Pakscan工程應(yīng)用

陜京二線輸氣管道工程電動(dòng)閥門采用Rotork公司Pakscan執(zhí)行器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本工程現(xiàn)場智能電動(dòng)閥監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。

站控系統(tǒng)采用美國AB公司的Controllogix雙重?zé)醾湫蚉LC系統(tǒng)，通過PLC控制總線型電動(dòng)閥門（IQ actuator）的開停閉。上位監(jiān)控站可監(jiān)視各個(gè)智能閥的閥位狀態(tài)、閥位值以及報(bào)警信號(hào)，并可執(zhí)行開閥、停閥和關(guān)閥操作。

Pakscan IIE主站控制器與站控系統(tǒng)之間采用Modbus協(xié)議通信，以Port1的RS-485接口連接。正常運(yùn)行情況下，主PLC和主控制器工作，從PLC和熱備控制器分別與主PLC和主控制器保持同步。智能閥將數(shù)據(jù)傳送給主控制器，主PLC通過RS-485接口從主控制器中讀取數(shù)據(jù)，并向其發(fā)布命令，主控制器再執(zhí)行命令，驅(qū)動(dòng)智能閥按命令運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)主PLC或主控制器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能分別自動(dòng)切換到從PLC或熱備控制器。

由于系統(tǒng)中采用的是Modbus通信協(xié)議，1臺(tái)PLC可以連接多臺(tái)Pakscan IIE主站控制器，因此，若現(xiàn)場智能閥較多，系統(tǒng)可以很方便地?cái)U(kuò)展而且連線簡單。

2、監(jiān)控系統(tǒng)的通信

站控系統(tǒng)選用Modbus RTU主通信模塊（master）。Pakscan IIE主站控制器是一個(gè)遠(yuǎn)程終端單元，做為Modbus從設(shè)備（slave）。PLC的CPU通過Modbus RTU主通信模塊控制Pakscan IIE主站控制器的讀寫，被稱為Modbus host。系統(tǒng)采用單Modbus host兩線通信方式，該方式最多可以連接32個(gè)Pakscan IIE主站控制器。

主通信模塊的程序設(shè)計(jì)有三部分內(nèi)容：初始化通信模塊、讀寫Modbus/RTU數(shù)據(jù)、監(jiān)測通信狀態(tài)。

通信模塊的初始化工作主要是配置三個(gè)初始化控制塊的參數(shù)：Slave控制塊（SCB）、信息控制塊（MCB）和通信要求參數(shù)塊（COM_REQ）。SCB是個(gè)15個(gè)寄存器長的數(shù)據(jù)塊，功能是定義與其通信的Slave的型號(hào)、個(gè)數(shù)、狀態(tài)等參數(shù)，每一個(gè)Slave需要定義一個(gè)SCB塊。MCB是由6個(gè)寄存器長的數(shù)據(jù)塊組成，功能是定義Master要求每個(gè)Slave執(zhí)行的命令信息，包括命令類型、RTU引用地址偏移、PLC引用地址偏移、主機(jī)號(hào)等參數(shù)，每一種命令需要定義一個(gè)MCB塊。COM_REQ是由17個(gè)寄存器長的數(shù)據(jù)塊組成，功能是定義通信方式、端口控制字及監(jiān)測SCB和MCB的狀態(tài)參數(shù)等，每一端口需要定義一個(gè)COM_REQ塊。所有這些初始化參數(shù)在PLC上電或冷啟動(dòng)初始化的第一個(gè)掃描周期內(nèi)加載到RTU主通信模塊，此后RTU主通信模塊負(fù)責(zé)與Pakscan IIE主站控制器通信，而PLC則與RTU主通信模塊交換數(shù)據(jù)。

讀寫Modbus/RTU數(shù)據(jù)和監(jiān)測通信狀態(tài)的編程相對(duì)簡單，只要讀寫初始化時(shí)定義的相應(yīng)PLC參數(shù)地址即可。2100433B

Pakscan系統(tǒng)特點(diǎn)

Pakscan雙線控制系統(tǒng)與其他的現(xiàn)場總線控制方式相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可靠性高

Rotork Pakscan雙線控制系統(tǒng)已有20年的使用歷史，該系統(tǒng)主工作站可熱備份（冗余）線路上一處出現(xiàn)短路和接地時(shí)，系統(tǒng)可繼續(xù)工作并發(fā)出報(bào)警。

2）兼容性強(qiáng)

Rotork Pakscan雙線控制系統(tǒng)不僅可對(duì)Rotork執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制；同時(shí)，通過GP FCU通信卡還可對(duì)其他廠家的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和現(xiàn)場儀表進(jìn)行控制。在新近建成投產(chǎn)的廣州白云機(jī)場項(xiàng)目中，Pakscan雙線控制系統(tǒng)在對(duì)Rotork執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí)，將其他液位儀和變送器等現(xiàn)場儀表的監(jiān)控信息通過雙線控制系統(tǒng)送到控制室。

Pakscan系統(tǒng)組成

Pakscan IIE雙線控制系統(tǒng)是一個(gè)以電動(dòng)閥門執(zhí)行器為主的智能化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中有三個(gè)組成部分：現(xiàn)場單元、雙線回路和主工作站。

現(xiàn)場單元

在一個(gè)雙線控制系統(tǒng)中，長達(dá)20km距離內(nèi)主工作站可控制240臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備，采集現(xiàn)場執(zhí)行器的重要數(shù)字和模擬數(shù)據(jù)，掃描周期為1.89s，結(jié)點(diǎn)間無距離限制，無需中繼器。

Pakscan現(xiàn)場單元是一塊在雙線系統(tǒng)中用于通信的袖珍卡件。作為選件，被安裝在Rotork執(zhí)行器之中，與執(zhí)行器的基本控制電路配合使用。每個(gè)現(xiàn)場單元在雙線回路中都有其唯一的地址，只對(duì)發(fā)自主工作站的正確命令作出響應(yīng)。Rotork還有與Pakscan現(xiàn)場單元類似的，數(shù)據(jù)收集和控制發(fā)送單元。[可將其他廠家的變送器、電磁閥、泵和攪拌器等現(xiàn)場設(shè)備信息采集到Pakscan雙線控制系統(tǒng)中。

雙線回路

雙線回路與執(zhí)行器的聯(lián)接非常簡單。電纜是一條容易安裝的全屏蔽雙絞線，在所有應(yīng)用中具有易安裝、易維護(hù)、低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)。雙線電纜順序地與每一執(zhí)行器接入或接出，它們起源于并返回至主工作站，形成一雙線回路。因?yàn)槊颗_(tái)現(xiàn)場設(shè)備都是雙向連接的，就構(gòu)成了一個(gè)冗余的通信線路。

正常操作情況下，通信電流信號(hào)沿環(huán)路的一條線從主站控制器的端口A流出，經(jīng)該環(huán)路從端口B流回，此時(shí)，另一條線路是冗余的。當(dāng)有一處線路發(fā)生故障時(shí)，該處故障線路被閥門屏蔽，故障線路兩邊的智能閥可通過各自的環(huán)路與主站控制器通信；當(dāng)有兩處線路發(fā)生故障時(shí)，這兩處故障之間的智能閥都被屏蔽，兩處故障之外的智能閥依然可以通過兩“臂狀”環(huán)路與主站控制器通信。

主工作站

主站控制器是由主CPU卡、環(huán)路通信卡、電源、液晶顯示器和16按鈕鍵盤組成的盤裝智能儀表。它內(nèi)部有兩個(gè)固定的數(shù)據(jù)庫：一個(gè)是現(xiàn)場單元數(shù)據(jù)庫，負(fù)責(zé)接收并記錄從兩線環(huán)路傳來的智能閥的地址、轉(zhuǎn)矩、開度等數(shù)據(jù)，根據(jù)從上位機(jī)傳來的讀寫命令控制閥門的運(yùn)動(dòng)，該數(shù)據(jù)庫從邏輯上劃分為四個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)記錄60個(gè)閥門的數(shù)據(jù)；另一個(gè)數(shù)據(jù)庫為主站控制器狀態(tài)及自診斷數(shù)據(jù)庫，負(fù)責(zé)記錄通信協(xié)議的有關(guān)狀態(tài)并向智能閥發(fā)布命令。通過主站控制器的按鍵和液晶顯示器，可以實(shí)現(xiàn)讀取智能閥的開度、轉(zhuǎn)矩、地址等數(shù)據(jù)，控制閥門的開閉，接收?qǐng)?bào)警信號(hào)及與PLC通信等功能。

Pakscan IIEMaster Station是Rotork主站控制器中的一種，它為雙重?zé)醾浣Y(jié)構(gòu)，在主控制器出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)切換到熱備控制器。Pakscan IIE Master Sation有一個(gè)RS-485通信口和一個(gè)RS-232通信口，它們可通過Modbus協(xié)議與PLC通信。其中RS-232通信口可以不通過PLC直接連接打印機(jī)，打印報(bào)警信號(hào)。

固化于主工作站中的Pakscan軟件包提供了一套先進(jìn)的、標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)先工程化的控制系統(tǒng)。使用主工作站的顯示器和鍵盤能對(duì)Pakscan IIE雙線控制系統(tǒng)進(jìn)行通信、控制等方面的組態(tài)。在需要直接操作控制的場合，可在主工作站上控制現(xiàn)場設(shè)備的“開”、“關(guān)”等。

作為雙線控制系統(tǒng)的基本現(xiàn)場設(shè)備，Rotork執(zhí)行器家族中有IQ，A，AQ和Q等系列產(chǎn)品，都是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的智能型執(zhí)行器，集聯(lián)鎖電磁閥、閥位行程開關(guān)、模擬閥位變送器等于一身。

為完成不同的工作需要，只需在執(zhí)行器中更換不同功能的現(xiàn)場單元模件。有Pakscan現(xiàn)場單元、Folomatic（閥位比例控制）單元、數(shù)據(jù)記錄器單元和電流扭矩變送器單元等。

作為單一的或者熱備份主站的變體，Pakscan可以控制240臺(tái)執(zhí)行器以及通過安全的場地連接對(duì)其它場地設(shè)備進(jìn)行控制。產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)流電纜可達(dá)20km，所以在不需要中繼器的情況下，也可以輕易的對(duì)遠(yuǎn)距離閥門進(jìn)行控制。

Pakscan系統(tǒng)易于安裝和使用，也成就了目前全球有超過7萬臺(tái)Pakscan控制的執(zhí)行器安裝與世界各處的各類場地。