现场总线电动执行机构在长输管线中的应用

1现场总线技术简介

现场总线(FIELDBUS)是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通讯协议。现场总线控制系统(FCS)则是用开放的现场总线控制通讯网络将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时网络控制系统。

现场总线技术发展迅速，目前已开发出40多种现场总线，如Interbus，Bitbus，DeviceNet，Modbus，Arcnet，P- Net，FIP，ISP等，其中应用比较广泛的主要的有FF，Profibus，HART，CAN，Modbus和LonWorks等。

随着现场总线的出现与发展，国外电动执行机构厂家从80年代起就相继推出了符合现场总线的电动执行机构。近年来，国外电动执行机构产品获得了迅速的发展，一些在国际上有影响的生产工业阀门和执行器的专业化大公司相继开发设计出符合现场总线通讯协议的阀门和执行器产品，形成许多系列，广泛应用于工业领域中。国外电动执行机构的代表产品有费歇尔一罗斯蒙特公司(FISH-ER-ROSMOUNT)的FIELDV数字阀门控制器，西门子公司 ((SIEMENS)的SIPART智能定位器和SIPOS智能执行机构，瑞士ABB公司向国内市场推出的CONTRAC，ONTRAC智能总线型电动执行机构和英国ROTROK公司推出的IQ智能型电动执行机构等。

2总线式电动执行机构的优点

根据电动执行机构的结构和性能要求，在执行机构上也可使用现场总线。在电动执行机构上应用现场总线的优势主要有如下几点：

2.1现场使用的辅助设备少。传统的现场接线极为费时、费力：每台仪表都必须要有至少7-14根控制线才能将执行机构的参数传递到控制系统的控制模板上。而采用总线通讯方式，即使是在冗余的情况下，也仅需要两根电缆4根线，且无须任何隔离和转换以及输入输出模块，同时减少了大量的信号电缆、节省了相应的电缆槽、配电柜等硬件，降低了费用，而且还便利了现场接线。

2.2可靠性高。采用现场总线方式，其输出为数字信号。这与传统的输出为模拟信号的执行器比起来就大不一样了，不仅减少了信号转换过程中的损失，增加了抗干扰能力，而且所传递信号的质量也是非常稳定可靠。以仪征—长岭原油管道工程为例，使用带现场总线的执行机构可以减少大量的接线工作和中间过渡装置，从而就避免了很多施工人员人为的一些错误和系统故障，顺利的进行调试，保证了管线的及时投产，正常输送。同时，运用总线式电装也大大提高了长输管线SCADA系统对阀门控制的安全可靠性。

2.3操作维护方便。采用了现场总线的执行机构具有双向通讯功能，操作人员在控制室既可对现场执行机构进行标定、参数设置和功能组态，还可在线监测装置的工作情况，进行故障诊断和事故预测、实施状态维修，不再需要像过去那样一定要到现场去。由于执行机构时刻处于被监控状态，因此使用和维护十分方便。

2.4可实现远程编程、操作和诊断。当执行机构在现场出现了一些难以解决的问题时，厂家可以利用装置上带有的通讯接口通过网络的途径来进行远程会诊，而不必到现场解决，尽可能减少阀门的故障时间。

3总线式电动执行机构在长输管线中的应用

电动执行机构是过程控制系统中一个十分重要的现场驱动装置，具有行程控制、力矩保护、手动电动切换操作、远方及就地控制等功能，可以将上位控制设备和系统(调节器、PLC、DCS)给出的电量指令信号转化为相应的位移，驱动最终的控制部分如阀门等系统所要求的位置，以调节和控制流量、温度、压力等过程参数，实现系统的过程控制。

3.1总线的主控制单元与设备之间的连接在仪征—长岭原油管道工程中，电动执行机构的控制采用了现场总线式通讯。在总线控制下，一个环路中的所有执行器被一根屏蔽双绞线串联起来，所有控制及反馈信息均通过这根双绞线进行传输，完全取代传统的十四线制。只需一根双绞线和上级控制装置(PLC或集散控制系统DCS)的一个串口，并不需要对每个执行器都单独使用一根多芯电缆，更不需要增加PLC大量的I/0接口。以怀宁站为例，电动阀门如用常规控制电缆需 29.7Km，控制点DI和DO 800点，总计费用达到92.4万余元，而用总线式阀门仅需要信号电缆约3.0Km，费用仅为4.2万，仅此一项就可以节约资金88.2万，还不包括它的施工路由以及回填。由此可见采用总线式阀门，经济效益十分明显。

3.2现场总线的保护在长输管线中，对于传统的总线控制系统而言，出现线路故障是非常致命的。在仪征—长岭原油管道工程中，在执行器上就采用了具有强大保障功能的冗余结构。两根屏蔽的双绞线一进一出用于单通道操作，每根电缆中的两根线互为冗余，实现双通道操作，如果其中一根线路出现故障、断开、短路和接地等系统就能够及时地启动保护系统，保证整个SCADA系统的正常运行。

当执行器或执行器所控制的设备出现问题时，系统能够及时地给予识别，并将该执行器的各项参数反馈给主控装置，或者将该节点从整个系统中脱开，以维持整个系统的稳定。由于总线系统自身具有的自诊断功能，当使用总线控制时，可以最大限度地缩短检修时间，提高检修质量，降低检修费用。当出现一些在现场无法解决的难题时，还可以通过总线接口来进行远程通信实施远程技术支持。

3.3现场总线供电的质量保证由于总线系统对环境要求比较高，因此在使用时要保持供电电源的质量，以确保总线供电的可靠性。

4结束语

总线式电动执行机构以它现场使用的辅助设备少，可靠性高，操作维护方便等优点，正在被逐步的推行使用。随着长输管线的发展，各种过程控制要求的不断提高，总线式电动执行机构一定会得到更为广泛的应用。