探究气动阀门控制的现场总线技术应用

周卫华

【摘 要】气动阀门广泛运用于各种工业生产中，如电气、机械水电、石油化工等，气动阀门的传统控制手段有许多劣势，控制成本高、易造成安全问题等，所以笔者在此提出在气动阀门控制中采用现场总线技术，可以提高整体控制稳定性和安全性，降低控制成本。

【关键词】气动阀门；控制；现场总线

1 传统气动阀门控制手段与控制系统

气动阀门传统开关控制主要采用就地控制和远方控制。自动化要求不高的情况下主要采用就地控制手段，在进行就地控制时，技术人员操作相关控制按键，实现电磁阀线圈的通断电，电磁阀也就实现换向，使得气缸开始运动，最终实现阀门的开启或关闭。技术人员判断阀门的开关状态主要依靠开关按键周围的指示灯来确定。而随着自动化水平的不断提高，气动阀门控制对自动化要求成都也越来越高，远方控制手段的应用也逐渐广泛运用。在进行早期的远方控制时，技术人员主要在远方控制室，或者使用一些远方控制设备例如可编程控制器等进行控制，在输送电缆的媒介作用下，由远方控制室发出的阀门开关控制信号经过输送电缆就可以穿到远方的气动阀门所在位置，实现阀门的开关控制，技术人员判断阀门的开关状态与就地操作一致，也是依靠开关按键周围的指示灯来确定。

传统阀门控制系统的连接方式几乎都是一对一、点对点的物理连接方式，需要铺设大量的输送电缆和连接设备，而且如果阀门量非常多时，需要非常多的接口设备，导致整个阀门系统的成本造价急剧上升。此外，控制信号的传递均为标准模拟信号，进行长途传送的远方控制时，一旦出现信号干扰源，就会导致阀门出现误控或失控，致使整个控制系统的稳定性与可靠性大大降低。除此之外，传统控制系统的控制精度也不高、信息共享实现困难、无法实现超长距离的信息传递等等。尽管后来出现的DCS控制系统利用分层结构，解决了一对一控制的一些缺点，实现数字信号和模拟信号混合，但是依旧无法彻底解决因模拟信号本身而产生的问题，依旧会导致阀门控制存在隐患，并且每一个生产厂家的产品都有着各自的特点，无法实现通用。

2 现场总线技术的控制系统特点

现场总线技术是最近十年来迅速发展起来的一种新型自动化控制技术，集计算机、通信技术、控制技术为一体，直接促使了FCS（Field Control System）控制系统的出现。现场总线技术打破了传统的一对一、点对点的物理连接方式，是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术的运用使得阀门控制系统与阀门设备控制之间的联系更加简单、便捷，与传统就地控制和远方控制的模拟信号控制系统相比，基于现场总线技术的阀门控制系统具有非常显著的特点：

2.1 结构组成简单、开发成本低

现场总线控制系统能够实现一点对多点的控制手段，可以保证一堆线路连接多台设备，双向传递数字信号。这样的连接方式突破了传统点对点的连接手段，模拟信号输出存在的问题，进而节约了大量的接线和空间，减少了接线点，降低抗干扰因素，使得安装进而维护非常便利。可以只采用两根电缆和四根线，就能实现多台设备之间的互通。

2.2 具有非常好的稳定性

采用现场总线技术对气动阀门进行控制，输出传递的信号均为数字信号。可以有效降低信号在变换过程中的丢失，大大增强抗干扰能力，而且由于数字信号本身的特性，信号的床底质量稳定性也非常高。同时，也减少了许多辅助设备的使用，能够有效降低人为控制气动阀门失误的概率。

2.3 操作简单，维护方便

采用现场总线技术即实现了双向通讯、双向传递信号的功能，技术人员不仅可以在控制室内对气动阀门控制现场的阀门装置进行相应的序号标定、参数设置及功能组态等，而且能够实时观察到现场阀门的工作状态，方便设备的维护。同时还可以进行远程编程控制和诊断，实时对阀门状态进行检测，一旦出现任何问题，都可以进行自我诊断，再通过远程编程实现远程控制会诊，解决故障。

3 基于现场总线技术的气动阀门控制实例分析

现场总线技术一般用于成组规模的阀门控制，每一组阀门称为一个阀岛。下面介绍某研究所进行物料输送时，采用现场总线技术对气动阀门进行控制的实例，系统示意图如图1所示。

图1 应用现場总线技术的控制系统图

在图1所示中，此控制系统的主要组成结构包括PC总控制机、PLC以及现场总线技术，PC总控制机使用工业型控制计算机，PLC使用的是西门子S7—300系列，PC与PLC之间的通讯连接通过以太网完成，通讯的媒介为超5类UTP。现场总线技术是采用PROFIBUS—DP协议连接PLC与就地控制设备，输出速率峰值可达12Mbps。而现场阀门的控制依靠基于FESTO CPV10型的智能阀岛，其上附有现场总线接口，同时装有就地操作按键、指示灯和阀位的反馈信息模块。

结合该系统控制气动阀门的效果以及整个工程运行的实际情况，可以发现现场总线技术的运用有着非常显著的优点，极大地减少了输送电缆的数量，另外其他的架设材料如钢管、梁架、型材等也使用量也同样下降。工程材料和设备使用量的减少，使得该系统实施的工期也变短，进一步降低了整体制造成本。同时调试过程也非常简单，只要开启现场总线通讯，即可实现阀门的气动调试。该控制系统在控制运行中信号输送稳定，抗干扰能力强，没有出现气动阀门的误控或失控状况。进一步强化控制指示和功能，可以便于工艺系统调试和检修。

4 结语

现场总线技术应用于气动阀门的控制，并非所有场合都适用，一般现场总线运用于成组控制的阀门，可以有效减少接线数量，保证系统运行的可靠性，但是对于一些阀门少而分散的场合并不适用，因为现场总线接口造价要比普通电缆高出许多。所以在运用现场总线技术控制阀门时需要分清场合，选择最为经济的控制方式。

【参考文献】

[1]王志成，于东，张晓辉，等.数控系统现场总线可靠通信机制的研究[J].机械工程学报，2011，47（3）：152-158，165.

[2]项美根，项晓明，戴学祥，等.现场总线与无线控制的阀门电动装置的设计[J].流体机械，2013，41（1）：53-54，72.

[3]林晓毅.阀门控制器中现场总线技术的研究与应用[D].上海交通大学，2007.

[4]赵明南，杨金堂，夏中愈，等.智能阀门定位器控制方法的研究[J].机床与液压，2015，（2）：141-144.

[责任编辑：朱丽娜]