工業氣源管路控制方案設計

張 濤

（礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

1 引言

隨著工業產業的發展及自動化水平的提升，工業現場越來越多的人工操作被氣動或電動執行機構所替代，儀表系統的布線、配管、接線等越來越復雜，對設計方案的合理性要求越來越高。因此，有必要不斷尋求新的更為簡潔高效的設計方案來化繁為簡。

在現場用氣設備氣源管路上，控制方式從傳統的單點電磁閥到集裝閥，再到現場總線閥島，在不斷改進、升級，進入“智能制造”時代之后，正逐步朝著數字化、信息化、網絡化、智能化的方向發展［1］。現場總線閥島已經在汽車制造、橡膠、化工、醫藥、食品等各個行業都有廣泛的應用［2］，并在完善和豐富功能的道路上探索。

2 單點電磁閥控制型

單點電磁閥控制型氣源管路如圖1所示。現場每臺用氣設備氣源管路上均需配置包括切斷/檢修用球閥、過濾器、減壓閥、電磁閥在內的一整套氣源管路設備，這些設備、管件主要集中在用氣設備本體附近，在位置上相對分散。

圖1 單點電磁閥控制型

現場用氣設備以典型的氣動開關閥/切斷閥為例，在其電動控制回路上，電磁閥作為數字量輸出（DO）信號需1根電纜（單線圈電磁閥）或2根電纜 （雙線圈電磁閥） 接入上級PLC或DCS控制系統；2個位置開關作為數字量輸入（DI）信號需2根電纜接入上級PLC或DCS控制系統。

3 集裝閥控制型

集裝閥控制型典型氣源管路如圖2所示。在氣源管路上，多個電磁閥安裝在一塊集裝板上組成集裝閥，集裝板長度可根據實際需要配置，集裝閥和過濾器減壓閥等設備預組裝在氣控箱內；主進氣口、用氣設備進氣口、排氣口等均預留在氣控箱底板上。氣控箱作為標準件在工廠內預組裝完成，現場施工只需連接主進氣管和用氣設備進氣管即可。

圖2 集裝閥控制型

在電氣控制上，氣控箱內的集裝閥可采用1根多芯控制電纜將箱內所有電磁閥信號（DO）接入上級控制系統，但氣動閥門位置開關信號（DI）仍需通過多根電纜在各氣動閥門處逐一接入上級PLC或DCS控制系統。

4 現場總線閥島控制型

現場總線閥島控制型氣源管路配管如圖3所示。在氣源管路的配置上，現場總線閥島與集裝閥完全一致。

圖3 現場總線閥島控制型

在電氣控制上，現場總線閥島將電磁閥組（集裝閥）、總線通訊模塊/控制單元、輸入/輸出（I/O）模塊集成布置在氣控箱內；輸入/輸出模塊的類型和數量可根據現場需要進行自由配置，氣動閥門的電磁閥信號接入氣控箱內的數字量輸入（DI）模塊，位置開關信號接入氣控箱內的數字量輸出（DO）模塊，周圍其它相關信號也可按需接入對應模塊，氣控箱可作為遠程I/O站使用；現場總線類型可根據主控制系統選擇相應的通訊協議，如Devicenet、Profibus DP、Profinet、Ethernet/IP、Modbus TCP、AS-i等。現場總線可實現多個用氣設備采用1根通訊電纜即可將所有信息與主控制系統進行數據交換，這一方式完全符合智能制造發展規劃的方向［3］。

5 方案比較

在某濕法冶金項目中，共有氣動開關型閥門約110臺，采用上述三種控制方式的工程量比較如表1所示。

表1 工程量比較表

通過以上論述及工程實例，三種控制方式的優點和缺點總結如表2所示。

表2 三種供氣控制方式比較表

三種控制方式，各有其適用的工況。通過對比發現，對于氣動閥門數量很多且相對集中的場合，現場總線閥島可以簡化設計工作；在減少了氣源管路的同時，由于I/O模塊現場布置通過總線連接，大大減少了電纜的敷設量、電纜橋架及接線材料量；由于集成度較高，在采購、安裝以及調試工作量方面，現場總線型閥島均有較大的優勢［5］；同時，現場總線閥島具有故障檢測、自診斷等功能［6］，符合智能化建設的要求。

6 結語

伴隨著氣動技術理念的更新，工業氣源管路控制也在發生顛覆性的變革；現場總線技術作為工控領域的成熟技術，具有開放性、互可操作性、功能自治性、高度分散性、準確性、可靠性等特點，其在現場應用中的優勢越發明顯［7-8］。現場總線閥島，兼具閥島和總線技術之長［9］，其技術特點決定了其非常適合應用在復雜的工業流程控制中。其與Profibus PA / FF等總線智能儀表、總線智能執行器配合使用［10-11］，將大大提升設計效率、施工時間、調試及維護工作量，為智能工廠建設奠定基礎。隨著智能制造規劃的推進，在新技術、新思維的推動下，氣動裝置的集成化、總線化、無線化將是未來發展的趨勢。