S系列总线型电动执行机构在热网预付费管理系统中的应用

• 关键词：现场总线,总线型电动执行机构,热网预付费管理系统
• 摘要：总线电动执行机构在工业自动化控制过程中的应用越来越广泛，本文介绍了现场总线电动执行机构在热网预付费管理系统的应用，以便供热企业能有更好的手段来提高热网管理水平，从而提升整个热网的经济效益。

1 引言
   电动执行机构是过程控制中的重要执行单元设备，具有行程控制、转矩保护、手动操作、远方及就地控制等功能，可以将上位控制设备和系统给出的控制信号转化为相应的位移，驱动阀门、挡板等设备至系统所要求的位置，以调节和控制流量、温度、压力等过程参数，实现系统的自动控制，保证生产的稳定运行。
   近年来，随着信息技术和自动化技术的发展，控制系统发生了新的变革，现场总线是顺应这一形势迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信，以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，逐渐在执行机构得到应用，让现场总线执行机构越来越多的应用到工业自动化控制过程中。
2 科远股份S系列现场总线执行机构的特点
   科远股份S系列总线执行机构提供多样化强大的总线控制技术，在统一总线控制下将执行机构采用双绞线连接在网络中，所有执行机构的控制信号、反馈信号以及设置信息与控制系统（DCS/PLC）信息交换和数据传输，适应各种自动控制要求。
S系列总线执行机构多样化总线技术可实现双向通信、在线参数设定、在线校正与在线诊断等多种控制技术要求的功能。用户在集控室就可以对现场的执行机构进行标定、参数设置、功能组态、在线监测、故障分析和维护等操作。
   采用现场总线执行机构需要使用的辅助设备少，无需任何隔离、转换和输入输出模块，可以减少大量信号电缆、配件及相应的安装和检修工作。能与控制系统完美融合，有效提高自动化控制水平，实现数字化工厂。
S系列总线执行机构提供多种总线通讯方式：
   ROFIBUS：工业自动化控制领域中，ROFIBUS是国际上主要的高速数据通讯的网络协议，PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供可行的解决方案：（1）科远股份ROFIBUSDP接口模块DPV0可提供有关阀门和执行机构的各种控制信息和反馈数据的周期性循环数据；DPV1可提供执行机构非循环数据交换与循环数据，对执行机构进行全面的诊断、进行参数设置、诊断和报警处理。（2）科远股份EDD和DTM使科远股份执行机构能够与管理系统软件相整合，科远股份执行机构GSD文件确保组态可完美集成在同一总线控制系统。（3）完全支持Physical layer RS485、PROFIBUS-DPV0/DPV1；
   Modbus：Modbus是工业自动化应用系统中一个完全公开，且被广泛应用的串行通信协议：（1）科远股份Modbus接口模块采用双线RS485数据总线连接，使用Modbus的RTU通讯协议，能够方便的在主流的组态软件中进行组态，实现电动执行机构全部控制功能及设备实时数据的反馈。（2）设置科远股份Modbus通讯时，完全不需要使用复杂的设备及专用的编程工具。（3）具备RS485双线RTU通讯；国际开放式标准通讯，完全免费；兼容单一、双重冗余同时支持；
   FOUNDATION：Foudation Fieldbus是目前过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计、安装、投运到正常生产运行及其检修维护，都体现出优越性：（1）科远股份Foudation Fieldbus总线接口模块与Foudation H1总线系统直接连接，能够实现电动执行机构全部控制功能及设备实时数据的监控。（2）完善的Foudation H1性能，拥有Link Master Device和LAS功能。
   总线控制功能需求定制：科远股份可定制不同标准的现场总线控制模块，可根据用户的要求提供HART、CAN、DN等标准的现场总线接口模块。
3 科远股份现场总线的电动执行机构在预付费热网中的应用
3.1执行机构在预付费热网中的应用背景
   与常规的热网计量监控系统相比，预付费热网管理系统增加了控制软、硬件（管理软件中有控制逻辑、硬件体现为在热网用户端增加带控制功能的流量积算仪、预付费控制器、电动阀门等）。
   预付费管理功能主要体现在对热用户充值后，热用户在预付费管理系统授权下才能正常开启电动阀门，当余额高于设定的报警限值时，用户正常用汽；当余额大于零但低于报警限值时，预付费管理系统自动向热用户管理人员发送短信报警，提示热用户即时充值，确保正常用汽；当热用户账户余额等于零时，预付费管理系统通过控制电动执行机构切断热用户用汽，另外，当热用户在用汽过程中有违反用汽合同规定的事项或现场出现故障时，热网运行管理人员也可以远程控制电动执行机构关闭阀门切断蒸汽。
   目前付费管理系统中大多采用传统的多线制执行机构，因其存在硬接线节点、没有智能通讯功能、无法限制欠费热用户私自开启阀门等缺点，一些供热企业正逐步淘汰多线制执行机构，逐渐采用技术更为先进、功能更为强大的总线型电动执行机构。
3.2 科远股份总线型执行机构的应用
   科远股份针对目前供热管理的要求，开发了用于热网预付费远程监控系统的专用总线型电动执行机构，目前逐步在供热管网监控予以应用：
（1） 稳定可靠：科远股份开发的热网专用总线型执行机构，其输入输出为数字信号。这与传统的输出为模拟、开关量信号的执行器比起来就大不一样了，不仅减少了信号转换过程中的损失，增加了抗干扰能力，而且所传递信号的质量也是非常稳定可靠，使热网预付费远程监控系统能对供热管线上阀门进行有效监控，保证了整个供热管网的安全稳定运行。
（2） 有效避免热用户误动、强开阀门：科远股份开发的热网专用总线型执行机构，对电控及机械部分做了特别处理，取消了手轮，禁用了就地手操按钮，只有使用定制的总线通讯协议通过远程或使用有专用的遥控器才能开关阀门，避免热用户误动或欠费私自开启阀门。
（3） 全面监控阀门的工作状态：利用科远总线型电动执行机构双向通讯的优势，热网预付费监控系统可以对各热用户的进汽阀门、分汽站阀门的工作状态，如开关状态、故障状态、过力矩状态、开关次数、力矩关断次数、电动机运行时间、控制单元工作时间等重要的运行数据进行监控、储存和累计处理。同时可以在监控中心通过无线GPRS远程对阀门进行参数设置、功能组态、调节控制阀门，可不必像过去那样一定要到现场去处理，大大降低热网运行管理人员的维护工作量。
（4） 简化安装接线工作：传统电动执行机构现场接线极为费时、费力，每台执行机构都必须要有至少7-14根控制线才能将执行机构的参数传递到控制系统的控制模板上或控制设备上，而采用科远总线型电动执行机构，即使是在冗余的情况下也仅需要两根电缆4根线，且无须任何隔离转换及输入输出模块。减少了大量的信号电缆、节省了相应的电缆槽、配电柜等硬件，降低了项目投资成本、方便了现场接线、提高了安装施工效率。
4 结束语
   随着供热管理系统的发展，预付费管理功能将被逐步被应用，对预付费管理功能中的重要控制设备电动执行机构的要求也将不断提高。总线式电动执行机构以它可靠性高、现场使用的辅助设备少，操作维护方便，可有效避免热用户欠费开启阀门等等优点，一定会在热网预付费管理系统中得到更为广泛的应用。