基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構在火電廠(chǎng)的應用

　　電動(dòng)執行機構是自動(dòng)控制系統中重要的終端控制元件,它對火電廠(chǎng)自動(dòng)控制系統的正常運行、調節品質(zhì)的優(yōu)劣具有重要影響。傳統的電動(dòng)執行機構存在控制精度低、死區大、無(wú)網(wǎng)絡(luò )通訊功能等缺點(diǎn),無(wú)法適應現代工業(yè)生產(chǎn)要求。首先介紹了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的概況,闡述了電動(dòng)執行機構使用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢,介紹了現場(chǎng)總線(xiàn)執行機構在實(shí)際應用中的一些注意事項,最后闡明了現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構將成為該領(lǐng)域技術(shù)的必然發(fā)展趨勢。

　　近年來(lái)，隨著(zhù)信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，控制系統發(fā)生了新的變革，現場(chǎng)總線(xiàn)就是順應這一形勢發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為現場(chǎng)總線(xiàn)(Fieldbus)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)數據總線(xiàn)，它主要解決工業(yè)現場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場(chǎng)設備間的數字通信以及這些現場(chǎng)控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問(wèn)題。由于現場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，它已成為當前自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)之一，而現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構則為現場(chǎng)總線(xiàn)的出現和應用奠定了基礎。

　　目前，基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構種類(lèi)很多，現場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型中適合過(guò)程自動(dòng)化的主要有三種即FF(基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn))、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，用于設備級控制系統與分散式I/0的通信;PROFIBUS-PA專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設計，可使變送器與執行機構、驅動(dòng)裝置連接在一根總線(xiàn)上并提供本質(zhì)安全和總線(xiàn)供電特性。PROFIBUS作為一種國際性的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)，既可用于自動(dòng)化系統與現場(chǎng)信號單元的通訊，也可用于連接帶有智能卡件的執行機構等現場(chǎng)設備;WorldFIP為世界工廠(chǎng)儀表協(xié)議(World Factory lnstru-ment Protoc01)，在儀表行業(yè)得到了廣泛的應用�；�金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)FF總線(xiàn)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(xiàn)系統必須采用專(zhuān)用的軟件功能模塊來(lái)完成人—機對話(huà)。SIEMENS公司在執行機構上采用的是SIMATICS7-400系統中的SIPPOS5軟件。SDA公司的AS執行機構上采用的是SMARTMANAGER軟件。

一、現場(chǎng)總線(xiàn)執行機構的特點(diǎn)

　　當智能電動(dòng)執行機構與現場(chǎng)總線(xiàn)連接時(shí)，它就成了現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)中的一塊現場(chǎng)儀表，現場(chǎng)總線(xiàn)執行機構具有如下特點(diǎn)：

　　(1)智能通信、智能控制。智能電動(dòng)執行機構利用微機技術(shù)和現場(chǎng)通信技術(shù)，實(shí)現雙向通信、PID調節、在線(xiàn)自動(dòng)標定、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)機電一體化新型智能化電動(dòng)執行機構將伺服放大器與執行機構合為一體，驅動(dòng)電路應用功能強大的集成模塊，結構簡(jiǎn)單，控制性能好。

　　(3)增設了行程保護、過(guò)力矩保護、電動(dòng)機過(guò)熱保護、斷電信號保護、輸出現場(chǎng)閥位指示和故障報警等功能。對開(kāi)關(guān)次數、力矩關(guān)斷次數、電動(dòng)機運行時(shí)間、控制單元工作時(shí)間等重要的運行數據進(jìn)行監控、儲存和累計處理�？刂撇呗愿鼮橄冗M(jìn)，先進(jìn)的控制方法有利于解決電機的慣性問(wèn)題，實(shí)現準確定位，提高控制精度。

　　(4)具有現場(chǎng)總線(xiàn)接口。

二、基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構在應用中的優(yōu)勢

　　由于電動(dòng)執行機構直接控制著(zhù)機組的運行過(guò)程，影響著(zhù)火電廠(chǎng)的安全與經(jīng)濟運行，因此研究、分析現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構有十分重要的意義]，現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構與普通電動(dòng)執行機構相比，在火電廠(chǎng)具有以下的優(yōu)勢：

　　(1)現場(chǎng)使用的輔助設備少，系統成本低，便于現場(chǎng)檢修和調試。傳統的執行機構至少7～14根控制線(xiàn)才能將執行機構的參數傳遞到控制系統的控制模板上，還需要在控制裝置附近安裝轉換控制柜，用于中途或現場(chǎng)的控制。而采用總線(xiàn)通訊方式，一個(gè)環(huán)路中的所有執行機構被一根屏蔽雙絞線(xiàn)串聯(lián)起來(lái)，完全取代傳統的十四線(xiàn)制。當需要增加執行機構時(shí)，只需一根雙絞線(xiàn)和上級控制裝置的一個(gè)串口，并不需要對每個(gè)執行機構都單獨使用一根多芯電纜，即使是在冗余的情況下，也僅需要兩根電纜4根線(xiàn)，且無(wú)須任何隔離和轉換以及輸入輸出模塊，同時(shí)減少了大量的信號電纜、配電柜等硬件，也減少了大量的人為錯誤和系統故障。

　　(2)由于采用全數字式，可靠性高。執行機構采用現場(chǎng)總線(xiàn)，其輸出為數字信號，不僅減少了信號轉換過(guò)程中的損失，增加了抗干擾能力，而且所傳遞信號的質(zhì)量也是非常穩定可靠。

　　(3)具有雙向通訊功能、自校正、自診斷等功能，操作維護十分方便。當采用了現場(chǎng)總線(xiàn)的執行機構或它所控制的設備出現問(wèn)題時(shí)，系統能夠及時(shí)地給予識別，將該節點(diǎn)從整個(gè)系統中脫開(kāi)，以維持整個(gè)系統的穩定。操作人員在控制室即可對現場(chǎng)執行機構進(jìn)行參數設置、功能組態(tài)，進(jìn)行故障診斷和事故預測、實(shí)施狀態(tài)維修。

　　(4)可實(shí)現遠程編程、操作和診斷。當執行機構在現場(chǎng)出現一些無(wú)法解決的難題時(shí)，設備廠(chǎng)家就可以通過(guò)總線(xiàn)接口來(lái)進(jìn)行遠程通信、實(shí)施遠程會(huì )診，廠(chǎng)家不必到現場(chǎng)，就可以提供遠程技術(shù)支持。

三、現場(chǎng)總線(xiàn)執行機構在火電廠(chǎng)應用中的注意事項

　　對于采用現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構，應充分考慮火電廠(chǎng)自動(dòng)控制系統的特點(diǎn)和現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構的優(yōu)勢，在火電廠(chǎng)應用中的注意事項如下：

　　(1)現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構的通信協(xié)議必須與控制系統的通信協(xié)議相匹配，這是實(shí)現局部現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的基本條件(如選用PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，則電動(dòng)執行機構中也必須選用相應的PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn))。

　　(2)現場(chǎng)總線(xiàn)電動(dòng)執行機構物理地址的設定必須與控制器中的地址相對應，以防止產(chǎn)生作為被控對象的不同電動(dòng)執行機構的誤動(dòng)和拒動(dòng)，給安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴重后果。

　　(3)在電動(dòng)執行機構應用較多的火電廠(chǎng)輔助系統，比如水系統中的工業(yè)水、消防水、廢水和單元機組中的開(kāi)、閉式水系統，物理位置相對分散，且多為順序控制、聯(lián)鎖或單參數調節。

　　(4)提高運行維護人員的專(zhuān)業(yè)知識，做好數據管理以防偶發(fā)故障。

四、產(chǎn)品與發(fā)展趨勢

　　德國西博思電動(dòng)執行機構有限公司推出的變頻智能型電動(dòng)執行機構—SIPOS5Flash系列，它采用簡(jiǎn)單的模塊化結構，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(kāi)關(guān)控制到PROFIBUS通訊，它具有開(kāi)放的控制接口，可以各種控制系統兼容。德國AUMA公司推出的AUMAMATIC的電動(dòng)執行機構，它將電機一體化控制單元于電動(dòng)執行器組合到一起，對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)執行機構，獨有的雙密封系統和紅外線(xiàn)非侵入式設定使它可用在任何環(huán)境中，防水防爆。德國Hartmann&Braum公司新一代產(chǎn)品智能電動(dòng)執行機構MOE700實(shí)現了智能式電子一體化，變頻變速定位，監控等功能。

　　隨著(zhù)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)執行機構將進(jìn)一步發(fā)展，其趨勢可歸納為：機電一體化結構逐步取代組合式結構;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);數字控制方式逐步取代傳統的模擬控制方式;用控制技術(shù)逐步取代純電子控制技術(shù);運用紅外遙控的非接觸調試技術(shù)，逐步取代接觸式手動(dòng)調試技術(shù)等。

五、結束語(yǔ)

　　基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構不僅具有執行機構功能，還具有控制、運算和通信等功能。通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統能實(shí)現大量現場(chǎng)設備的診斷和維護等管理信息的采集和對現場(chǎng)設備的實(shí)時(shí)在線(xiàn)的狀態(tài)檢測和故障預診斷，發(fā)揮現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的設備管理優(yōu)勢，有利于提高現場(chǎng)設備健康水平，保證機組長(cháng)周期運行，基于現場(chǎng)總線(xiàn)的電動(dòng)執行機構是火電廠(chǎng)發(fā)展的必然趨勢，它在火電廠(chǎng)自動(dòng)控制系統中具有廣泛的應用前景。