製手段之一。作為重要控製終端之一的電動執行機構也要不斷適應現場總線技術變化的需求。本文通過一工程實例,概述如何選取適合項目的現場總線方案,保證係統安全、可靠、高效運行。

??1、現場總線簡介??

  計算機及其網絡技術的不斷發展給自動控製領域帶來了巨大進步。現場總線概念於1982年首先由歐洲提出,到1999年國際電工委員會製定出了IEC61158現場總線國際標準。現場總線控製技術是當前控製領域裏發展十分迅速並逐漸成熟的一門技術,它使用全數字化的傳輸技術取代傳統現場儀表一對一的4~20mA電流信號連接技術,給自動控製技術帶來了全新的觀念,其發展的結果必將是取代DCS係統孤立、開放程度低的現狀,建立起不依賴任何廠商的開放式控製係統,並建立統一的工廠底層信息網絡,任何遵守相同標準的不同廠家生產的設備均可即插即用並與之連接進行信息交換和操作,實現完全的分散式控製係統。根據IEC61158標準,有8種類型的現場總線成為國際標準現場總線。Profibus、DeviceNet、FoundationFieldbus等都是符合國際標準的主流現場總線。

??2、電動執行機構上應用現場總線的優勢??

  石油化工行業的過程控製是連續的,電動執行機構的作用是將各種標準控製信號,如開、關、停信號及閥門開度模擬量信號(0/4~20mA,0~10V,0~5V等)和數字量信號,轉化成相應的輸出動作位移。現場總線控製係統在接收到傳感器的流量或壓力或溫度信號後,根據工藝要求,電動執行機構接收到聯鎖指令及位置信號後,經功率控製模塊或伺服放大模塊驅動電動執行機構運行走到相應位置,電動執行機構在整個控製係統中起著舉足輕重的作用,它的好壞,將直接影響著過程控製工業生產的質量、安全、環境保護、能源消耗等。

  由於電動執行機構具有多個控製輸入/輸出信號,需要約7~14根控製線才能將執行機構的參數傳遞到控製係統的控製模板上。而采用現場總線,一個環路中的所有執行器被一根屏蔽雙絞線串聯起來,所有控製及反饋信息均通過這根雙絞線進行傳輸,完全取代傳統的多芯電纜。當需要增加執行器時,隻需一根雙絞線和上級控製裝置的一個串口,並不需要對每個執行器都單獨增加多芯電纜,更不需要增加係統大量的I/O接口,可大大節約投資。

  采用現場總線的執行機構具有雙向通訊功能,操作人員在控製室既可對現場執行機構進行標定、參數設置、功能組態,還可在線監測裝置的工作情況、運行故障診斷和事故預測、實施狀態維修,可以最大限度地縮短檢修時間,提高檢修質量,降低檢修費用。當出現一些在現場無法解決的難題時,還可以通過總線接口來進行遠程通信實施遠程技術支持,不再需要像過去一定要到現場去。由於執行機構時刻處於被監控狀態,因此使用和維護十分方便。

  此外,現場總線輸出為數字信號,比起傳統模擬式傳輸,不僅減少了信號在傳輸過程中的失真,且增加了抗幹擾能力,傳輸信號穩定、可靠。

??3、工程實例概況??

  中油惠印石化倉儲基地為中國石油天然氣股份有限公司廣東銷售分公司在廣東惠州市大亞灣經濟技術開發區的一級成品油商業儲備庫,主要功能是為中國石油成品油銷售提供倉儲。項目新建共6台30,000m3/罐的成品油儲罐,已於2011年春節前通過整體驗收。

  該項目采用雙重熱備PLC係統,CPU、電源、通訊模塊等1∶1冗餘。項目現場一期共使用電動閘閥46台,以後將擴展到72台。考慮到安裝維護及日後擴展的便捷性,選擇帶現場總線的智能電動執行機構。

??4、總線方案選取??

  實例項目選取某國外知名品牌的智能型電動執行機構。該產品默認拓撲結構通過執行機構控製器(MasterStation)運行內部總線協議並組建雙線環網結構,以RS485(Modbus協議)接口與PLC通訊(見圖1)。該結構下所有執行機構通過2根2芯屏蔽雙絞線為媒介串接成環形,且雙線環網具有雙向傳輸通訊特性,即總線信號可經控製器A端口發出,按執行機構物理連接順序1#,2#,...N-1#,N#巡檢,再由B端口接收;也可以反向由B端口發出,按順序N#,N-1#,...2#,1#巡檢,由A端口接收。當控製環路中某一執行機構故障時,故障點從控製鏈路上自動脫離,控製器信號可同時從A端口及B端口發出,保證控製鏈路在不受故障影響下繼續運行;當故障閥門維護完畢可重新掛上網絡,係統恢複常態運行。

  然而,此拓撲結構需要額外增加執行機構控製器(MasterStation),且控製器沒有備用接口連接PLC冗餘通訊模塊,沒有充分利用雙重熱備係統的冗餘性。要達到完全冗餘則需要增加兩套MasterStation,將大大增加項目成本。

  現場總線相對於整個電動執行機構來講是一個部件,即通訊接口卡。不同的現場總線要采用不同的通訊控製卡,如果是Modbus或Profibus現場總線,就必須分別采用能夠與Modbus或Profibus總線進行通訊的通訊卡,不同的現場總線由於標準不同,不能相互兼容。在使用過程中,隻有具有遵循同一總線要求的設備才能相互通訊。

第1頁  第2頁  

http://www.autooo.net/papers/paper/2017-06-20/172360.html