1 計(jì)算機(jī)接口介紹
電子計(jì)算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展給自動(dòng)控制系統(tǒng)行業(yè)產(chǎn)生了巨大進(jìn)步。計(jì)算機(jī)接口定義于1982年最先由歐洲地區(qū)明確提出，到1999年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂出了IEC61158計(jì)算機(jī)接口國家標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)接口控制系統(tǒng)是現(xiàn)階段操縱行業(yè)里發(fā)展趨勢(shì)十分迅速并慢慢完善的一門技術(shù)性，它應(yīng)用全智能化的無線通信技術(shù)替代傳統(tǒng)式當(dāng)場(chǎng)儀表盤一對(duì)一的4~20mA電流量數(shù)據(jù)信號(hào)聯(lián)接技術(shù)性，給全自動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生了全新升級(jí)的意識(shí)，其未來發(fā)展的結(jié)論終將是替代DCS系統(tǒng)軟件獨(dú)立、對(duì)外開放水平低的現(xiàn)況，創(chuàng)建起不依賴于一切生產(chǎn)商的敞開式自動(dòng)控制系統(tǒng)，并創(chuàng)建統(tǒng)一的加工廠最底層網(wǎng)絡(luò)信息，一切遵循同樣規(guī)范的不一樣廠家生產(chǎn)的機(jī)器設(shè)備均可1394連接并與之聯(lián)接開展信息交換和實(shí)際操作，完成充分的分散型自動(dòng)控制系統(tǒng)。依據(jù)IEC61158規(guī)范，有8種類別的計(jì)算機(jī)接口變成國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)接口。Profibus、DeviceNet、FoundationFieldbus等全是合乎國標(biāo)的流行計(jì)算機(jī)接口。
2 電動(dòng)執(zhí)行器上運(yùn)用計(jì)算機(jī)接口的優(yōu)點(diǎn)
石油化工行業(yè)的過程控制是持續(xù)的，電動(dòng)執(zhí)行器的功能是將各種各樣規(guī)范操縱數(shù)據(jù)信號(hào)，如開、關(guān)、停信號(hào)及閘閥開啟度plc數(shù)據(jù)信號(hào)（0/4~20mA，0~10V，0~5V等）和數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)出姿勢(shì)偏移。計(jì)算機(jī)接口自動(dòng)控制系統(tǒng)在接受到感應(yīng)器的總流量或工作壓力或環(huán)境溫度數(shù)據(jù)信號(hào)后，依據(jù)技術(shù)規(guī)定，電動(dòng)執(zhí)行器接受到互鎖命令及部位數(shù)據(jù)信號(hào)后，經(jīng)輸出功率控制器或伺服驅(qū)動(dòng)器變大控制模塊推動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)作來到相對(duì)應(yīng)部位，電動(dòng)執(zhí)行器在所有自動(dòng)控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的功效，它的優(yōu)劣，將同時(shí)危害著過程控制工業(yè)化生產(chǎn)的品質(zhì)、安全性、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、能耗等。
因?yàn)殡妱?dòng)執(zhí)行器具備好幾個(gè)操縱鍵入/導(dǎo)出數(shù)據(jù)信號(hào)，必須約7~14根控線才可以將執(zhí)行器的傳參到自動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)模版上。而選用計(jì)算機(jī)接口，一個(gè)環(huán)城路中的全部電動(dòng)執(zhí)行器被一根雙絞屏蔽線串連下去，全部操縱及報(bào)告信息內(nèi)容均根據(jù)這一根雙膠線開展傳送，徹底替代傳統(tǒng)的的軟銅電纜線。當(dāng)必須提升電動(dòng)執(zhí)行器時(shí)，只需一根雙膠線和上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)操縱設(shè)備的一個(gè)串口通信，并不一定對(duì)每一個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器都獨(dú)立提升軟銅電纜線，更不用提升系統(tǒng)軟件很多的I/O插口，可極大節(jié)省項(xiàng)目投資。
選用計(jì)算機(jī)接口的執(zhí)行器具備雙重通信作用，實(shí)際操作員工在主控室既可對(duì)當(dāng)場(chǎng)執(zhí)行器開展校準(zhǔn)、基本參數(shù)、作用組態(tài)軟件，還可在線監(jiān)控設(shè)備的工作情況、運(yùn)作故障檢測(cè)和安全事故預(yù)測(cè)分析、執(zhí)行情況檢修，可以最大限度地減少維修時(shí)長，提升維修品質(zhì)，減少維修花費(fèi)。當(dāng)發(fā)生一些在現(xiàn)場(chǎng)沒法化解的困難時(shí)，還能夠根據(jù)系統(tǒng)總線插口來開展遠(yuǎn)程控制通訊執(zhí)行遠(yuǎn)程控制服務(wù)支持，不會(huì)再須要像以往一定要到當(dāng)場(chǎng)去。因?yàn)閳?zhí)行器時(shí)時(shí)刻刻處在被監(jiān)管情況，因而應(yīng)用和維護(hù)保養(yǎng)十分便捷。
除此之外，計(jì)算機(jī)接口導(dǎo)出為模擬信號(hào)，相比傳統(tǒng)式數(shù)字模擬傳送，不但降低了數(shù)據(jù)信號(hào)在傳送流程中的失幀，且提升了抗干擾性，傳送數(shù)據(jù)信號(hào)平穩(wěn)、靠譜。
3 工程項(xiàng)目案例慨況
中油惠印石油化工倉儲(chǔ)物流產(chǎn)業(yè)基地為我國石油有限責(zé)任公司廣東省市場(chǎng)銷售子公司在廣東惠州市惠州大亞灣經(jīng)濟(jì)發(fā)展經(jīng)開區(qū)的一級(jí)成品油批發(fā)商業(yè)服務(wù)儲(chǔ)庫，關(guān)鍵作用是為中石油成品油批發(fā)市場(chǎng)銷售給予倉儲(chǔ)物流。新項(xiàng)目新創(chuàng)建共6臺(tái)30，000m3/罐的成品油批發(fā)儲(chǔ)存罐，已于2011年春節(jié)前根據(jù)總體工程驗(yàn)收。
該工程選用雙向熱備PLC系統(tǒng)，CPU、開關(guān)電源、通信控制模塊等1∶1多余。新項(xiàng)目當(dāng)場(chǎng)一期共應(yīng)用電動(dòng)閘閥46臺(tái)，之后將擴(kuò)大到72臺(tái)。充分考慮組裝維護(hù)保養(yǎng)及日后拓展的便利性，挑選帶計(jì)算機(jī)接口的智能化電動(dòng)執(zhí)行器。
4 系統(tǒng)總線計(jì)劃方案選擇
案例新項(xiàng)目選擇某外國大品牌的全智能電動(dòng)執(zhí)行器。該商品默認(rèn)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)執(zhí)行器控制板（MasterStation）運(yùn)作內(nèi)部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線協(xié)議書并建立多線光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)造，以RS485（Modbus協(xié)議書）插口與PLC通信（見圖1）。該構(gòu)造下全部執(zhí)行器根據(jù)2根2芯雙絞屏蔽線為媒體串連成環(huán)狀，且多線光纖環(huán)網(wǎng)具備雙重傳送通信特點(diǎn)，即系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)信號(hào)可經(jīng)控制板A端口號(hào)傳出，按執(zhí)行器物理學(xué)聯(lián)接次序1#，2#，...N-1#，N#安全巡檢，再由B端口號(hào)接受；還可以反方向由B端口號(hào)傳出，按序N#，N-1#，...2#，1#安全巡檢，由A端口號(hào)接受。當(dāng)操縱環(huán)城路中某一執(zhí)行器常見故障時(shí)，故障點(diǎn)從操縱鏈接上全自動(dòng)擺脫，控制板數(shù)據(jù)信號(hào)可與此同時(shí)從A端口號(hào)及B端口傳出，確保操縱鏈接在沒有受常見故障危害下再次運(yùn)作；當(dāng)常見故障閘閥維護(hù)保養(yǎng)結(jié)束可再次掛上互聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)恢復(fù)常態(tài)化運(yùn)作。
但是，此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須附加提升執(zhí)行器控制板（MasterStation），且控制器并沒有預(yù)留插口聯(lián)接PLC多余通信控制模塊，并沒有靈活運(yùn)用雙向熱備系統(tǒng)軟件的冗余設(shè)計(jì)。要做到徹底多余則必須提升2套MasterStation，將大大增加成本費(fèi)用。
計(jì)算機(jī)接口相對(duì)性于全部電動(dòng)執(zhí)行器而言是一個(gè)構(gòu)件，即通信接口卡。不一樣的計(jì)算機(jī)接口要采取不一樣的通信led軟件，如果是Modbus或Profibus計(jì)算機(jī)接口，就一定要各自選用可以與Modbus或Profibus系統(tǒng)總線開展通信的通訊卡，不一樣的計(jì)算機(jī)接口因?yàn)橐?guī)范不一樣，不可以互相兼容。在應(yīng)用全過程中，僅有具備遵循同一系統(tǒng)總線規(guī)定的設(shè)施才可以互相通信。
Profibus系統(tǒng)有三種系統(tǒng)總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：RS485（Profibus-DP）聯(lián)接、合乎IEC1158-2（Profibus-PA）聯(lián)接、及其金屬聯(lián)接。RS485連接是一個(gè)兩邊有數(shù)字功放終端設(shè)備的線形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，稱之為RS485系統(tǒng)總線段，用以機(jī)器設(shè)備級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散型I/O的通訊，分主、從站構(gòu)造。分站向從站以動(dòng)態(tài)口令傳送方法瀏覽，通信間距100~1200m，傳輸速度處于9.6kbit/s~12Mbit/s。2個(gè)系統(tǒng)總線站中間的最高傳送間距與設(shè)置速度相關(guān)。Profibus-PA為最底層通信協(xié)議，專為自動(dòng)化技術(shù)全過程而設(shè)，可聯(lián)接當(dāng)場(chǎng)各感應(yīng)器、智能變送器等。Profibus-PA具備樹形結(jié)構(gòu)、鏈狀、星型、點(diǎn)到點(diǎn)等多種多樣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳輸速度為31.25kbit/s。特殊情況下，Profibus還能夠挑選選用金屬聯(lián)接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖1 多線光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

融合案例新項(xiàng)目環(huán)境狀況，各電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中間間距不超過200m，且近期點(diǎn)與主控室間距不超過150m。每一個(gè)電動(dòng)執(zhí)行器可根據(jù)改裝系統(tǒng)總線通信板使之相當(dāng)于一個(gè)從站構(gòu)造，系統(tǒng)軟件可根據(jù)PLC做主站，向各從站傳出安全巡檢數(shù)據(jù)信號(hào)，且此計(jì)劃方案比提升執(zhí)行器控制板（MasterStation）更經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也不會(huì)提升作業(yè)難度系數(shù)。因而設(shè)計(jì)方案最后選擇放棄挑選提升執(zhí)行器控制板并建立多線光纖環(huán)網(wǎng)的計(jì)劃方案，改而挑選Profibus-DP構(gòu)造。
Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)能（見表1）將同時(shí)危害該互聯(lián)網(wǎng)的安全系數(shù)、穩(wěn)定性及其日后維護(hù)保養(yǎng)的便利性。充分考慮新項(xiàng)目應(yīng)用雙向熱備型PLC系統(tǒng)，融合貯備石化廠的發(fā)展戰(zhàn)略，設(shè)計(jì)方案最后挑選選用計(jì)劃方案4的雙系統(tǒng)總線多余構(gòu)造，即執(zhí)行器應(yīng)用多余通信卡與PLC端作多余聯(lián)接。并將傳輸速度設(shè)置為1.5Mbit/s。

5 雙系統(tǒng)總線計(jì)劃方案敘述
雙系統(tǒng)總線控制回路與執(zhí)行器的連接方法見圖2。電動(dòng)執(zhí)行器的多余通信接口卡組裝后應(yīng)貼Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)上，每一個(gè)執(zhí)行器在系統(tǒng)總線里都獲分派唯一詳細(xì)地址，對(duì)PLC傳出的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)信號(hào)作出回應(yīng)。通訊電纜可選用專用型系統(tǒng)總線電纜線或全雙絞屏蔽線，在全部運(yùn)用中具備易組裝、易維護(hù)保養(yǎng)、成本低和效率的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)總線A與總線B各自從相互之間多余的主PLCA和從PLCB的通信控制模塊中引出，雙路系統(tǒng)總線電纜線各自按物理學(xué)聯(lián)接次序與每一執(zhí)行器串連，最停止于系統(tǒng)總線終端電阻。產(chǎn)生一對(duì)水平的雙系統(tǒng)總線控制回路。由于每臺(tái)當(dāng)場(chǎng)機(jī)器設(shè)備全是與此同時(shí)聯(lián)接兩根通信控制回路，從而組成了一個(gè)多余的通信網(wǎng)絡(luò)。

圖2 雙系統(tǒng)總線多余網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

正常的運(yùn)行時(shí)，設(shè)置在其中一PLC為主導(dǎo)CPU和主熱備通信控制模塊，另一PLC為從CPU和從熱備通信控制模塊，并保證與主CPU的即時(shí)同歩。系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)信號(hào)沿工作中鏈接的通信控制模塊端口號(hào)傳送，當(dāng)有一處路線或執(zhí)行器產(chǎn)生問題時(shí)，系統(tǒng)巡檢出現(xiàn)異常并通告主CPU常見故障部位，使此處常見故障路線從系統(tǒng)軟件上擺脫，與此同時(shí)系統(tǒng)軟件將自行轉(zhuǎn)換至熱備CPU工作中，使系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)信號(hào)沿另一鏈接傳送，這時(shí)主、從CPU交換，常見故障所屬鏈接轉(zhuǎn)換為從解決鏈接，進(jìn)而完成安全可靠的多余作用。當(dāng)常見故障恢復(fù)后機(jī)器設(shè)備再次掛上系統(tǒng)軟件，再次打開熱備作用。
當(dāng)主CPU產(chǎn)生問題時(shí)，監(jiān)控CPU運(yùn)行狀態(tài)的主熱備通信控制模塊快速將自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)觸點(diǎn)斷掉，而從熱備通信控制模塊快速合閉自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)觸點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行轉(zhuǎn)交對(duì)互聯(lián)網(wǎng)和I/O架構(gòu)決策權(quán)的全過程，使原先的從CPU和從熱備通信控制模塊變化為主導(dǎo)CPU和主熱備通信控制模塊。當(dāng)CPU常見故障恢復(fù)后再次掛上系統(tǒng)軟件，并變成從CPU再次工作中。
6 結(jié)語
伴隨著各種各樣過程控制規(guī)定的不斷提升，做為用以過程控制的電動(dòng)執(zhí)行器也需要可以持續(xù)融入這樣的事情。僅有不斷地融入計(jì)算機(jī)接口自動(dòng)控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）的規(guī)定，電動(dòng)執(zhí)行器才可以更好地發(fā)揮其該有的優(yōu)點(diǎn)。
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