基于現場總線控制系統的閥門執行器
加入技術交流群
2.2 通信環路
如前所述，一般工業現場中的閥門或執行器與控制室之間傳輸信號所需的接線非常復雜，安裝與維修都很困難，費用也很高。而閥門執行器現場總線控制系統中使用的兩線或三線電纜既安裝簡單、維修方便、工作效率高，又成本低、節省費用。特別是系統中所有閥門或執行器用這種電纜一臺一臺串接起來后形成一條閉合的環路時，每臺閥門或執行器都能從環路的兩個方向與主控站進行信息和數據的交換，相當又給系統增加了一條冗余通信路徑。
系統運行期間，除了正常的工作之外，環路電纜不停地被掃描查詢，以確定其是否完整。若通訊環路完整無損，主控站將依過程控制的需要通過環路電纜向現場單元發送控制命令，同時接受現場單元發回的工作狀態信息。當然，所有現場單元都已預先設置好了地址并隨時準備接受命令和接受查詢。一般情況下，主控站要發數次命令。每發一次命令，都要接收到被詢址現場單元的應答一次。否則，系統將按環路故障進行處理。現場單元的應答時間則由現場單元的數量以及環路距離所決定。
通信環路一旦斷開，在環路斷點一側的現場單元將會自動地形成各自一側完整的環路，繼續保持主控站與所有現場單元之間的通信。圖4為幾種常見的環路故障。圖5則是系統正常工作時和環路斷開后兩種方式的工作原理示意圖。
環路斷開后，主控站首先通過端口A向與其連接的第一臺現場單元發送命令，同時接收該現場單元的應答。然后再向第二臺現場單元發送命令，同時也接收這臺現場單元的應答。這樣，發送命令，接收應答，連接現場單元的環路一步步擴大，直到環路斷點處不能再繼續下去為止。與此同時，主控站也通過端口B向相反方向的現場單元發送命令并接收應答，直到斷點前的現場單元。用這種方法，主控站不僅從環路兩個方向確定了斷點位置，也確定了斷點兩端現場單元自行構成的返回路徑，從而保證所有現場單元與主控站之間的通信工作始終不被中斷。
作為環路故障檢查的必要手段，主控站一般要重復進行檢查。即不斷地發出命令，接收應答。在正常情況下，從端口A發出命令，再由端口B接收應答。
2.3 現場單元
閥門執行器現場總線控制系統中的現場單元是根據閥門或執行器的特殊要求專門設計的Smart控制器，結構為單機架裝方式或執行器整體方式。但不管是哪種結構方式，它總是和閥門或執行器作為智能化或半智能化的裝置來使用的。
通常，半智能化的現場單元僅僅是主控站的一個分散的I/O口。在系統中，它接受主控站的控制命令，對閥門或執行器進行一系列的操作，同時將閥門或執行器上的工作狀態和其它信息反饋給主控站，供系統采集、記錄、顯示和控制使用。
智能化現場單元除可與主控站通過環路進行信息和數據通信并根據主控站命令工作外，還可單獨與閥門或執行器構成回路，為工業過程提供閥門定位、邏輯控制、批量操作、PID調節以及多回路運行等多種能力，對位置、流量、壓力和液面進行更為豐富和精確的控制。
無論是智能化還是半智能化的，也無論是架裝式還是整體式的，這些現場單元都具有閥門或執行器操作所需要的特殊功能，其中包括：
過力矩保護-在閥門或執行器發生堵轉或出力超過限定值時，可自動地切斷電源停止運行。
電機過熱保護-電機繞組中埋有熱敏元件，在由于超載使電機過熱時發出信號，然后由保護電路自動切斷電源使電機停轉。
斷信號保護-無論是在輸入信號還是位置信號消失或超量程時，執行器都可自動地轉入事先預置的安全工作狀態，或由閉環控制轉入開環控制。信號正常后，執行器可自動恢復到原來的工作狀態。
遙控與本機手操-通過按紐進行閥門的“開”、“關”、“?！辈僮骱途o急關閉操作。
故障顯示和報警-通過自診斷，可在萬一發生故障或工作不正常時自動發出聲光報警信號并及時顯示故障內容。
由于是在惡劣的現場環境條件下使用，現場單元均采用了高可靠性器件、表面封裝技術、堅固的雙層密封外殼，特殊的軟硬件抗干擾技術等措施來保證其能長期安全可靠地工作。
3、總線形式和通信協議
在閥門執行器現場總線控制系統中，維持系統高效而有秩序工作的是系統通信所使用的各種現場總線協議。
在國際性現場總線標準沒有完全統一之前，閥門或執行器專業公司出于自身的利益，開發了各自的現場總線控制系統
評論