罗托克总线控制Word文档下载推荐.docx

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正常情况下，从端口A发出命令，端口B接收应答。

1.4现场单元

阀门执行器现场总线控制系统中的现场单元是根据阀门执行器的特殊要求专门设计的Smart控制器，结构为单机架装方式或执行器整体方式。

但不管是哪种结构方式，它总是和阀门执行器作为智能化或半智能化的装置来使用的。

通常，半智能化的现场单元仅仅是主控站的一个分散的I/O口。

在系统中，它接受主控站的控制命令，对阀门执行器进行一系列的操作，同时将阀门执行器上的工作状态和其它信息反馈给主控站，供系统采集、记录、显示和控制使用。

智能化现场单元除可与主控站通过环路进行信息和数据通信并根据主控站命令工作外，还可单独与阀门执行器构成回路，为工业过程提供阀门定位、逻辑控制、批量操作、PID调节以及多回路运行等多种能力，对位置、流量、压力和液面进行更为丰富和精确的控制。

无论是智能化还是半智能化的，也无论是架装式还是整体式的，这些现场单元都具有阀门执行器操作所需要的特殊功能，其中包括：

a.过力矩保护。

在阀门执行器发生堵转或出力超过限定值时，可自动地切断动力电源停止运行。

b.电机过热保护。

电机绕组中埋有热敏元件，在由于超载使电机过热时发出信号，然后由保护电路自动切断电源使电机停转。

c.断信号保护。

无论是在输入信号还是位置信号消失或超量程时，执行器都可自动地转入事先预置的安全工作状态，或由闭环控制转入开环控制。

信号正常后，执行器可自动恢复到原来的工作状态。

d.遥控与本机手操。

通过按纽进行阀门的“开”、“关”、“停”操作和紧急关闭操作。

e.故障显示和报警。

通过自诊断，可在万一发生故障或工作不正常时自动发出声光报警信号并及时显示故障内容。

由于是在恶劣的现场环境条件下使用，现场单元均采用了高可靠性器件、表面封装技术、坚固的双层密封外壳、特殊的软硬件抗干扰技术等措施来保证其能长期安全可靠地工作。

1.5总线形式和通信协议

在阀门执行器现场总线控制系统中，维持系统高效而有秩序工作的是系统通信所使用的各种现场总线协议。

在国际性现场总线标准没有完全统一之前，阀门执行器专业公司出于自身的利益，开发了各自的现场总线控制系统。

这些系统有共同之处，也有不同之处。

同时，系统所使用的总线形式和通信协议有相同的也有不同的。

尽管有各自的特点和优点，尽管其局域网和标准规格不一，但无论哪种总线协议，都是用于现场仪表与控制系统之间进行全数字化、双向和多站通信工作的，而且从总体上看，还都是靠软硬件来实现的。

上述几种系统所使用的总线协议实现的一般方法是，较低层的具体功能和任务要求主要由硬件实现，而高层则主要由软件来实现。

2工程电现场总线控制系统的应用

陕京二线输气管道工程电动阀门采用Rotork公司Pakscan执行器现场总线控制系统。

2.1PakscanIIE执行器现场总线控制系统

2.1.1系统特点

Pakscan控制系统是Rotork公司于1986年在世界上首次推出的双线控制系统。

该系统主要用于石油天然气储运，石化装置水及污水处理等行业。

Pakscan双线控制系统与其他的总线控制方式相比具有以下优点：

2.1.1.1可靠性高

RotorkPakscan双线控制系统已有20年的使用历史，该系统主工作站可热备份（冗余）线路上一处出现短路和接地时，系统可继续工作并发出报警。

2.1.1.2兼容性强

RotorkPakscan双线控制系统不仅可对Rotork执行机构进行控制；

同时，通过GPFCU通信卡还可对其他厂家的执行机构和现场仪表进行控制。

在新近建成投产的广州白云机场项目中，Pakscan双线控制系统在对Rotork执行机构进行监控的同时，将其他液位仪和变送器等现场仪表的监控信息通过双线控制系统送到控制室。

2.1.2系统组成

PakscanIIE双线控制系统是一个以电动阀门执行器为主的智能化控制系统。

系统中有三个组成部分：

现场单元、双线回路和主工作站。

2.1.2.1现场单元

在一个双线控制系统中，长达20km距离内主工作站可控制240台现场设备，采集现场执行器的重要数字和模拟数据，扫描周期为1.89s，结点间无距离限制，无需中继器。

Pakscan现场单元是一块在双线系统中用于通信的袖珍卡件。

作为选件，被安装在Rotork执行器之中，与执行器的基本控制电路配合使用。

每个现场单元在双线回路中都有其唯一的地址，只对发自主工作站的正确命令作出响应。

Rotork还有与Pakscan现场单元类似的，数据收集和控制发送单元。

[可将其他厂家的变送器、电磁阀、泵和搅拌器等现场设备信息采集到Pakscan双线控制系统中]

2.1.2.2双线回路

双线回路与执行器的联接非常简单。

电缆是一条容易安装的全屏蔽双绞线，在所有应用中具有易安装、易维护、低成本和高效率的优点。

双线电缆顺序地与每一执行器接入或接出，它们起源于并返回至主工作站，形成一双线回路。

因为每台现场设备都是双向连接的，就构成了一个冗余的通信线路。

正常操作情况下，通信电流信号沿环路的一条线从主站控制器的端口A流出，经该环路从端口B流回，此时，另一条线路是冗余的。

当有一处线路发生故障时，该处故障线路被阀门屏蔽，故障线路两边的智能阀可通过各自的环路与主站控制器通信；

当有两处线路发生故障时，这两处故障之间的智能阀都被屏蔽，两处故障之外的智能阀依然可以通过两“臂状”环路与主站控制器通信。

2.1.2.3主工作站

现场智能电动阀监控系统主站控制器的系统连接图如图5所示。

主站控制器是由主CPU卡、环路通信卡、电源、液晶显示器和16按钮键盘组成的盘装智能仪表。

它内部有两个固定的数据库：

一个是现场单元数据库，负责接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度等数据，根据从上位机传来的读写命令控制阀门的运动，该数据库从逻辑上划分为四个区，每个区记录60个阀门的数据；

另一个数据库为主站控制器状态及自诊断数据库，负责记录通信协议的有关状态并向智能阀发布命令。

通过主站控制器的按键和液晶显示器，可以实现读取智能阀的开度、转矩、地址等数据，控制阀门的开闭，接收报警信号及与PLC通信等功能。

PakscanIIEMasterStation是Rotork主站控制器中的一种，它为双重热备结构，在主控制器出现故障时可以自动切换到热备控制器。

PakscanIIEMasterSation有一个RS-485通信口和一个RS-232通信口，它们可通过Modbus协议与PLC通信。

其中RS-232通信口可以不通过PLC直接连接打印机，打印报警信号。

固化于主工作站中的Pakscan软件包提供了一套先进的、标准化的预先工程化的控制系统。

使用主工作站的显示器和键盘能对PakscanIIE双线控制系统进行通信、控制等方面的组态。

在需要直接操作控制的场合，可在主工作站上控制现场设备的“开”、“关”等。

图5现场智能电动阀监控系统主站控制器系统连接图

作为双线控制系统的基本现场设备，Rotork执行器家族中有IQ，A，AQ和Q等系列产品，都是模块化结构设计的智能型执行器，集联锁电磁阀、阀位行程开关、模拟阀位变送器等于一身。

为完成不同的工作需要，只需在执行器中更换不同功能的现场单元模件。

有Pakscan现场单元、Folomatic（阀位比例控制）单元、数据记录器单元和电流扭矩变送器单元等。

2工程应用

2.2.1系统结构

本工程现场智能电动阀监控系统的结构框图如图6所示。

图6现场智能电动阀监控系统的结构框图

站控系统采用美国AB公司的Controllogix双重热备型PLC系统，通过PLC控制总线型电动阀门（IQactuator）的开停闭。

上位监控站可监视各个智能阀的阀位状态、阀位值以及报警信号，并可执行开阀、停阀和关阀操作。

PakscanIIE主站控制器与站控系统之间采用Modbus协议通信，以Port1的RS-485接口连接。

正常运行情况下，主PLC和主控制器工作，从PLC和热备控制器分别与主PLC和主控制器保持同步。

智能阀将数据传送给主控制器，主PLC通过RS-485接口从主控制器中读取数据，并向其发布命令，主控制器再执行命令，驱动智能阀按命令运转。

当主PLC或主控制器出现故障时，系统能分别自动切换到从PLC或热备控制器。

由于系统中采用的是Modbus通信协议，1台PLC可以连接多台PakscanIIE主站控制器，因此，若现场智能阀较多，系统可以很方便地扩展而且连线简单。

2.2.2监控系统的通信

站控系统选用ModbusRTU主通信模块（master）。

PakscanIIE主站控制器是一个远程终端单元，做为Modbus从设备（slave）。

PLC的CPU通过ModbusRTU主通信模块控制PakscanIIE主站控制器的读写，被称为Modbushost。

系统采用单Modbushost两线通信方式，该方式最多可以连接32个PakscanIIE主站控制器。

主通信模块的程序设计有三部分内容：

初始化通信模块、读写Modbus/RTU数据、监测通信状态。

通信模块的初始化工作主要是配置三个初始化控制块的参数：

Slave控制块（SCB）、信息控制块（MCB）和通信要求参数块（COM_REQ）。

SCB是个15个寄存器长的数据块，功能是定义与其通信的Slave的型号、个数、状态等参数，每一个Slave需要定义一个SCB块。

MCB是由6个寄存器长的数据块组成，功能是定义Master要求每个Slave执行的命令信息，包括命令类型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主机号等参数，每一种命令需要定义一个MCB块。

COM_REQ是由17个寄存器长的数据块组成，功能是定义通信方式、端口控制字及监测SCB和MCB的状态参数等，每一端口需要定义一个COM_REQ块。

所有这些初始化参数在PLC上电或冷启动初始化的第一个扫描周期内加载到RTU主通信模块，此后RTU主通信模块负责与PakscanIIE主站控制器通信，而PLC则与RTU主通信模块交换数据。

读写Modbus/RTU数据和监测通信状态的编程相对简单，只要读写初始化时定义的相应PLC参数地址即可。

2.2.3画面组态

上位监控站可准确监测和控制储运过程的所有信息和设备。

通过编程、组态、连接，形象地反映实际工艺流程、显示动态数据，设置PID控制参数以及过程参数，并可以查看历史趋势、报警历史报表等。

Rotork的现场电动阀配置在流程的输气管线上，通过按钮可以人工启动、停止和关闭任一个阀门，并显示任意时刻的阀门状态和阀位值。

设计良好的人机界面使操作简便、直观。

3结束语

该系统在陕京二线投用至今，效果良好。

本文提供了电动阀门执行器总线控制系统在本工程的应用情况，对于其他工程应根据各自的实际情况选择不同应用方案

炼化装置的各个罐区管线上使用的电动阀均配备的是罗托克电动执行机构，这些电动头采用的是总线连接方式，一开始，我以为这类总线和艾默生的总线连接和应用相同，随着调试的进行，发现了他们的不同之处。

这里所谓的总线，是指罗托克执行机构间拥有自己通讯协议的一种整体通讯方式，所有电动头采用首尾串级环路链接，最后电缆连回PAKSCAN控制器（其实就是他的通讯控制器），这是构成电动头总线的基本框架，而与DCS连接又是PAKSCAN控制器通过MODBUS总线协议与上位机（FOXBORO）进行通讯，DCS通过寻址找到系统所需的各个信号的地址（如同一台阀的DI、DO、AI、AO等等）写入组态信息。

在赛科，之所以不同，是因为他的DCS采用的是艾默生的DeltaV系统，而现场仪表均使用的是与其有着相同总线协议FF的仪表（ROSEMOUNT变送器，fisher智能定位器等等），故他的系统从控制站单元到现场单元就构成了完整的具有现场总线通讯协议的过程控制系统。

两者之间除了通讯方式的不同外，连接方式也存在不同，罗托克电动头采用环形连接，当中间断路或故障后，两边还可以自由与控制器通讯，而赛科的总线采用的是星型连接这是连接方式的不同。

有不同，但亦有相同点，最大的相同点（我想）因该是他们都是通过设定设备地址来进行联系、通讯，采用数字通讯方式。

同时，一样都可以节省大量的控制电缆。

随着仪表的智能化，整个DCS系统的升级，使仪表在应用及维护、故障处理层面的内容都发生了一些变化。

总线仪表的使用，使以前对4～20mA的故障分析方式有了很大的改变，主要表现在：

控制室与现场仪表间的电缆故障已经不再是一个多发问题，以往一对一，点对点的连接形式，电缆在其中也属于一个故障环节，而总线型系统如果单台仪表出现故障，则可忽略主电缆故障，将故障分析的侧重点全部放在仪表本体及其他环节上，如果若干台仪表故障（在DCS内）则又可将分析的侧重点放在主电缆及通讯等环节上，这是对总线型系统故障分析的思维转变。

即分析回路软故障多于分析回路物理故障。

室内的仪表回路故障分析及处理

室内回路的故障随着中间环节的增加和新设备的使用变得多种多样，但分析方法仍是有规律可寻。

下面以较为典型的仪表回路对室内故障的排查加以分析。

AI输入回路

4-20mA模拟信号回路的故障及分析处理

故障现象：

现场表头显示60%，DCS画面示值仅有45%，指示偏低

分析：

在检查和排除现场仪表的故障后，问题集中在控制室内。

现场过来的电流信号进入安全栅的输入端，再从输出端通过连接电缆接入HLAI卡的FTA端子。

用万用表检查5042的输出信号与输入信号是否对应，便可确定中间环节（安全栅）的工作正常与否。

当进入DCS卡件的信号仍然正常时，即可确定FTA或HLAI卡件通道故障。

故障处理：

在明晰了回路环节，确定了故障查找方向，问题就很容易解决了。

首先确认的是DCS回路。

安全栅的输出信号为2.8VDC（45%），与流程画面显示值对应，说明DCS回路正常。

对安全栅的输入信号进行检查，测量值为3.4VDC（60%），输出信号与输入信号相差15%。

由此，确定了故障点所在，即安全栅环节。

更换后，显示恢复正常事后我们对故障仪表进行检查。

发现该仪表的隔离变压器T2已存在破损状况，晶体管转换器无法变换正确的信号电流输出。

这就是该安全柵的故障点所在在此类回路中，如果还存在如报警设定器等设备，同样要对这些环节进行包括信号的转换、内部参数设置的正常与否等检查，逐步排除疑点。

现在，随着集成芯片的应用，大部分的变送器都使用了智能表头，与DCS也能够通过数字方式进行通讯，由于大部分智能变送器在信号转换及传输方式与传统模拟信号（4～20mA）的不同,使故障现象也变得多样化。

以下是我昨天在现场遇到的一个故障。

CONTROLSYSTEM:

HONEYWELL-TDC3000

transducer：

HONEYWELL-ST3000STR93D-11D

通讯协议：

DE协议

安全栅：

MTL5042

操作人员反映一台液位变送器显示正常，但经常产生报警信号。

进现场后,首先观察了报警现象，报警前后显示值并未发生改变，检查安全栅输出电压为15.8~14.7vdc变化（正常电压在17vdc左右），断开输出线路后电压正常（23vdc），由此估计室外环节出现故障（包括电缆）。

现场检查表头显示无跳动现象，再检查接线端子开路电压为23vdc，电缆接入回路后，电压依旧偏低，将电源与端子处两反向二极管脱离，直接接入表头，检查电压提升到17.4vdc,联系控制室，报警现象消失。

随机确定造成电压下降的原因为仪表端子二极管有击穿现象导致。

从废旧表头处更换一端子，重新接线，仪表显示正常。

想想原因，应该是因为二极管击穿后，造成回路电压偏低，当电压在15.8~14.7vdc波动时，变送器可正常工作，但当电压低于变送器最低通讯电压时，变送器与DCS无法进行正常通讯，DCS系统则判断此时回路故障，造成报警，随着电压的瞬间恢复，回路联系正常，报警也恢复。

这就是造成指示正常却不断报警的原因。

一点浅见。

DE协议的特点：

①模拟和数字信息不能同时传送②网络电流值不代表测量值。

电流值在4~20mA之间

②网络电流值不代表测量值。

电流值在4~20mA之间4~20mA之间波动。

在平常的生产过程中，经常有同事问我，我们的仪表在现场都是正常的，但控制室内就是不能正确反映工艺状况或者无法正常的操作执行机构，问题会出在什么样的地方。

确实，随着计算机技术的应用发展，在现代的石油化工企业中，越来越多的生产装置使用了集散控制系统（即DCS）。

与此同时，设备的更新使仪表故障点与以往使用电Ⅲ型二次仪表时有了很大的不同，故障呈现出多样性，使仪表维修人员在查找和排除故障时增加了难度。

要正确的分析回路故障产生的原因，判断故障点，不论是DCS系统还是传统的电Ⅲ型仪表回路，都应该对仪表回路的硬件的组成和连接以及回路信号的走向有清晰的了解。

例如，有些DCS使用的是HONEYWELL公司的TDC3000系统，为适应生产需要与之配套使用隔离安全栅柜、继电器柜，以及部分信号分配和转换单元等设备这些回路的中间环节。

仪表测量、控制信号通过众多中间环节进入DCS，经过处理，又通过不同的环节进入现场或提供示值，用于操作。

所以我想，了解系统硬件构成及回路信号走向，应该是及时、准确排查所辖装置仪表故障的前提条件。

作为一个优秀的（呵呵，我这里说的是优秀而不是好）仪表维修人员，必须要沉下心去熟悉图纸，掌握他所维护的系统构成。

罗托克PACKSCAN总线控制器主板冗余设置

1、断电；

2、将控制器中部跳线端子拨向右侧；

3、控制器设置参数：

SETTING>

>

M/SSETTING>

SERIALPart1、serialpart2ethenet

将三个参数由ACTIVE改为PASSIVE；

4、冗余后与主备控制器连接的通讯线要错开，即“主接Part1，则将副接part2；

主接part2，则将副接part1”；

5、此时主备控制器已可进行自动冗余切换；

6、调整主备控制器的方式。

可用控制器上的硬切换开关手动切换，也可在M/SSETING中通过CHANGEOVERMASTER调整主/备状态。

看到一个月前写的关于总线仪表的故障分析，突然觉得有些地方不对，为什么呢，因为当我接触到了更多的总线形式后发现，总线的故障分析还是要根绝实际情况对症分析，就像昨天写的，罗托克电动阀总线采用的是环形连接网络，网络就是一根主线，如果单台设备出现故障，主电缆亦与控制器的通讯亦会有故障反应，那就需要从线路进行分析。

只是分析的方式不同而已。

所以，什么故障都要从多方面去考虑问题，找到真正的故障原因进行处理。

首先你自己要时时刻刻有一颗想成功的心，并且要为了每一件事而努力，哪怕这件事明知道不会师成功的途径，但在这个过程当中，你就会学习到很多东西，是在机遇来了以后，你都能够运用上的，这就是一个积累的过程，也是一个最艰辛的过程，因为你不知道机遇会什么时候到来，其实机会就在自己的身边，看你有没有去注意他，其实机遇就是身边的一些细节，你留意到了，并且比别人下手快抓住他了，你就成功了。