智能总线电动执行机构应用案例

　　来水处理工艺中最重要的快滤池设备由进水阀、清水阀、排水阀、冲洗阀、水泵、流量计、液位计和加药阀等组成。这些设备根据工艺需要实现快速过滤的自动控制。

　　工艺要求如下：开启进水阀，当快滤池的液位达到一定高度时，清水阀自动开启，当液位下降到一定高度时，清水阀自动减小开度运行。当流量计检测到清水的流量低于设定值时，则需要对滤池进行冲洗，这时关闭进水阀和清水阀，打开排水阀，当收到排水阀的开足信号，则冲洗阀打开，对滤池进行冲洗，使滤池重生，从而再次获得较高的滤净度和滤速。

　　在该工程中使用了美国AB公司的PLC作为控制站，选用了Modbus的通讯模块，与现场设备之间采用的是两线制接线方式，使用了串行环状网络拓扑。

　　现场阀门驱动设备选用了美国EIM公司提供了的TEC2000系列智能电动执行机构，并且57台电动执行机构全部配置有支持Controlinc(r)数字控制网络的CAM通讯模块。

　　技术概要

　　传统机电产品是否具有总线接口和支持数字控制网络将成为其在市场能否生存的一个必要条件。TEC2000全智能非侵入电动执行机构，基于微处理器的先进的数字化阀门控制技术，充分融合了可靠机械部件设计思路，主要特点如下：

　　* 动力传动链由拥有半个多世纪可靠应用记录的青铜合金蜗轮、经过精心热处理并且经过表面硬化的合金钢质蜗杆和齿轮组构成，结构坚固。

　　* 尽管使用了全智能的数字控制，但依然利用直接检测机械位移的力矩传感器，远优于通过采集电机速度或橡胶衬垫传感压力并且依靠软件算法的力矩计算方式，这种运用机械传感技术的直接传感方式经50多年的使用，证明精确可靠。

　　* LDM就地模块，配置工业级、大尺寸LCD液晶屏幕，提供友好的人机接口界面，独特的人性化图形和文字综合显示。

　　* LDM就地模块在电气控制箱体有多个安装位置。

　　* 提供3种参数设置方式(控制旋钮设置、红外控制钥匙设置和RS-485通讯设置)。

　　* 配置的两级熔断保险在发生保护性动作后，均无须打开电气控制箱体进行故障的处理，真正意义上实现了非侵入式的维护。

　　* EIM公司专利的APD绝对位置检测模块保证在所有时间与阀门位置同步，使用了非接触式传感技术，寿命超过5千万次输出轴旋转，而且能够提供12bit(0.025%)精度，并且无须使用额外的电池供电来保持阀门位置信息。

　　* 最小维护、超长寿命、高性价比。

　　1985年，EIM公司在阀门控制领域和电动执行机构行业中率先推出了第一个用于阀门控制的数字控制网络，并将此数字控制网络的产品命名为Controlinc(r)。该数字网络控制模块被设计专门用于阀门控制应用，完全适用于阀门的开关型控制和调节型控制，带有模拟量输入自动校准功能，能够自己学习和自动适应各种阀门的尺寸和操作速度。 Controlinc(r)数字控制网络通过CAM通讯模块能够集成到多种网络拓扑中，EIM公司当前提供的产品能够支持Modbus、Foundation Fieldbus、Profibus和DeviceNet等多种网络协议，在所有的数字控制网络中都可以提供实时数据采集、自诊断和报警功能。[page]

　　EIM公司自1985年起，就使用Modbus RTU协议作为公司采用的标准网络协议。产品完全支持 Modbus协议中的所有功能码，包括“Report by Exception”命令，可以在2秒钟内阅读和改变100台电动执行机构的状态。在单一网络中可以配置254台电动执行机构，并且不会影响网络的性能和降低网络响应的时间。在不使用中继器的条件下，相邻的两台电动执行机构能够保证通讯时的电缆长度可以达到1500m(5000ft)，整个网络的全长可以达到320km(200miles)。

　　串行环状网络拓扑的基本特性是能够实现完全冗余，当通讯回路发生开路、短路和接地故障时，均不会导致电动执行机构和中央控制系统之间的通讯失败，充分保证了现场的电动执行机构可靠的处于网络控制之下。EIM公司还提供标准的冗余热备用网络控制站选件。

　　通过使用Modbus RTU协议和两线制接线方式，可以使用全部数字通讯的方式获得设备的现场数据和发送数据命令。对于电动执行机构可以获得：阀门开度、远控、全开、全关、开运行、关运行、综合故障等设备信息。

　　传统的PLC实行集中控制，所有的电缆都必须连接至PLC控制柜，布线和接线相当繁琐。在本系统中，可以看出，在快滤池现场使用电缆的距离和数量远远少于传统的集中控制，布线和设备接线相当方便和快速。本系统中的水泵、闸门、液位计、电动执行机构等可通过通信电缆进行长距离通信。

　　支持Modbus协议的设备均为智能设备，故安装和调试非常方便，降低了设备的安装费用和开车时间， 另外，还可以通过HMI配置器提供直观的界面，进行方便的组态、调试和故障诊断。相对于传统PLC， Modbus协议具有强大的通信功能、支持多种通信方式、组网方便，设备价格较其它总线产品低廉，所以支持Modbus协议的PLC可以更加灵活地应用于控制系统中。

　　结论

　　该快滤池系统使用了支持现场总线Modbus技术的PLC、智能仪表和TEC2000智能电动执行机构，现已顺利通过验收并投入正常运行。使用完全的数字控制网络、现场总线控制和智能化的现场设备，比使用传统控制生产效率提高8%~10%。虽然仅仅是第一个试点，但已完全显示出数字控制网路和现场总线的优点。可以预见，使用Modbus通讯来实现水处理行业中的自动化控制具有非常广阔的前景。