智能總線電動執行機構應用案例

　　來水處理工藝中最重要的快濾池設備由進水閥、清水閥、排水閥、沖洗閥、水泵、流量計、液位計和加藥閥等組成。這些設備根據工藝需要實現快速過濾的自動控制。

　　工藝要求如下：開啟進水閥，當快濾池的液位達到一定高度時，清水閥自動開啟，當液位下降到一定高度時，清水閥自動減小開度運行。當流量計檢測到清水的流量低于設定值時，則需要對濾池進行沖洗，這時關閉進水閥和清水閥，打開排水閥，當收到排水閥的開足信號，則沖洗閥打開，對濾池進行沖洗，使濾池重生，從而再次獲得較高的濾凈度和濾速。

　　在該工程中使用了美國AB公司的PLC作為控制站，選用了Modbus的通訊模塊，與現場設備之間采用的是兩線制接線方式，使用了串行環狀網絡拓撲。

　　現場閥門驅動設備選用了美國EIM公司提供了的TEC2000系列智能電動執行機構，并且57臺電動執行機構全部配置有支持Controlinc(r)數字控制網絡的CAM通訊模塊。

　　技術概要

　　傳統機電產品是否具有總線接口和支持數字控制網絡將成為其在市場能否生存的一個必要條件。TEC2000全智能非侵入電動執行機構，基于微處理器的先進的數字化閥門控制技術，充分融合了可靠機械部件設計思路，主要特點如下：

　　* 動力傳動鏈由擁有半個多世紀可靠應用記錄的青銅合金蝸輪、經過精心熱處理并且經過表面硬化的合金鋼質蝸桿和齒輪組構成，結構堅固。

　　* 盡管使用了全智能的數字控制，但依然利用直接檢測機械位移的力矩傳感器，遠優于通過采集電機速度或橡膠襯墊傳感壓力并且依靠軟件算法的力矩計算方式，這種運用機械傳感技術的直接傳感方式經50多年的使用，證明精確可靠。

　　* LDM就地模塊，配置工業級、大尺寸LCD液晶屏幕，提供友好的人機接口界面，獨特的人性化圖形和文字綜合顯示。

　　* LDM就地模塊在電氣控制箱體有多個安裝位置。

　　* 提供3種參數設置方式（控制旋鈕設置、紅外控制鑰匙設置和RS-485通訊設置）。

　　* 配置的兩級熔斷保險在發生保護性動作后，均無須打開電氣控制箱體進行故障的處理，真正意義上實現了非侵入式的維護。

　　* EIM公司專利的APD絕對位置檢測模塊保證在所有時間與閥門位置同步，使用了非接觸式傳感技術，壽命超過5千萬次輸出軸旋轉，而且能夠提供12bit（0.025%）精度，并且無須使用額外的電池供電來保持閥門位置信息。

　　* 最小維護、超長壽命、高性價比。

　　1985年，EIM公司在閥門控制領域和電動執行機構行業中率先推出了第一個用于閥門控制的數字控制網絡，并將此數字控制網絡的產品命名為Controlinc(r)。該數字網絡控制模塊被設計專門用于閥門控制應用，完全適用于閥門的開關型控制和調節型控制，帶有模擬量輸入自動校準功能，能夠自己學習和自動適應各種閥門的尺寸和操作速度。 Controlinc(r)數字控制網絡通過CAM通訊模塊能夠集成到多種網絡拓撲中，EIM公司當前提供的產品能夠支持Modbus、Foundation Fieldbus、Profibus和DeviceNet等多種網絡協議，在所有的數字控制網絡中都可以提供實時數據采集、自診斷和報警功能。

　　EIM公司自1985年起，就使用Modbus RTU協議作為公司采用的標準網絡協議。產品完全支持 Modbus協議中的所有功能碼，包括“Report by Exception”命令，可以在2秒鐘內閱讀和改變100臺電動執行機構的狀態。在單一網絡中可以配置254臺電動執行機構，并且不會影響網絡的性能和降低網絡響應的時間。在不使用中繼器的條件下，相鄰的兩臺電動執行機構能夠保證通訊時的電纜長度可以達到1500m（5000ft），整個網絡的全長可以達到320km（200miles）。

　　串行環狀網絡拓撲的基本特性是能夠實現完全冗余，當通訊回路發生開路、短路和接地故障時，均不會導致電動執行機構和中央控制系統之間的通訊失敗，充分保證了現場的電動執行機構可靠的處于網絡控制之下。EIM公司還提供標準的冗余熱備用網絡控制站選件。

　　通過使用Modbus RTU協議和兩線制接線方式，可以使用全部數字通訊的方式獲得設備的現場數據和發送數據命令。對于電動執行機構可以獲得：閥門開度、遠控、全開、全關、開運行、關運行、綜合故障等設備信息。

　　傳統的PLC實行集中控制，所有的電纜都必須連接至PLC控制柜，布線和接線相當繁瑣。在本系統中，可以看出，在快濾池現場使用電纜的距離和數量遠遠少于傳統的集中控制，布線和設備接線相當方便和快速。本系統中的水泵、閘門、液位計、電動執行機構等可通過通信電纜進行長距離通信。

　　支持Modbus協議的設備均為智能設備，故安裝和調試非常方便，降低了設備的安裝費用和開車時間， 另外，還可以通過HMI配置器提供直觀的界面，進行方便的組態、調試和故障診斷。相對于傳統PLC， Modbus協議具有強大的通信功能、支持多種通信方式、組網方便，設備價格較其它總線產品低廉，所以支持Modbus協議的PLC可以更加靈活地應用于控制系統中。

　　結論

　　該快濾池系統使用了支持現場總線Modbus技術的PLC、智能儀表和TEC2000智能電動執行機構，現已順利通過驗收并投入正常運行。使用完全的數字控制網絡、現場總線控制和智能化的現場設備，比使用傳統控制生產效率提高8%~10%。雖然僅僅是第一個試點，但已完全顯示出數字控制網路和現場總線的優點。可以預見，使用Modbus通訊來實現水處理行業中的自動化控制具有非常廣闊的前景。