智能電動閥DCS控製係統

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0智能電動閥DCS控製係統 引言
石化罐區中原油儲罐和輸油管道所使用的各種控製閥不僅分散而且數量眾多，主要為大口徑閥門，采用氣動或電動執行機構，通常是通過數據采集與監視控製係統（SCADA）或DCS直接對閥門進行控製，除了開閥、關閥和急停控製外，一般還需要將閥門開度、開關狀態、遠程/就地、各種報警等閥門信息引入係統。一個閥門至少有六七個以上不同類型的參數，閥門較多的場合，不僅需要大量的電纜，而且占用較多的係統I/O卡件和通道資源。通常的概念，純監視數據可以接受通信方式來完成采集，涉及控製的參數一般不使用通信方式而采用硬接線，但近年來隨著通信功能的完善及其可靠性的進一步提高，使用通信來實現對現場儀表的控製越來越多地得到了應用。某1×106m3原油罐區采用ECS-700DCS，通過與Pakscan電動閥控製單元的Modbus通信，成功實現了DCS對大量電動閥的可靠控製。
1 係統硬件設計
1.1 DCS
ECS-700DCS按照可靠性設計原則，在充分保證係統安全可靠的基礎上，不僅使係統規模能充分滿足大型聯合生產裝置的需求，還具有故障安全設計、單點在線下載、多工程師協同工作、分域管理、離線仿真調試等特點，同時融合了的現場總線技術和網絡技術，支持Profibus，Modbus，FF，HART等多種標準現場總線的接入和多種第三方設備的綜合集成，並且與這些第三方設備的集成均可提供接口與線路的冗餘配置。采用的控製網絡技術和開放性標準，高性能的微處理器和的嵌入式設計技術、軟件設計技術等。DCS和多種現場總線標準共存的實際情況，有選擇地介紹集散控製係統的結構、原理、軟件係統、通信網絡、係統組態及其工業實際應用；重點以典型的局域操作網(LON)為背景，完整介紹其核心、開發環境、現場總線產品開發以及應用實施等過程；在此基礎上，介紹FF和Profibus/PROFInet現場總線技術及其應用示例。
      容錯技術設計（包括控製器、I/O組件、電源、控製網絡和服務器的冗餘和熱插拔技術）進一步提高了係統的安全性和可用性。
       將現場總線、OPC和IEC61131-3等開放性標準作為係統的核心技術設計，提供更強的開放性和係統集成性。

       基於FB-2000NS係列成熟技術的基礎上，以用戶為中心的設計指導思想，依據積累的設計和工程應用經驗，使係統設計使用更加便捷、靈活、友好。
       FB-3000 MCS提供了更可靠、更穩定的平台，是一套適用於從小到大規模可變的控製係統，滿足用戶更廣泛的控製需求。整條生產線共設5個現場控製站和1個遠程站。整個控製係統的過程站之間以及與中控室之間的通信網絡采用TCP/IP協議的環形工業以太網，通信介質選用抗幹擾能力較強的光纖；遠程站與現場控製站之間的通信選用Profibus-DP總線，通信介質選用DP電纜。中控室設4台操作員站及1台工程師站；水泥磨控製站因工藝需要，設2台現場操作員站。操作員站可互為冗餘使用，在操作員站上可對所有信號實現顯示、報警、控製、存儲及打印報表等功能。工程師站則主要負責係統組態和在線調試。

1.2 電動閥控製單元
電動閥控製單元由一台主站控製器和與它相連的現場電動閥組成。主站控製器通過一條兩線電流環路（總線）控製掛於環路上的多個現場控製閥，該電流環路可長達數公裏。多個電動閥僅通過兩條總線互聯成一個環路，終接入主站控製器的隻有起始和末端兩總線，所有閥門信息通過兩總線通信進入主站控製器，每個現場設備都具備兩個方向上冗餘的通信通道，這樣提高了線路故障時的通信可用性。Pakscan現場控製模塊可以安裝RotorkIQ，IQT，AQ，Q和A係列執行器內，而通用現場控製模塊可以連接其他廠家的設備，上海精品无码国产自产拍在线观看蜜桃閥門有限公司主營閥門有：99精品欧美一区二区蜜桃免费(蜜桃激情视频99精品欧美一区二区蜜桃免费,可調式99精品欧美一区二区蜜桃免费,活塞式99精品欧美一区二区蜜桃免费,蜜桃视频免费看网站99精品欧美一区二区蜜桃免费,先導式99精品欧美一区二区蜜桃免费,空氣99精品欧美一区二区蜜桃免费,氮氣99精品欧美一区二区蜜桃免费,水用99精品欧美一区二区蜜桃免费,自力式99精品欧美一区二区蜜桃免费如泵、電磁閥、電動閥等。電動閥產品適用於各行業應用的高性能數字指示操作器，可作為各種智能調節器、DCS、PLC係統及變頻器的後備手動操作器使用。完成對電動閥各種執行...
經過多年的產品升級，ZXQ係列電動閥產品適用於各行業應用的高性能數字指示操作器，可作為各種智能調節器、DCS、PLC係統及變頻器的後備手動操作器使用。完成對電動閥各種執行機構和變頻器的直接操作和反饋跟蹤，實現自動手動/狀態的無擾動，為係統的啟停、故障的處理提供方便。電動閥廣泛應用於電力、鋼鐵、石化和輕工等各行業。典型應用在與標準電流或電位器反饋的電動執行器配套使用，電動閥顯示直觀，操作方便。此定位器可接受來自上位儀表的DC4-20mA的調節信號和下位電動執行機構電位器的“三線”信號(或DC4-20mA的閥位反饋信號)，出“開”和“關”信號，實現對電動閥閥門開度的控製與調節。

1）回路接線
     DCS DO點接入電動閥門二次回路（控製開關）
     DCS DI點接入電動閥開關反饋各1點
（如果是調節閥，均為4~20mA電流控製，則使用AO/AI點）
2）DCS組態
     DCS相應回路組態，分配點類型，信號類型，量程範圍等參數。
3）HMI組態
     畫麵FIX組態，製作相應畫麵，連接相應DCS點。

1、電動閥控製精度：0.1%-3.0%(可調);
2、電動閥可接電動執行器反饋信號：電位器500Ω-10KΩ;
3、電動閥可接收外部控製信號(DC)：4-20mA,其它輸入信號出廠前定製);
4、電動閥可設定執行器正逆動作模態和輸入信號中斷時“中斷”模態-OPEN(開)、STOP(停)、SHUT(閉);
5、電動閥可設置是否允許電子製動;
智能型電動閥控製器的介紹
6、電動閥可控矽輸出：AC,600V，2;
7、電動閥輸出執行器位置信號：低漂移輸出4-20mADC對應執行器全閉至全開，信號*與輸入隔離(光電隔離);
8、電動閥環境溫度：0-70℃(可設定)，濕度：≤90%RH;
9、電動閥有超溫保護功能;
10、電動閥外形尺寸參考網上描述;
11、電動閥可通過按鍵自由標定輸入信號所對應執行器的動作區間(一般標定為電動執行器全閉、全開位置);
12、手動/自動無擾切換;
13、電動閥執行器堵轉檢測控製功能;
14、電動閥可設定允許改變精度或重調時間;
15、密碼鎖，防止誤操作;
16、按輸入信號和執行器轉角位置進行智能步距調整定位;
17、帶錯誤代碼指示故障原因等;
18、電動閥可擴展RS485通訊功能;
19、電動閥特殊要求可以定製。

主站控製器不斷采集來自現場控製模塊的信息，實現讀取智能閥的開度、轉矩、地址、報警等數據和狀態信息，隔離現場故障設備，並通過標準的ModbusRTU等協議與DCS通信，上送實時數據和設備運行狀態，接受閥門控製命令，實現對現場多種智能閥門和設備的控製。為了增加可靠性，采用冗餘主站控製器，與DCS的通信接口和線路也是冗餘配置的。在進行通信方式控製的同時，電動閥等執行器也可以使用就地控製、硬接線遠程控製及輔助輸入，大大提高了控製的可靠性和配置的靈活性。

1.3 係統硬件結構
電動閥控製單元的主站控製器安裝在現場機櫃間的輔助機櫃中，通過冗餘的通信總線接入DCS的冗餘串口通信模塊COM741基座中，實現可靠的通信。一對冗餘的通信模塊有4個接口，可以通過硬件跳線配置成RS-485或RS-232通信接口，實現與多個電動閥控製單元的連接。因為ModbusRTU等協議已是廣泛應用的工業標準協議，因此在各類電動閥控製單元中均得到支持，DCS種類豐富的通信模塊可與各類支持這些標準協議的電動控製閥實現通信。該項目中罐區100多個常規信號則通過I/O模塊直接進入DCS控製站，其中硬接線與通信點數之比為1：15。係統硬件結構如圖1所示。

圖1 係統硬件結構

2 係統軟件設計
2.1 通信程序編製
DCS與電動閥主站控製器采用ModbusRTU協議進行通信，在DCS實現起來非常簡單，不需要編製程序，僅填寫簡單的表格（其中大多數項選擇合適的參數即可）即可完成通信配置和程序設計。然後需根據參數類型添加若幹個讀寫命令，再掃描硬件自動生成對應的內部變量，用來存放電動閥的開停閉命令和狀態參數，這樣就完成了通信組態工作。該項目中DCS作為主站，采用RS-485接口，傳輸速率為9600bit/s，8位數據位，奇校驗，1位停止位。

2.2 電動閥控製程序編製
電動閥控製單元接收並記錄從兩線環路傳來的智能閥的地址、轉矩、開度、報警等數據，根據從DCS傳來的讀寫命令控製閥門的動作，因此控製閥門的程序是在DCS中完成的，其中包括開停閉閥門邏輯及故障判斷、輸出信號類型、行程時間的設置等。使用DCS提供的閥門控製功能模塊Valve，即可實現對閥門的控製程序編製，使用起來相當方便，隻需在用戶程序中對控製模塊進行引用，並對其中操作和配置參數進行初始化設置即可。同時係統還提供了Valve功能塊相對應的標準閥門操作麵板，可供操作員在操作站監控軟件中使用。當然，若標準閥門麵板不能滿足要求，可以自定義所需要的操作麵板。圖2是閥門控製模塊Valve引用的一個實例，其中Flag是閥門控製模塊質量碼，用來在監控軟件中顯示閥門的各種狀態。

1、AC800F控製器主要特點
AC800F采用高性能32位RISC CPU。
係統執行方式采用多進程周期運行方式，任務運行周期及優先級可以組態（快為5ms），各任務內的程序均保證在組態的周期內執行完畢，從而滿足工廠不同被控對象的控製要求。
AC800F控製器用戶內存容量為8MB，係統CPU引導程序存儲到閃存中，可以實現CPU軟件升級。
AC800F控製器電源模件具備自診斷功能，外部供電或自身有故障時可以預先發出報警信號，同時將輸出保持20ms，係統運行保護程序。
AC800F控製器配置Profibus模件，符合ProfibusDP/V1標準，同時具備Master1與Master2功能，可以與現場遠程I/O及DP標準智能儀表連接，通過DP/PA耦合器與PA標準儀表連接。
係統支持配置Profibus總線冗餘模件實現與現場儀表之間通信冗餘。
現場過程站采用標準以態網線與操作員站及其他設備進行通信。
係統數據庫為全局，所有變量及標簽均可以係統範圍共享。
現場總線控製器為全金屬封裝，支持現場導軌安裝。
模件具備實時檢測及遠程診斷功能。

2、 S800 I/O模塊主要特點
(1) 模塊簡介
S800 I/O可以做為本地直接I/O與控製器相連，並通過光纖總線擴展。也可以以Profibus方式相連，各個層次都可以冗餘配置，包括電源冗餘，通信接口冗餘，I/O模塊冗餘。它秉承了ABB的Industrial IT工業技術。
 (2)模塊特點
S800係列I/O有兩種係列，緊湊型係列和標準型係列：緊湊型S800L I/O是一個優化的經濟型方案，用於連接現場設備並完成測量和控製的基本功能，主要用於簡單需求的應用。標準型S800 I/O用於更多的應用需求，並且支持I/O熱插拔功能。這兩種係列的I/O也可以在一個導軌上混合使用。S800 係列I/O具有以下特點：
1靈活性，大化地滿足安裝需求如小規模或大規模、戶內或戶外、牆麵安裝或地麵固定；
2模塊化結構，可根據用戶的需求不斷地進行擴展；
3節省成本，可幫助用戶節省硬件、電纜、安裝和維護的費用；
4高可靠性，良好的抗振性，支持熱插拔功能，並具有自診斷、冗餘等特點。
3、 Profibus現場總線特點
PROFIBUS是一種簡單、堅固和可靠的現場總線係統，是目前*能夠以標準方式應用於所有領域並貫穿整個過程鏈的現場總線。實現了全數字化通信，不同廠家產品互操作；實現了真正的分布式控製(分散式控製)：可以傳送多個過程變量的同時可將儀表標識符和簡單診斷信息一並傳送，可以產生的現場儀表，多變量變送器；提高了測試精度，增強了係統的自治性。

FCS現場控製站
     大容量、功能強大的控製程序編程和I/O信號處理能力，高可靠性的設計，實現控製器、I/O單元、電源、控製網絡及I/O網絡的雙重熱備冗餘和組件的熱插拔維護。
     控製器采用雙處理器，分別實現控製程序的Runtime環境和I/O掃描任務。主處理器采用支持windows ces.NET 4.1以上的標準嵌入式主板單元。獨立的I/O掃描器支持不同的現場I/O總線。
     實時數據庫
      多達數萬個可通過網絡存取的數據變量存貯（包括上千點的I/O信號），提供開放的數據庫存取編程接口。
    IEC61131-3Runtime虛擬機
支持多達50個任務的搶占式優先級任務調度，可分配16級的優先級。任務類型分周期任務、事件響應任務和低優先級的自調度任務。周期任務的周期可達20ms，事件響應可達5ms。
    可容納數萬條IL指令的用戶程序。通過開放的實時數據庫編程接口，用戶可C/C++語言編製定製的控製程序。
    可在線裝載用戶程序，可在線更新模塊庫和應用程序。
    支持在線斷點調試、單步調試等。
    信號調理和I/O處理器的獨立。支持全隔離、半隔離和非隔離的I/O信號調理類型。
    控製網絡為冗餘的雙總線、采用100MHz的高速工業以太網，正常時以負荷分攤的方式並行工作。
    支持FCS之間的網絡變量直接存取訪問。

圖2 閥門控製模塊Valve的引用實例

2.3 監控軟件製作
該項目中需要控製電動閥近200台，每台電動閥均有開閥、關閥、急停、開到位、關到位、過扭矩報警、綜合報警7個信號。每一幅畫麵上都有大量閥門，操作界麵設計的好壞將直接影響到操作效率與安全，利用DCS軟件的強大功能，閥門利用顏色的變化清晰準確地呈現出了閥門的開啟、閉合、行程、故障、報警等狀態。若對閥門進行操作，點擊閥門則會彈出閥門操作麵板，來供操作員進行開停閉的閥門操作。
3 結束語
基於通信實現了DCS對大量電動閥的實時控製，使得罐區監控係統布線簡潔，大大減少了電纜和DCS部件，減少了安裝調試工作量和成本，關鍵部件和通信全環節的冗餘配置又保證了係統的高可靠性；同時罐區數據直接進入DCS，既便於在中心控製室對整個罐區進行監視和控製，也為罐區數據的進一步處理和企業的信息化管理帶來了方便。該罐區投用半年以來，係統運行平穩，控製方便可靠，實踐證明基於通信實現DCS對大量電動閥的控製是可靠和令人滿意的，對大型石化罐區及電動閥應用較多的場合具有一定的參考意義。與本產品相關論文：1150度高溫蝶閥在催化裂化裝置應用