Pakscan工程应用

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。

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。

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（IQ actuator）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。

Pakscan IIE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Pakscan IIE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、监控系统的通信

站控系统选用Modbus RTU主通信模块（master）。Pakscan IIE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Modbus RTU主通信模块控制Pakscan IIE主站控制器的读写，被称为Modbus host。系统采用单Modbus host两线通信方式，该方式最多可以连接32个Pakscan IIE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Pakscan IIE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。2100433B

Pakscan系统特点

Pakscan双线控制系统与其他的现场总线控制方式相比具有以下优点：

1）可靠性高

Rotork Pakscan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）兼容性强

Rotork Pakscan双线控制系统不仅可对Rotork执行机构进行控制；同时，通过GP FCU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。

Pakscan系统组成

Pakscan IIE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。

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。

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。

主工作站

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。

Pakscan IIEMaster Station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。Pakscan IIE Master Sation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Pakscan IIE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。

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。

作为单一的或者热备份主站的变体，Pakscan可以控制240台执行器以及通过安全的场地连接对其它场地设备进行控制。产地数据流电缆可达20km，所以在不需要中继器的情况下，也可以轻易的对远距离阀门进行控制。

Pakscan系统易于安装和使用，也成就了目前全球有超过7万台Pakscan控制的执行器安装与世界各处的各类场地。