探究氣動閥門控制的現場總線技術應用

周衛華

【摘 要】氣動閥門廣泛運用于各種工業生產中，如電氣、機械水電、石油化工等，氣動閥門的傳統控制手段有許多劣勢，控制成本高、易造成安全問題等，所以筆者在此提出在氣動閥門控制中采用現場總線技術，可以提高整體控制穩定性和安全性，降低控制成本。

【關鍵詞】氣動閥門；控制；現場總線

1 傳統氣動閥門控制手段與控制系統

氣動閥門傳統開關控制主要采用就地控制和遠方控制。自動化要求不高的情況下主要采用就地控制手段，在進行就地控制時，技術人員操作相關控制按鍵，實現電磁閥線圈的通斷電，電磁閥也就實現換向，使得氣缸開始運動，最終實現閥門的開啟或關閉。技術人員判斷閥門的開關狀態主要依靠開關按鍵周圍的指示燈來確定。而隨著自動化水平的不斷提高，氣動閥門控制對自動化要求成都也越來越高，遠方控制手段的應用也逐漸廣泛運用。在進行早期的遠方控制時，技術人員主要在遠方控制室，或者使用一些遠方控制設備例如可編程控制器等進行控制，在輸送電纜的媒介作用下，由遠方控制室發出的閥門開關控制信號經過輸送電纜就可以穿到遠方的氣動閥門所在位置，實現閥門的開關控制，技術人員判斷閥門的開關狀態與就地操作一致，也是依靠開關按鍵周圍的指示燈來確定。

傳統閥門控制系統的連接方式幾乎都是一對一、點對點的物理連接方式，需要鋪設大量的輸送電纜和連接設備，而且如果閥門量非常多時，需要非常多的接口設備，導致整個閥門系統的成本造價急劇上升。此外，控制信號的傳遞均為標準模擬信號，進行長途傳送的遠方控制時，一旦出現信號干擾源，就會導致閥門出現誤控或失控，致使整個控制系統的穩定性與可靠性大大降低。除此之外，傳統控制系統的控制精度也不高、信息共享實現困難、無法實現超長距離的信息傳遞等等。盡管后來出現的DCS控制系統利用分層結構，解決了一對一控制的一些缺點，實現數字信號和模擬信號混合，但是依舊無法徹底解決因模擬信號本身而產生的問題，依舊會導致閥門控制存在隱患，并且每一個生產廠家的產品都有著各自的特點，無法實現通用。

2 現場總線技術的控制系統特點

現場總線技術是最近十年來迅速發展起來的一種新型自動化控制技術，集計算機、通信技術、控制技術為一體，直接促使了FCS（Field Control System）控制系統的出現。現場總線技術打破了傳統的一對一、點對點的物理連接方式，是一次工業現場級設備通信的數字化革命。現場總線技術的運用使得閥門控制系統與閥門設備控制之間的聯系更加簡單、便捷，與傳統就地控制和遠方控制的模擬信號控制系統相比，基于現場總線技術的閥門控制系統具有非常顯著的特點：

2.1 結構組成簡單、開發成本低

現場總線控制系統能夠實現一點對多點的控制手段，可以保證一堆線路連接多臺設備，雙向傳遞數字信號。這樣的連接方式突破了傳統點對點的連接手段，模擬信號輸出存在的問題，進而節約了大量的接線和空間，減少了接線點，降低抗干擾因素，使得安裝進而維護非常便利。可以只采用兩根電纜和四根線，就能實現多臺設備之間的互通。

2.2 具有非常好的穩定性

采用現場總線技術對氣動閥門進行控制，輸出傳遞的信號均為數字信號。可以有效降低信號在變換過程中的丟失，大大增強抗干擾能力，而且由于數字信號本身的特性，信號的床底質量穩定性也非常高。同時，也減少了許多輔助設備的使用，能夠有效降低人為控制氣動閥門失誤的概率。

2.3 操作簡單，維護方便

采用現場總線技術即實現了雙向通訊、雙向傳遞信號的功能，技術人員不僅可以在控制室內對氣動閥門控制現場的閥門裝置進行相應的序號標定、參數設置及功能組態等，而且能夠實時觀察到現場閥門的工作狀態，方便設備的維護。同時還可以進行遠程編程控制和診斷，實時對閥門狀態進行檢測，一旦出現任何問題，都可以進行自我診斷，再通過遠程編程實現遠程控制會診，解決故障。

3 基于現場總線技術的氣動閥門控制實例分析

現場總線技術一般用于成組規模的閥門控制，每一組閥門稱為一個閥島。下面介紹某研究所進行物料輸送時，采用現場總線技術對氣動閥門進行控制的實例，系統示意圖如圖1所示。

圖1 應用現場總線技術的控制系統圖

在圖1所示中，此控制系統的主要組成結構包括PC總控制機、PLC以及現場總線技術，PC總控制機使用工業型控制計算機，PLC使用的是西門子S7—300系列，PC與PLC之間的通訊連接通過以太網完成，通訊的媒介為超5類UTP。現場總線技術是采用PROFIBUS—DP協議連接PLC與就地控制設備，輸出速率峰值可達12Mbps。而現場閥門的控制依靠基于FESTO CPV10型的智能閥島，其上附有現場總線接口，同時裝有就地操作按鍵、指示燈和閥位的反饋信息模塊。

結合該系統控制氣動閥門的效果以及整個工程運行的實際情況，可以發現現場總線技術的運用有著非常顯著的優點，極大地減少了輸送電纜的數量，另外其他的架設材料如鋼管、梁架、型材等也使用量也同樣下降。工程材料和設備使用量的減少，使得該系統實施的工期也變短，進一步降低了整體制造成本。同時調試過程也非常簡單，只要開啟現場總線通訊，即可實現閥門的氣動調試。該控制系統在控制運行中信號輸送穩定，抗干擾能力強，沒有出現氣動閥門的誤控或失控狀況。進一步強化控制指示和功能，可以便于工藝系統調試和檢修。

4 結語

現場總線技術應用于氣動閥門的控制，并非所有場合都適用，一般現場總線運用于成組控制的閥門，可以有效減少接線數量，保證系統運行的可靠性，但是對于一些閥門少而分散的場合并不適用，因為現場總線接口造價要比普通電纜高出許多。所以在運用現場總線技術控制閥門時需要分清場合，選擇最為經濟的控制方式。

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[責任編輯：朱麗娜]