基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在火電廠的應(yīng)用

摘要:電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中重要的終端控制元件，它對(duì)火電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行、調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣具有重要影響。傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在控制精度低、死區(qū)大、無(wú)網(wǎng)絡(luò)通訊功能等缺點(diǎn)，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求。首先介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的概況，闡述了電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的一些注意事項(xiàng)，最后闡明了現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將成為該領(lǐng)域技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)總線;通信協(xié)議;電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào):C93文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1673-291X(2010)12-0203-02

前言

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)發(fā)生了新的變革，現(xiàn)場(chǎng)總線就是順應(yīng)這一形勢(shì)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù) [1]。現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題 [2～3]。由于現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，它已成為當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)之一，而現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則為現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

目前，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類很多，現(xiàn)場(chǎng)總線類型中適合過(guò)程自動(dòng)化的主要有三種即FF(基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線)、PROFIBUS和WORLDFIP。PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成，PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。其中PROFIBUS-DP是一種高速低成本通信系統(tǒng)，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/0的通信;PROFIBUS-PA專為過(guò)程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使變送器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置連接在一根總線上并提供本質(zhì)安全和總線供電特性。PROFIBUS作為一種國(guó)際性的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，既可用于自動(dòng)化系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)單元的通訊，也可用于連接帶有智能卡件的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備;WorldFIP為世界工廠儀表協(xié)議(World Factory lnstrument Protoc01)，在儀表行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF總線是以FISHER-ROSEMOUNT公司為首聯(lián)合80家公司制定的ISP協(xié)議和以HONEYWELL公司為首聯(lián)合歐洲150家公司制定的WORLDFIP協(xié)議。

總線系統(tǒng)必須采用專用的軟件功能模塊來(lái)完成人—機(jī)對(duì)話。SIEMENS公司在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上采用的是SIMATIC S7-400系統(tǒng)中的SIPPOS5軟件。SDA公司的AS執(zhí)行機(jī)構(gòu)上采用的是SMARTMANAGER軟件。

一、現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

當(dāng)智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)總線連接時(shí)，它就成了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)中的一塊現(xiàn)場(chǎng)儀表，現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有如下特點(diǎn):(1)智能通信、智能控制。智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用微機(jī)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自動(dòng)標(biāo)定、自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，有效提高控制水平。(2)機(jī)電一體化新型智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將伺服放大器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合為一體，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用功能強(qiáng)大的集成模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制性能好。(3)增設(shè)了行程保護(hù)、過(guò)力矩保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)、斷電信號(hào)保護(hù)、輸出現(xiàn)場(chǎng)閥位指示和故障報(bào)警等功能。對(duì)開關(guān)次數(shù)、力矩關(guān)斷次數(shù)、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間、控制單元工作時(shí)間等重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、儲(chǔ)存和累計(jì)處理?？刂撇呗愿鼮橄冗M(jìn)，先進(jìn)的控制方法有利于解決電機(jī)的慣性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，提高控制精度。(4)具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口。

二、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

由于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接控制著機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程，影響著火電廠的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此研究、分析現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有十分重要的意義[4～6]，現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與普通電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，在火電廠具有以下的優(yōu)勢(shì):(1)現(xiàn)場(chǎng)使用的輔助設(shè)備少，系統(tǒng)成本低，便于現(xiàn)場(chǎng)檢修和調(diào)試。傳統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少7～14根控制線才能將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)傳遞到控制系統(tǒng)的控制模板上，還需要在控制裝置附近安裝轉(zhuǎn)換控制柜，用于中途或現(xiàn)場(chǎng)的控制。而采用總線通訊方式，一個(gè)環(huán)路中的所有執(zhí)行機(jī)構(gòu)被一根屏蔽雙絞線串聯(lián)起來(lái)，完全取代傳統(tǒng)的十四線制。當(dāng)需要增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，只需一根雙絞線和上級(jí)控制裝置的一個(gè)串口，并不需要對(duì)每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都單獨(dú)使用一根多芯電纜，即使是在冗余的情況下，也僅需要兩根電纜4根線，且無(wú)須任何隔離和轉(zhuǎn)換以及輸入輸出模塊，同時(shí)減少了大量的信號(hào)電纜、配電柜等硬件，也減少了大量的人為錯(cuò)誤和系統(tǒng)故障。(2)由于采用全數(shù)字式，可靠性高。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用現(xiàn)場(chǎng)總線，其輸出為數(shù)字信號(hào)，不僅減少了信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損失，增加了抗干擾能力，而且所傳遞信號(hào)的質(zhì)量也是非常穩(wěn)定可靠。 (3)具有雙向通訊功能、自校正、自診斷等功能，操作維護(hù)十分方便。當(dāng)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或它所控制的設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)地給予識(shí)別，將該節(jié)點(diǎn)從整個(gè)系統(tǒng)中脫開，以維持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。操作人員在控制室即可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、功能組態(tài)，進(jìn)行故障診斷和事故預(yù)測(cè)、實(shí)施狀態(tài)維修。(4)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程、操作和診斷。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)一些無(wú)法解決的難題時(shí)，設(shè)備廠家就可以通過(guò)總線接口來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信、實(shí)施遠(yuǎn)程會(huì)診，廠家不必到現(xiàn)場(chǎng)，就可以提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持。

三、現(xiàn)場(chǎng)總線執(zhí)行機(jī)構(gòu)在火電廠應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

對(duì)于采用現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，應(yīng)充分考慮火電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，在火電廠應(yīng)用中的注意事項(xiàng)如下:(1)現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的通信協(xié)議必須與控制系統(tǒng)的通信協(xié)議相匹配，這是實(shí)現(xiàn)局部現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的基本條件(如選用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，則電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中也必須選用相應(yīng)的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線)。(2)現(xiàn)場(chǎng)總線電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)物理地址的設(shè)定必須與控制器中的地址相對(duì)應(yīng)，以防止產(chǎn)生作為被控對(duì)象的不同電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)和拒動(dòng)，給安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重后果。(3)在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用較多的火電廠輔助系統(tǒng)，比如水系統(tǒng)中的工業(yè)水、消防水、廢水和單元機(jī)組中的開、閉式水系統(tǒng)，物理位置相對(duì)分散，且多為順序控制、聯(lián)鎖或單參數(shù)調(diào)節(jié)。(4)提高運(yùn)行維護(hù)人員的專業(yè)知識(shí)，做好數(shù)據(jù)管理以防偶發(fā)故障。

四、產(chǎn)品與發(fā)展趨勢(shì)

德國(guó)西博思電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有限公司推出的變頻智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)—SIPOS 5 Flash系列，它采用簡(jiǎn)單的模塊化結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加少量必要的模塊，可使其適用于各種控制模式——從簡(jiǎn)單的開關(guān)控制到PROFIBUS通訊，它具有開放的控制接口，可以各種控制系統(tǒng)兼容。德國(guó)AUMA公司推出的AUMA MATIC的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它將電機(jī)一體化控制單元于電動(dòng)執(zhí)行器組合到一起，對(duì)其配置的修改變得非常容易。ROTORK(羅托克)生產(chǎn)的IQ系列智能化電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，獨(dú)有的雙密封系統(tǒng)和紅外線非侵入式設(shè)定使它可用在任何環(huán)境中，防水防爆。德國(guó)HartmannBraum公司新一代產(chǎn)品智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)MOE700實(shí)現(xiàn)了智能式電子一體化，變頻變速定位，監(jiān)控等功能。

隨著微處理技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)的迅猛發(fā)展，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將進(jìn)一步發(fā)展，其趨勢(shì)可歸納為:機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)逐步取代組合式結(jié)構(gòu);智能化控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù);帶通信技術(shù)的逐步取代不帶通信技術(shù);數(shù)字控制方式逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制方式;用控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù);運(yùn)用紅外遙控的非接觸調(diào)試技術(shù)，逐步取代接觸式手動(dòng)調(diào)試技術(shù)等。

結(jié)束語(yǔ)

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不僅具有執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能，還具有控制、運(yùn)算和通信等功能。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)大量現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的診斷和維護(hù)等管理信息的采集和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)在線的狀態(tài)檢測(cè)和故障預(yù)診斷，發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)備管理優(yōu)勢(shì)，有利于提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備健康水平，保證機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是火電廠發(fā)展的必然趨勢(shì)，它在火電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn):

[1]陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1999.

[2]謝碧蓉.總線型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)研究[J].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2007，(4):16-19.

[3]諸銀興，施竹仁，巢樂(lè)，等.現(xiàn)場(chǎng)總線智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研制[J].自動(dòng)化儀表，2001，(2):4-6.

[4]姚明源，王婕.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在熱電站的應(yīng)用及維護(hù)[J].中國(guó)儀器儀表，2004，(5):101-104.

[5]李子連.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在電廠應(yīng)用綜論[J].北京:中國(guó)電力出版社，2002.

[6]武長(zhǎng)坤，戴瑜興. DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用[J].低壓電器，2004，(7):22-25.

The Application of Electric Actuator Based on Field Bus in Thermal Power Plant

DUAN Jun-jie1， DUAN Jun-qing2 ， ZHANG Hai-tao3

(1.Equipment Management，DaTang Luoyang Thermal Power Plant，Luoyang 471039，China;

2.Zhengzhou Xinli Light and Power Company Limited， Zhengzhou 450007， China;

3. YTO(Luoyang)Fuel Pump Corporation Limited，Luoyang 471004，China)

Abstract: Electric actuator is important end element in automation control system， which affect deeply in the operation and performance in thermal power plant’s control system. The shortage of traditional electric actuator is low control precision， large deadband， non net communication and etc， which can not easy be applicable in modern industry. The article introduces the status of field bus; descript the technical advantage of electric actuator based on field bus and some attentions when introduce this technology into practical application. The technology of electric actuator based on field bus will be the future in thermal power plant control system.

Key words: field bus; communication;electric actuator [責(zé)任編輯 王薇]