現場總線電動執(zhí)行機構在長輸管線中的應用

1現場總線技術簡介

現場總線(FIELDBUS)是將自動化最底層的現場控制器和現場智能儀表設備互連的實時控制通訊網絡，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。現場總線控制系統(tǒng)(FCS)則是用開放的現場總線控制通訊網絡將自動化最底層的現場控制器和現場智能儀表設備互連的實時網絡控制系統(tǒng)。

現場總線技術發(fā)展迅速，目前已開發(fā)出40多種現場總線，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。

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

2總線式電動執(zhí)行機構的優(yōu)點

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

2.1現場使用的輔助設備少。傳統(tǒng)的現場接線極為費時、費力：每臺儀表都必須要有至少7-14根控制線才能將執(zhí)行機構的參數傳遞到控制系統(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)省了相應的電纜槽、配電柜等硬件，降低了費用，而且還便利了現場接線。

2.2可靠性高。采用現場總線方式，其輸出為數字信號。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，不僅減少了信號轉換過程中的損失，增加了抗干擾能力，而且所傳遞信號的質量也是非常穩(wěn)定可靠。以儀征—長嶺原油管道工程為例，使用帶現場總線的執(zhí)行機構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，順利的進行調試，保證了管線的及時投產，正常輸送。同時，運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操作維護方便。采用了現場總線的執(zhí)行機構具有雙向通訊功能，操作人員在控制室既可對現場執(zhí)行機構進行標定、參數設置和功能組態(tài)，還可在線監(jiān)測裝置的工作情況，進行故障診斷和事故預測、實施狀態(tài)維修，不再需要像過去那樣一定要到現場去。由于執(zhí)行機構時刻處于被監(jiān)控狀態(tài)，因此使用和維護十分方便。

2.4可實現遠程編程、操作和診斷。當執(zhí)行機構在現場出現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絡的途徑來進行遠程會診，而不必到現場解決，盡可能減少閥門的故障時間。

3總線式電動執(zhí)行機構在長輸管線中的應用

電動執(zhí)行機構是過程控制系統(tǒng)中一個十分重要的現場驅動裝置，具有行程控制、力矩保護、手動電動切換操作、遠方及就地控制等功能，可以將上位控制設備和系統(tǒng)(調節(jié)器、PLC、DCS)給出的電量指令信號轉化為相應的位移，驅動最終的控制部分如閥門等系統(tǒng)所要求的位置，以調節(jié)和控制流量、溫度、壓力等過程參數，實現系統(tǒng)的過程控制。

3.1總線的主控制單元與設備之間的連接在儀征—長嶺原油管道工程中，電動執(zhí)行機構的控制采用了現場總線式通訊。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DI和DO 800點，總計費用達到92.4萬余元，而用總線式閥門僅需要信號電纜約3.0Km，費用僅為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，經濟效益十分明顯。

3.2現場總線的保護在長輸管線中，對于傳統(tǒng)的總線控制系統(tǒng)而言，出現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大保障功能的冗余結構。兩根屏蔽的雙絞線一進一出用于單通道操作，每根電纜中的兩根線互為冗余，實現雙通道操作，如果其中一根線路出現故障、斷開、短路和接地等系統(tǒng)就能夠及時地啟動保護系統(tǒng)，保證整個SCADA系統(tǒng)的正常運行。

當執(zhí)行器或執(zhí)行器所控制的設備出現問題時，系統(tǒng)能夠及時地給予識別，并將該執(zhí)行器的各項參數反饋給主控裝置，或者將該節(jié)點從整個系統(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。

3.3現場總線供電的質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量，以確?？偩€供電的可靠性。

4結束語

總線式電動執(zhí)行機構以它現場使用的輔助設備少，可靠性高，操作維護方便等優(yōu)點，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)行機構一定會得到更為廣泛的應用。