基于现场总线的数字式电液执行机构的开发

　　随着工业仪表的发展，过程控制经历了ACS，CCS，DCS以及FCS等几个发展阶段。每一代新控制系统的推出都是为解决上一代控制系统存在的缺陷，现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外。

　　现场总线给工业自动化仪表和控制系统带来了巨大的影响，主要表现为仪表智能化、传输数字化、系统开放化和应用综合化，主要特点：

　　1）用数字信号完全取代4~20mA模拟信号，使得过程控制的准确性和可靠性更高；

　　2）网络协议是统一的、开放的、联入现场总线的不同厂家的产品可以相互通讯、相互操作；

　　3）某些控制、报警、信号处理等功能完全由分散在现场的自动化设备自身的微处理器来实现，现场仪表可提供现场信息，简化了上层系统；

　　4）在同一网络里可混合使用多种通讯介质（双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、射频电缆和红外线）。

　　现场总线技术与各种智能化的现场仪表共同组成现场总线控制系统，这是工业控制系统的一场技术革命，也是当今工业自动系统领域发展的热点，被誉为先进控制技术的代表和21世纪的工业控制系统技术。据不完全统计，目前国外各类现场总线约有40多种，其中主要有FF，Profibus, Lonworks, CAN, Hart协议等。

　　因此，基于现场总线控制系统的数字式电液执行机构应运而生。

　　1 电液执行机构工作原理

　　电液执行机构是一种能够接受4~20mA标准工业信号，通过电-液转换和液压放大，对直线位移和角位移实行高精度控制的一种执行机构，广泛应用于炼油厂FCC（催化裂化装置）的特殊阀门控制，也可用于其他石化、冶炼等行业需要对直线位移或角位移进行精确控制的场合，是一种现场执行器。与气动执行结构相比，电液执行机构具有调节精度高、输出推力大、行程速度快、响应平稳、工作可靠等优点。国外的FCC装置在20世纪70年代末至80年代初，相继采用了电液执行机构，并迅速得以推广应用。国内在20世纪80年代末90年代初成功研制出了电液执行机构，并进入批量生产。2001年，由洛阳石化工程式公司和兰炼机械厂等单位共同研制的高压快速电液执行机构也投放市场，满足了催化装置大型号化对特殊阀门的控制要求。

　　电液执行机构是由电气控制系统、电液伺服阀、伺服油缸、液压油源和位移传感器等组成的一个典型的闭环控制系统，如图1所示。电气控制系统将经过规格化处理的输入信号和阀位信号进行比较，将得到的偏差信号经过运算和放大，输出一个与偏差信号成一定线性关系的控制电流，去控制电液伺服阀开口的大小和方向，使油缸活塞按规定的方向运动，从而带动阀板（或阀头）运动，直到输入信号与反馈信号的偏差为零，无液压油输出，使阀位停止在与输入信号相对应的位置上，达到位移与信号的平衡，最终达到控制流量、温度和压力等变量的目的。