摘要：現(xiàn)場總線技術(shù)日新月異，它的應用范圍也正在擴大，本文對現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構(gòu)的情況進行了簡要概述，介紹了PROFIBUS現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構(gòu)的現(xiàn)場應用情況，并總結(jié)了應用過程中的一些優(yōu)點、經(jīng)驗和方法。
　　
　　一、概述
　　
　　電動執(zhí)行機構(gòu)是過程控制系統(tǒng)中一個重要的現(xiàn)場驅(qū)動裝置，具有行程控制、轉(zhuǎn)矩保護、手電動切換和手動操作、遠方及就地控制等功能，可以將上位控制設備和系統(tǒng)（調(diào)節(jié)器、PLC或DCS）給出的電量指令信號轉(zhuǎn)化為相應的位移，驅(qū)動zui終控制部分（如閥門、擋板等）至系統(tǒng)所要求的位置，以調(diào)節(jié)和控制流量、溫度、壓力等過程參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的過程控制。目前國內(nèi)火電廠的控制系統(tǒng)中，電動執(zhí)行機構(gòu)通常采用模擬量或脈沖量控制方式，系統(tǒng)與電動執(zhí)行機構(gòu)之間采用點對點連接形式。
　　
　　二、現(xiàn)場總線的基本情況
　　
　　現(xiàn)場總線是應用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化多點通信的底層控制網(wǎng)絡，它把單個分散的測量控制設備變成網(wǎng)絡節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務的網(wǎng)絡與控制系統(tǒng)，是當今自動化領域技術(shù)發(fā)展的熱點之一。
　　
　　由于電子技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應用，集散控制系統(tǒng)（DCS）、可編程控制器（PLC）及各類儀表的功能越來越強，性能及可靠性得到了很大提高，現(xiàn)場總線技術(shù)在過程控制工業(yè)中的應用越來越多，并先在各類變送器上得到應用，隨著電動執(zhí)行機構(gòu)智能化程度的不斷提高，現(xiàn)場總線技術(shù)在電動執(zhí)行機構(gòu)中也得到應用，即通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)對電動執(zhí)行機構(gòu)的遠方控制，并將電動執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)數(shù)字信號上傳至上位設備，參與系統(tǒng)運行及在CRT上顯示，甚至可以在遠方對電動執(zhí)行機構(gòu)進行部分參數(shù)的組態(tài)以及故障診斷。當今上不少電動執(zhí)行機構(gòu)制造公司已開始銷售具有總線通道的電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品，如ROTORK、AUMA、LIMITORQUE、SIEMENS等，其中應用較多的有PROFIBUS、INTERBUS、FF、MODEBUS、HART等協(xié)議的現(xiàn)場總線。
　　
　　三、現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構(gòu)在火電廠的應用實例
　　
　　1．現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構(gòu)簡介
　　
　　揚州電力設備修造廠于1993年引進西門子電動執(zhí)行機構(gòu)專有技術(shù)，其中的2SA3智能型電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品含有PROFIBUS現(xiàn)場總線的通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場總線控制功能，其外形見圖1，該產(chǎn)品的主要功能如下：
　　
　?。?）能夠進行遠方／就地控制；
　　
　?。?）可輸入模擬量和開關量進行控制；
　　
　?。?）現(xiàn)場查詢、組態(tài)及診斷；
　　
　?。?）死區(qū)（響應閾值）自適應；
　　
　　（5）可調(diào)節(jié)的電機電子制動；
　　
　　（6）具有PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線接口。

　　
　　電動執(zhí)行機構(gòu)的本體與智能控制部分可以拆分，必要時可分體安裝。智能控制部分采用CPU，現(xiàn)場總線通信部分采用的通信板，整機的工作原理見圖2。

　　
　　2．應用工況
　　
　　為了能夠掌握電動執(zhí)行機構(gòu)在PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線中的應用技術(shù)，并提供能滿足現(xiàn)場總線技術(shù)要求的國產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品，推動這項技術(shù)在國內(nèi)的進一步發(fā)展，1999年我們與清華大學自動化系合作，在消化吸收引進技術(shù)及完成現(xiàn)場總線通信接口板的制作和實驗室應用的基礎上，對帶有PROHBUS-DP總線接口的2SB35智能型電動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)品進行了現(xiàn)場應用工作。在江蘇新海發(fā)電廠的大力支持下，揚州電力設備修造廠生產(chǎn)的智能型電動執(zhí)行機構(gòu)于2001年12月已投入新海發(fā)電廠的化學水處理車間的控制系統(tǒng)，參與系統(tǒng)的正式運行，目前運行情況良好，其安裝位置見圖3。

　　
　　安裝位置在廠房內(nèi)，周圍環(huán)境較好。該電動調(diào)節(jié)閥的作用是調(diào)節(jié)主廠房來蒸汽進入加熱器的流量，使其出口溫度保持在25℃左右，讓反滲透水處理部分中的反滲透膜處于一個合適的工作溫度下。
　　
　　3．系統(tǒng)及硬件組成
　　
　　該電動執(zhí)行機構(gòu)的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線，其物理接口為RS485串口，通信介質(zhì)為雙絞線或光纜，由于從現(xiàn)場至控制室的距離不超過100m，距離較短，故用雙絞線。根據(jù)現(xiàn)場的情況，系統(tǒng)配置采用圖4的方式，也可以采用電動執(zhí)行機構(gòu)與變送器共掛一條雙絞線的配置方式。

　　
　　整個控制系統(tǒng)中，采用西門子的S7-300PLC工作為主站，操作站采用工控機，操作站與主站間通過MPI相連接，可以對PLC進行編程及程序的修改；帶總線接口的2SA35智能型電動執(zhí)行機構(gòu)作為從站，通過RS485串口與S7-300PLC相聯(lián)；為提高系統(tǒng)的可靠性，操作站及主站均為冗余方式。
　　
　　電動執(zhí)行機構(gòu)現(xiàn)場總線采用冗余方式，其接線方式見圖5。

　　
　　4．軟件情況
　　
　　操作站所用操作界面（包括整個控制系統(tǒng)界面和電動執(zhí)行機構(gòu)操作、參數(shù)設置界面）在WINDOWSNT下的FIX3．2控制程序中編寫并運行。電動執(zhí)行機構(gòu)的控制功能塊在FIX3.2下的西門子SIMATICSTEP7中編寫，同時在控制系統(tǒng)的操作程序中嵌入了電動執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。所采用的PROFIBUS-DP總線，其數(shù)據(jù)鏈路層的服務形式為SRD（發(fā)送和請求回答的數(shù)據(jù)）和SDN（發(fā)送數(shù)據(jù)不需應答），在工作時電動執(zhí)行機構(gòu)將含有閥位信號、狀態(tài)信號、組態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)幀通過總線傳至S7-300PLC主站，并傳至操作站，供運行人員查詢用，在操作站界面上可檢查電動執(zhí)行機構(gòu)的工作狀態(tài)，是否有故障，必要時輸入密碼進入修改和設置界面，含有指令信號及修改后參數(shù)的數(shù)據(jù)幀由S7-300PLC主站通過總線傳至電動執(zhí)行機構(gòu)。整個系統(tǒng)的通信速率設定范圍為19.5K~12Mbps，經(jīng)幾次調(diào)整，設定在187.5Kbps，系統(tǒng)運行正常。
　　
　　5．電動執(zhí)行機構(gòu)組態(tài)
　　
　　2SA3智能型電動執(zhí)行機構(gòu)的詳細組態(tài)按說明書中的要求進行，相關的參數(shù)設置包括電動執(zhí)行機構(gòu)地址、運行方式、傳輸速率設置等，正確的組態(tài)設置將保證總線通信的順利運行，需要注意的組態(tài)參數(shù)有：8C=1（"8C"表示電動執(zhí)行機構(gòu)采用何種方式進行遠方控制，"1"代表電動執(zhí)行機構(gòu)通過PROFIBUS-DP遠方控制），8A=8C（"8A"代表從站為什么地址，"8C"為該從站在該系統(tǒng)的實際地址），76=0，77=0（"76"、"77"值的不同組合表示不同的通信速率，"0"、"0"表示總線通信傳輸速率為187.5Kbps）。
　　
　　四、現(xiàn)場總線的優(yōu)點
　　
　　對電動執(zhí)行機構(gòu)而言，采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)以后有以下優(yōu)點：
　　
　　1．節(jié)省硬件費用，便于安裝調(diào)試
　　
　　在保證基本控制功能的前提下，每臺電動執(zhí)行機構(gòu)至少需要有7~8條控制線，若要具備其他功能，并提供狀態(tài)及故障信號，則需要更多的控制線，而采用總線通信方式，則在冗余情況下，僅需4根通信線，且無需轉(zhuǎn)換和隔離模塊，不僅減少了硬件和電纜數(shù)量、降低了費用，而且大大便利了現(xiàn)場的安裝接線。
　　
　　2．降低日常維護工作量
　　
　　由于電動執(zhí)行機構(gòu)的組態(tài)、診斷功能等能夠上移，與上位控制設備是雙向數(shù)字通信方式，在操作站即可對運行中的電動執(zhí)行機構(gòu)進行檢查，不必每次均至現(xiàn)場檢查，提高了工作效率，降低了日常維護的工作量。
　　
　　3．提高準確性及可靠性
　　
　　由于現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構(gòu)智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，從根本上提高了測量與控制精度，減少了傳輸誤差；此外連線簡化，減少了信號的往返傳輸，提高了可靠性。
　　
　　五、應用現(xiàn)場總線應注意的事項
　　
　　盡管現(xiàn)場總線有著上述優(yōu)點，但根據(jù)我們所掌握的情況及現(xiàn)場應用經(jīng)驗，現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構(gòu)在應用中還存在著以下一些需要注意的事項：
　　
　　1．通信速率選擇
　　
　　在我們進行程序及設備調(diào)試時，出現(xiàn)過PLC死機或不工作的情況，后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，由于電動執(zhí)行機構(gòu)的部分功能可以在操作站上實現(xiàn)，占用PLC的I/O的資源較多，對其通信速率有一定的影響，后將速率進行適當調(diào)整，并對程序運行速度也進行了相應的調(diào)整，因此在選擇通信速率時要與整個系統(tǒng)速率同步，所選擇的速率也并非是越快越好，而應根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的速率，保證系統(tǒng)的快速響應，防止速率過高造成通信阻塞；此外還要考慮與程序運行的速度相匹配，必要時可對程序運行速度進行調(diào)整。為了不浪費主站的資源，對于電動執(zhí)行機構(gòu)在操作站上的功能可以根據(jù)需要來選擇，不一定要把所有功能均置于操作站上，應盡量少占用主站I/0有限的資源，保證其通信速率。
　　
　　2．終端電阻的配置
　　
　　終端電阻配置不當會影響系統(tǒng)通信，進行調(diào)試時，若發(fā)生通信故障時，除檢查電纜連接和通信配置外，還要對總線兩端的終端電阻進行檢查，根據(jù)要求在PROFIBUS現(xiàn)場總線的兩端均須配置低阻值的電阻，即其中一個主站作為一端，zui后一個從站作為另一端，按要求應各配一個電阻，這是一個容易忽略的問題。
　　
　　3．電動執(zhí)行機構(gòu)故障對系統(tǒng)的影響
　　
　　PROFIBUS現(xiàn)場總線中，主站按一定的地址順序不斷與從站進行數(shù)據(jù)交換，對從站進行檢查，并發(fā)送指令信號，若其中有一個地址的現(xiàn)場設備從站掉電，該從站不再向主站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，就可能會造成主站的程序無法運行，出現(xiàn)“死機”現(xiàn)象，因此必須保證現(xiàn)場電動執(zhí)行機構(gòu)的供電安全，運行期間不能斷電，同時還應注意控制程序中的組態(tài)，在斷電時跳過該從站，避免出現(xiàn)“死機”情況，并提示報警，以便設備檢修人員立即進行現(xiàn)場檢查并檢修。
　　
　　六、結(jié)束語
　　
　　現(xiàn)場總線是一項新技術(shù)，近年來它的發(fā)展很快，出現(xiàn)過的種類較多，這給推廣應用帶來諸多困難，但其中相對應用較多的有十幾種，而且目前的IEC61158也已將包括PROFIBUS在內(nèi)的八種現(xiàn)場總線納入到同一個標準中，并且這項技術(shù)還在發(fā)展，在各個行業(yè)領域正逐漸得到越來越多的應用，這表明現(xiàn)場總線是一種發(fā)展趨勢。現(xiàn)場總線也是一個系統(tǒng)，它的應用離不開智能化的現(xiàn)場設備，因此智能型現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機構(gòu)也是將來發(fā)展的一個方向。