DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)控西門子電動(dòng)溫控閥原理

之前介紹SY42AX煤礦水管路減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)控西門子電動(dòng)溫控閥原理所使用的各種控制閥不僅分散而且數(shù)量眾多，主要為大口徑閥門，采用氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常是通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）或DCS直接對(duì)閥門進(jìn)行控制，除了開閥、關(guān)閥和急?？刂仆?，一般還需要將閥門開度、開關(guān)狀態(tài)、遠(yuǎn)程/就地、各種報(bào)警等閥門信息引入系統(tǒng)。一個(gè)閥門至少有六七個(gè)以上不同類型的參數(shù)，閥門較多的場(chǎng)合，不僅需要大量的電纜，而且占用較多的系統(tǒng)I/O卡件和通道資源。通常的概念，純監(jiān)視數(shù)據(jù)可以接受通信方式來完成采集，涉及控制的參數(shù)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(jìn)一步提高，使用通信來實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的控制越來越多地得到了應(yīng)用。某1×106m3原油罐區(qū)采用ECS-700DCS，通過與Pakscan西門子電動(dòng)溫控閥控制單元的Modbus通信，成功實(shí)現(xiàn)了DCS對(duì)大量西門子電動(dòng)溫控閥的可靠控制。西門子電動(dòng)溫控閥有室外溫度補(bǔ)償功能，既增加一個(gè)室外溫度傳感器，可以在采暖時(shí)隨著夜里室外溫度的下降，室內(nèi)溫度將要調(diào)高溫度。當(dāng)RWD68控制器其用此功能后會(huì)自動(dòng)根據(jù)室外溫度的降低來提高供水溫度；反之隨著白天室外溫度的升高控制器會(huì)自動(dòng)降低供水溫度，省去人工開關(guān)閥門。
 
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥西門子三通分流溫控閥可以在熱水換熱的系統(tǒng)中發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。在水、水換熱中鍋爐水的溫度直接影響到燃料的供給多少。當(dāng)系統(tǒng)中水的溫度升到設(shè)定溫度時(shí)，西門子溫控閥會(huì)關(guān)閉高溫水停止換熱，同時(shí)打開高溫水循環(huán)，把高溫水返回到鍋爐內(nèi)，從而節(jié)省燃料。
    1 DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)控西門子電動(dòng)溫控閥原理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    1.1 DCS
    ECS-700DCS按照可靠性設(shè)計(jì)原則，在充分保證系統(tǒng)安全可靠的基礎(chǔ)上，不僅使系統(tǒng)規(guī)模能充分滿足大型聯(lián)合生產(chǎn)裝置的需求，還具有故障安全設(shè)計(jì)、單點(diǎn)在線下載、多工程師協(xié)同工作、分域管理、離線仿真調(diào)試等特點(diǎn)，同時(shí)融合了的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)Profibus，Modbus，F(xiàn)F，HART等多種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線的接入和多種第三方設(shè)備的綜合集成，并且與這些第三方設(shè)備的集成均可提供接口與線路的冗余配置。
    1.2 西門子電動(dòng)溫控閥控制單元
    西門子電動(dòng)溫控閥控制單元由一臺(tái)主站控制器和與它相連的現(xiàn)場(chǎng)西門子電動(dòng)溫控閥組成。主站控制器通過一條兩線電流環(huán)路（總線）控制掛于環(huán)路上的多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制閥，該電流環(huán)路可長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里。多個(gè)西門子電動(dòng)溫控閥僅通過兩條總線互聯(lián)成一個(gè)環(huán)路，終接入主站控制器的只有起始和末端兩總線，所有閥門信息通過兩總線通信進(jìn)入主站控制器，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都具備兩個(gè)方向上冗余的通信通道，這樣提高了線路故障時(shí)的通信可用性。Pakscan現(xiàn)場(chǎng)控制模塊可以安裝RotorkIQ，IQT，AQ，Q和A系列執(zhí)行器內(nèi)，而通用現(xiàn)場(chǎng)控制模塊可以連接其他廠家的設(shè)備，如泵、電磁閥、西門子電動(dòng)溫控閥等。
    主站控制器不斷采集來自現(xiàn)場(chǎng)控制模塊的信息，實(shí)現(xiàn)讀取智能閥的開度、轉(zhuǎn)矩、地址、報(bào)警等數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，隔離現(xiàn)場(chǎng)故障設(shè)備，并通過標(biāo)準(zhǔn)的ModbusRTU等協(xié)議與DCS通信，上送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，接受閥門控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多種智能閥門和設(shè)備的控制。為了增加可靠性，采用冗余主站控制器，與DCS的通信接口和線路也是冗余配置的。在進(jìn)行通信方式控制的同時(shí)，西門子電動(dòng)溫控閥等執(zhí)行器也可以使用就地控制、硬接線遠(yuǎn)程控制及輔助輸入，大大提高了控制的可靠性和配置的靈活性。
    1.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
    西門子電動(dòng)溫控閥控制單元的主站控制器安裝在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間的輔助機(jī)柜中，通過冗余的通信總線接入DCS的冗余串口通信模塊COM741基座中，實(shí)現(xiàn)可靠的通信。一對(duì)冗余的通信模塊有4個(gè)接口，可以通過硬件跳線配置成RS-485或RS-232通信接口，實(shí)現(xiàn)與多個(gè)西門子電動(dòng)溫控閥控制單元的連接。因?yàn)镸odbusRTU等協(xié)議已是廣泛應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因此在各類西門子電動(dòng)溫控閥控制單元中均得到支持，DCS種類豐富的通信模塊可與各類支持這些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的電動(dòng)控制閥實(shí)現(xiàn)通信。該項(xiàng)目中罐區(qū)100多個(gè)常規(guī)信號(hào)則通過I/O模塊直接進(jìn)入DCS控制站，其中硬接線與通信點(diǎn)數(shù)之比為1：15。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        2DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)控西門子電動(dòng)溫控閥原理 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        2.1 通信程序編制
        DCS與西門子電動(dòng)溫控閥主站控制器采用ModbusRTU協(xié)議進(jìn)行通信，在DCS實(shí)現(xiàn)起來非常簡(jiǎn)單，不需要編制程序，僅填寫簡(jiǎn)單的表格（其中大多數(shù)項(xiàng)選擇合適的參數(shù)即可）即可完成通信配置和程序設(shè)計(jì)。然后需根據(jù)參數(shù)類型添加若干個(gè)讀寫命令，再掃描硬件自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的內(nèi)部變量，用來存放西門子電動(dòng)溫控閥的開停閉命令和狀態(tài)參數(shù)，這樣就完成了通信組態(tài)工作。該項(xiàng)目中DCS作為主站，采用RS-485接口，傳輸速率為9600bit/s，8位數(shù)據(jù)位，奇校驗(yàn)，1位停止位。西門子電動(dòng)溫控閥選用*德國(guó)西門子控制器、傳感器、執(zhí)行器等重要組建。控制更、性能更可靠、節(jié)省能源更顯明、使用壽命更長(zhǎng)久。
 
在開關(guān)閥門方面可以靠自身的比例調(diào)節(jié)功能，隨著溫度的一點(diǎn)點(diǎn)下降或升高，控制器接收到溫度信號(hào)時(shí)，快速傳達(dá)給執(zhí)行器，執(zhí)行器自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度，并非電磁閥式快開快關(guān)，克服了蒸汽管道內(nèi)的水錘聲，節(jié)省了人力。
 
西門子電動(dòng)溫控閥的低功耗，一整套的溫控閥全靠一臺(tái)AC24變壓器來供給電源，功耗40VA既安全又節(jié)約電能，不會(huì)有觸電事件的發(fā)生，其功率與電燈泡相等。執(zhí)行器采用AC24V同步電機(jī)輸出力量強(qiáng)大從800N-3500N。可以頻繁開關(guān)，關(guān)閉時(shí)間15s-20s。具有停電后自動(dòng)關(guān)閉閥門功能，保護(hù)下有設(shè)備。西門子電動(dòng)溫控閥 閥體采用球墨鑄鐵和鑄鋼兩種耐壓從1.6Mpa-2.5Mpa，閥體腔內(nèi)采用壓力平衡組建克服了管道內(nèi)的大壓差問題，從而保護(hù)執(zhí)行期，閥體外采用V型環(huán)，解決了閥體外漏問題。
 選擇溫控閥閥門時(shí)應(yīng)考慮如下的一些素：
    (1) 零件的材料及對(duì)材料的組織和性能要求。設(shè)計(jì)圖上規(guī)定的零件材料，大體上就決定了閥門的種類。例如，零件材料為鑄鐵就必須用鑄造方法來制造閥門。對(duì)于鋼制零 件，在選擇閥門時(shí)應(yīng)考慮對(duì)材料的力學(xué)性能要求。例如，制造高壓閥門的零件一般應(yīng)晝選用鍛件或焊接件，以保證材料具有良好的力學(xué)性能。 濕度傳感器探頭 , , 不銹鋼電熱管 PT100 傳感器, 鑄鋁加熱器 , 加熱圈   流體電磁閥
    (2) 零件的結(jié)構(gòu)形狀和外形尺寸。零件的結(jié)構(gòu)開關(guān)是影響閥門選擇的重要因素，例如，結(jié)構(gòu)開關(guān)復(fù)雜的閥體可選用鑄件。尺寸大的閥體可選用砂型鑄造;尺寸小的則采用熔模鑄造。
    (3) 生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小。零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)愈大，采用高精度和率的閥門制造方法經(jīng)濟(jì)效果愈好。
    (4) 閥門制造的條件。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備善和工藝水平來選擇閥門，并考慮到發(fā)展前景而逐步采用的閥門制造方法。

        2.2 西門子電動(dòng)溫控閥控制程序編制
        西門子電動(dòng)溫控閥控制單元接收并記錄從兩線環(huán)路傳來的智能閥的地址、轉(zhuǎn)矩、開度、報(bào)警等數(shù)據(jù)，根據(jù)從DCS傳來的讀寫命令控制閥門的動(dòng)作，因此控制閥門的程序是在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(hào)類型、行程時(shí)間的設(shè)置等。使用DCS提供的閥門控制功能模塊Valve，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的控制程序編制，使用起來相當(dāng)方便，只需在用戶程序中對(duì)控制模塊進(jìn)行引用，并對(duì)其中操作和配置參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置即可。同時(shí)系統(tǒng)還提供了Valve功能塊相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)閥門操作面板，可供操作員在操作站監(jiān)控軟件中使用。當(dāng)然，若標(biāo)準(zhǔn)閥門面板不能滿足要求，可以自定義所需要的操作面板。圖2是閥門控制模塊Valve引用的一個(gè)實(shí)例，其中Flag是閥門控制模塊質(zhì)量碼，用來在監(jiān)控軟件中顯示閥門的各種狀態(tài)。

        2.3 監(jiān)控軟件制作
        該項(xiàng)目中需要控制西門子電動(dòng)溫控閥近200臺(tái)，每臺(tái)西門子電動(dòng)溫控閥均有開閥、關(guān)閥、急停、開到位、關(guān)到位、過扭矩報(bào)警、綜合報(bào)警7個(gè)信號(hào)。每一幅畫面上都有大量閥門，操作界面設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到操作效率與安全，利用DCS軟件的強(qiáng)大功能，閥門利用顏色的變化清晰準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出了閥門的開啟、閉合、行程、故障、報(bào)警等狀態(tài)。若對(duì)閥門進(jìn)行操作，點(diǎn)擊閥門則會(huì)彈出閥門操作面板，來供操作員進(jìn)行開停閉的閥門操作。

        3 DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)控西門子電動(dòng)溫控閥原理結(jié)束語
        基于通信實(shí)現(xiàn)了DCS對(duì)大量西門子電動(dòng)溫控閥的實(shí)時(shí)控制，使得罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)布線簡(jiǎn)潔，大大減少了電纜和DCS部件，減少了安裝調(diào)試工作量和成本，關(guān)鍵部件和通信全環(huán)節(jié)的冗余配置又保證了系統(tǒng)的高可靠性；同時(shí)罐區(qū)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入DCS，既便于在中心控制室對(duì)整個(gè)罐區(qū)進(jìn)行監(jiān)視和控制，也為罐區(qū)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理和企業(yè)的信息化管理帶來了方便。該罐區(qū)投用半年以來，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，控制方便可靠，實(shí)踐證明基于通信實(shí)現(xiàn)DCS對(duì)大量西門子電動(dòng)溫控閥的控制是可靠和令人滿意的，對(duì)大型石化罐區(qū)及西門子電動(dòng)溫控閥應(yīng)用較多的場(chǎng)合具有一定的參考意義。與本文相關(guān)的論文：自力式煤氣調(diào)壓閥組?