DCS系统远控西门子电动温控阀原理

之前介绍SY42AX煤矿水管路减压阀应用案例，现在介绍DCS系统远控西门子电动温控阀原理所使用的各种控制阀不仅分散而且数量众多，主要为大口径阀门，采用气动或电动执行机构，通常是通过数据采集与监视控制系统（SCADA）或DCS直接对阀门进行控制，除了开阀、关阀和急停控制外，一般还需要将阀门开度、开关状态、远程/就地、各种报警等阀门信息引入系统。一个阀门至少有六七个以上不同类型的参数，阀门较多的场合，不仅需要大量的电缆，而且占用较多的系统I/O卡件和通道资源。通常的概念，纯监视数据可以接受通信方式来完成采集，涉及控制的参数一般不使用通信方式而采用硬接线，但近年来随着通信功能的完善及其可靠性的进一步提高，使用通信来实现对现场仪表的控制越来越多地得到了应用。某1×106m3原油罐区采用ECS-700DCS，通过与Pakscan西门子电动温控阀控制单元的Modbus通信，成功实现了DCS对大量西门子电动温控阀的可靠控制。西门子电动温控阀有室外温度补偿功能，既增加一个室外温度传感器，可以在采暖时随着夜里室外温度的下降，室内温度将要调高温度。当RWD68控制器其用此功能后会自动根据室外温度的降低来提高供水温度；反之随着白天室外温度的升高控制器会自动降低供水温度，省去人工开关阀门。
 
上海申弘阀门有限公司主营阀门有：蒸汽减压阀,减压阀(气体减压阀,可调式减压阀西门子三通分流温控阀可以在热水换热的系统中发挥它的优势。在水、水换热中锅炉水的温度直接影响到燃料的供给多少。当系统中水的温度升到设定温度时，西门子温控阀会关闭高温水停止换热，同时打开高温水循环，把高温水返回到锅炉内，从而节省燃料。
    1 DCS系统远控西门子电动温控阀原理系统硬件设计
    1.1 DCS
    ECS-700DCS按照可靠性设计原则，在充分保证系统安全可靠的基础上，不仅使系统规模能充分满足大型联合生产装置的需求，还具有故障安全设计、单点在线下载、多工程师协同工作、分域管理、离线仿真调试等特点，同时融合了的现场总线技术和网络Profibus，Modbus，FF，HART等多种标准现场总线的接入和多种第三方设备的综合集成，并且与这些第三方设备的集成均可提供接口与线路的冗余配置。
    1.2 西门子电动温控阀控制单元
    西门子电动温控阀控制单元由一台主站控制器和与它相连的现场西门子电动温控阀组成。主站控制器通过一条两线电流环路（总线）控制挂于环路上的多个现场控制阀，该电流环路可长达数公里。多个西门子电动温控阀仅通过两条总线互联成一个环路，终接入主站控制器的只有起始和末端两总线，所有阀门信息通过两总线通信进入主站控制器，每个现场设备都具备两个方向上冗余的通信通道，这样提高了线路故障时的通信可用性。Pakscan现场控制模块可以安装RotorkIQ，IQT，AQ，Q和A系列执行器内，而通用现场控制模块可以连接其他厂家的设备，如泵、电磁阀、西门子电动温控阀等。
    主站控制器不断采集来自现场控制模块的信息，实现读取智能阀的开度、转矩、地址、报警等数据和状态信息，隔离现场故障设备，并通过标准的ModbusRTU等协议与DCS通信，上送实时数据和设备运行状态，接受阀门控制命令，实现对现场多种智能阀门和设备的控制。为了增加可靠性，采用冗余主站控制器，与DCS的通信接口和线路也是冗余配置的。在进行通信方式控制的同时，西门子电动温控阀等执行器也可以使用就地控制、硬接线远程控制及辅助输入，大大提高了控制的可靠性和配置的灵活性。
    1.3 系统硬件结构
    西门子电动温控阀控制单元的主站控制器安装在现场机柜间的辅助机柜中，通过冗余的通信总线接入DCS的冗余串口通信模块COM741基座中，实现可靠的通信。一对冗余的通信模块有4个接口，可以通过硬件跳线配置成RS-485或RS-232通信接口，实现与多个西门子电动温控阀控制单元的连接。因为ModbusRTU等协议已是广泛应用的工业标准协议，因此在各类西门子电动温控阀控制单元中均得到支持，DCS种类丰富的通信模块可与各类支持这些标准协议的电动控制阀实现通信。该项目中罐区100多个常规信号则通过I/O模块直接进入DCS控制站，其中硬接线与通信点数之比为1：15。系统硬件结构如图1所示。

        2DCS系统远控西门子电动温控阀原理 系统软件设计
        2.1 通信程序编制
        DCS与西门子电动温控阀主站控制器采用ModbusRTU协议进行通信，在DCS实现起来非常简单，不需要编制程序，仅填写简单的表格（其中大多数项选择合适的参数即可）即可完成通信配置和程序设计。然后需根据参数类型添加若干个读写命令，再扫描硬件自动生成对应的内部变量，用来存放西门子电动温控阀的开停闭命令和状态参数，这样就完成了通信组态工作。该项目中DCS作为主站，采用RS-485接口，传输速率为9600bit/s，8位数据位，奇校验，1位停止位。西门子电动温控阀选用*德国西门子控制器、传感器、执行器等重要组建。控制更、性能更可靠、节省能源更显明、使用寿命更长久。
 
在开关阀门方面可以靠自身的比例调节功能，随着温度的一点点下降或升高，控制器接收到温度信号时，快速传达给执行器，执行器自动调节阀门的开度，并非电磁阀式快开快关，克服了蒸汽管道内的水锤声，节省了人力。
 
西门子电动温控阀的低功耗，一整套的温控阀全靠一台AC24变压器来供给电源，功耗40VA既安全又节约电能，不会有触电事件的发生，其功率与电灯泡相等。执行器采用AC24V同步电机输出力量强大从800N-3500N。可以频繁开关，关闭时间15s-20s。具有停电后自动关闭阀门功能，保护下有设备。西门子电动温控阀 阀体采用球墨铸铁和铸钢两种耐压从1.6Mpa-2.5Mpa，阀体腔内采用压力平衡组建克服了管道内的大压差问题，从而保护执行期，阀体外采用V型环，解决了阀体外漏问题。
 选择温控阀阀门时应考虑如下的一些素：
    (1) 零件的材料及对材料的组织和性能要求。设计图上规定的零件材料，大体上就决定了阀门的种类。例如，零件材料为铸铁就必须用铸造方法来制造阀门。对于钢制零 件，在选择阀门时应考虑对材料的力学性能要求。例如，制造高压阀门的零件一般应昼选用锻件或焊接件，以保证材料具有良好的力学性能。 湿度传感器探头 , , 不锈钢电热管 PT100 传感器, 铸铝加热器 , 加热圈   流体电磁阀
    (2) 零件的结构形状和外形尺寸。零件的结构开关是影响阀门选择的重要因素，例如，结构开关复杂的阀体可选用铸件。尺寸大的阀体可选用砂型铸造;尺寸小的则采用熔模铸造。
    (3) 生产纲领的大小。零件的生产纲领愈大，采用高精度和率的阀门制造方法经济效果愈好。
    (4) 阀门制造的条件。应根据现场的设备善和工艺水平来选择阀门，并考虑到发展前景而逐步采用的阀门制造方法。

        2.2 西门子电动温控阀控制程序编制
        西门子电动温控阀控制单元接收并记录从两线环路传来的智能阀的地址、转矩、开度、报警等数据，根据从DCS传来的读写命令控制阀门的动作，因此控制阀门的程序是在DCS中完成的，其中包括开停闭阀门逻辑及故障判断、输出信号类型、行程时间的设置等。使用DCS提供的阀门控制功能模块Valve，即可实现对阀门的控制程序编制，使用起来相当方便，只需在用户程序中对控制模块进行引用，并对其中操作和配置参数进行初始化设置即可。同时系统还提供了Valve功能块相对应的标准阀门操作面板，可供操作员在操作站监控软件中使用。当然，若标准阀门面板不能满足要求，可以自定义所需要的操作面板。图2是阀门控制模块Valve引用的一个实例，其中Flag是阀门控制模块质量码，用来在监控软件中显示阀门的各种状态。

        2.3 监控软件制作
        该项目中需要控制西门子电动温控阀近200台，每台西门子电动温控阀均有开阀、关阀、急停、开到位、关到位、过扭矩报警、综合报警7个信号。每一幅画面上都有大量阀门，操作界面设计的好坏将直接影响到操作效率与安全，利用DCS软件的强大功能，阀门利用颜色的变化清晰准确地呈现出了阀门的开启、闭合、行程、故障、报警等状态。若对阀门进行操作，点击阀门则会弹出阀门操作面板，来供操作员进行开停闭的阀门操作。

        3 DCS系统远控西门子电动温控阀原理结束语
        基于通信实现了DCS对大量西门子电动温控阀的实时控制，使得罐区监控系统布线简洁，大大减少了电缆和DCS部件，减少了安装调试工作量和成本，关键部件和通信全环节的冗余配置又保证了系统的高可靠性；同时罐区数据直接进入DCS，既便于在中心控制室对整个罐区进行监视和控制，也为罐区数据的进一步处理和企业的信息化管理带来了方便。该罐区投用半年以来，系统运行平稳，控制方便可靠，实践证明基于通信实现DCS对大量西门子电动温控阀的控制是可靠和令人满意的，对大型石化罐区及西门子电动温控阀应用较多的场合具有一定的参考意义。与本文相关的论文：自力式煤气调压阀组​