摘要：現(xiàn)場總線技術(shù)日新月異，它的應(yīng)用范圍也正在擴(kuò)大，本文對現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的情況進(jìn)行了簡要概述，介紹了PROFIBUS現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場應(yīng)用情況，并總結(jié)了應(yīng)用過程中的一些優(yōu)點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)和方法。
　　
　　一、概述
　　
　　電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是過程控制系統(tǒng)中一個(gè)重要的現(xiàn)場驅(qū)動裝置，具有行程控制、轉(zhuǎn)矩保護(hù)、手電動切換和手動操作、遠(yuǎn)方及就地控制等功能，可以將上位控制設(shè)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(yīng)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(shí)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(jī)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(jī)構(gòu)之間采用點(diǎn)對點(diǎn)連接形式。
　　
　　二、現(xiàn)場總線的基本情況
　　
　　現(xiàn)場總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，它把單個(gè)分散的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，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(wù)的網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)，是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。
　　
　　由于電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)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(qiáng)，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(yīng)用越來越多，并先在各類變送器上得到應(yīng)用，隨著電動執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)中也得到應(yīng)用，即通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)方控制，并將電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)數(shù)字信號上傳至上位設(shè)備，參與系統(tǒng)運(yùn)行及在CRT上顯示，甚至可以在遠(yuǎn)方對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行部分參數(shù)的組態(tài)以及故障診斷。當(dāng)今上不少電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)制造公司已開始銷售具有總線通道的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品，如ROTORK、AUMA、LIMITORQUE、SIEMENS等，其中應(yīng)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(jī)構(gòu)在火電廠的應(yīng)用實(shí)例
　　
　　1．現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡介
　　
　　揚(yáng)州電力設(shè)備修造廠于1993年引進(jìn)西門子電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)專有技術(shù)，其中的2SA3智能型電動執(zhí)行機(jī)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：
　　
　　（1）能夠進(jìn)行遠(yuǎn)方／就地控制；
　　
　　（2）可輸入模擬量和開關(guān)量進(jìn)行控制；
　　
　　（3）現(xiàn)場查詢、組態(tài)及診斷；
　　
　　（4）死區(qū)（響應(yīng)閾值）自適應(yīng)；
　　
　　（5）可調(diào)節(jié)的電機(jī)電子制動；
　　
　　（6）具有PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線接口。

　　
　　電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的本體與智能控制部分可以拆分，必要時(shí)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(jī)的工作原理見圖2。

　　
　　2．應(yīng)用工況
　　
　　為了能夠掌握電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線中的應(yīng)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(jī)構(gòu)產(chǎn)品，推動這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的進(jìn)一步發(fā)展，1999年我們與清華大學(xué)自動化系合作，在消化吸收引進(jìn)技術(shù)及完成現(xiàn)場總線通信接口板的制作和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對帶有PROHBUS-DP總線接口的2SB35智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用工作。在江蘇新海發(fā)電廠的大力支持下，揚(yáng)州電力設(shè)備修造廠生產(chǎn)的智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)于2001年12月已投入新海發(fā)電廠的化學(xué)水處理車間的控制系統(tǒng)，參與系統(tǒng)的正式運(yùn)行，目前運(yùn)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(jìn)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(gè)合適的工作溫度下。
　　
　　3．系統(tǒng)及硬件組成
　　
　　該電動執(zhí)行機(jī)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(jī)構(gòu)與變送器共掛一條雙絞線的配置方式。

　　
　　整個(gè)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(jī)，操作站與主站間通過MPI相連接，可以對PLC進(jìn)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(jī)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(jī)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(gè)控制系統(tǒng)界面和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作、參數(shù)設(shè)置界面）在WINDOWSNT下的FIX3．2控制程序中編寫并運(yùn)行。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制功能塊在FIX3.2下的西門子SIMATICSTEP7中編寫，同時(shí)在控制系統(tǒng)的操作程序中嵌入了電動執(zhí)行機(jī)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(wù)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(yīng)答），在工作時(shí)電動執(zhí)行機(jī)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(yùn)行人員查詢用，在操作站界面上可檢查電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，是否有故障，必要時(shí)輸入密碼進(jìn)入修改和設(shè)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(jī)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)的通信速率設(shè)定范圍為19.5K~12Mbps，經(jīng)幾次調(diào)整，設(shè)定在187.5Kbps，系統(tǒng)運(yùn)行正常。
　　
　　5．電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組態(tài)
　　
　　2SA3智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的詳細(xì)組態(tài)按說明書中的要求進(jìn)行，相關(guān)的參數(shù)設(shè)置包括電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)地址、運(yùn)行方式、傳輸速率設(shè)置等，正確的組態(tài)設(shè)置將保證總線通信的順利運(yùn)行，需要注意的組態(tài)參數(shù)有：8C=1（"8C"表示電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用何種方式進(jìn)行遠(yuǎn)方控制，"1"代表電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過PROFIBUS-DP遠(yuǎn)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(shí)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(diǎn)
　　
　　對電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)而言，采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)以后有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　1．節(jié)省硬件費(fèi)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(jī)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(fèi)用，而且大大便利了現(xiàn)場的安裝接線。
　　
　　2．降低日常維護(hù)工作量
　　
　　由于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組態(tài)、診斷功能等能夠上移，與上位控制設(shè)備是雙向數(shù)字通信方式，在操作站即可對運(yùn)行中的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)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(hù)的工作量。
　　
　　3．提高準(zhǔn)確性及可靠性
　　
　　由于現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機(jī)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(yīng)用現(xiàn)場總線應(yīng)注意的事項(xiàng)
　　
　　盡管現(xiàn)場總線有著上述優(yōu)點(diǎn)，但根據(jù)我們所掌握的情況及現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在應(yīng)用中還存在著以下一些需要注意的事項(xiàng)：
　　
　　1．通信速率選擇
　　
　　在我們進(jìn)行程序及設(shè)備調(diào)試時(shí)，出現(xiàn)過PLC死機(jī)或不工作的情況，后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，由于電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的部分功能可以在操作站上實(shí)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(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并對程序運(yùn)行速度也進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，因此在選擇通信速率時(shí)要與整個(gè)系統(tǒng)速率同步，所選擇的速率也并非是越快越好，而應(yīng)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(yīng)，防止速率過高造成通信阻塞；此外還要考慮與程序運(yùn)行的速度相匹配，必要時(shí)可對程序運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。為了不浪費(fèi)主站的資源，對于電動執(zhí)行機(jī)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(yīng)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(dāng)會影響系統(tǒng)通信，進(jìn)行調(diào)試時(shí)，若發(fā)生通信故障時(shí)，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(jìn)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(gè)主站作為一端，zui后一個(gè)從站作為另一端，按要求應(yīng)各配一個(gè)電阻，這是一個(gè)容易忽略的問題。
　　
　　3．電動執(zhí)行機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，對從站進(jìn)行檢查，并發(fā)送指令信號，若其中有一個(gè)地址的現(xiàn)場設(shè)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(yùn)行，出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象，因此必須保證現(xiàn)場電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供電安全，運(yùn)行期間不能斷電，同時(shí)還應(yīng)注意控制程序中的組態(tài)，在斷電時(shí)跳過該從站，避免出現(xiàn)“死機(jī)”情況，并提示報(bào)警，以便設(shè)備檢修人員立即進(jìn)行現(xiàn)場檢查并檢修。
　　
　　六、結(jié)束語
　　
　　現(xiàn)場總線是一項(xiàng)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(yīng)用帶來諸多困難，但其中相對應(yīng)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，并且這項(xiàng)技術(shù)還在發(fā)展，在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域正逐漸得到越來越多的應(yīng)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(gè)系統(tǒng)，它的應(yīng)用離不開智能化的現(xiàn)場設(shè)備，因此智能型現(xiàn)場總線電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)也是將來發(fā)展的一個(gè)方向。