閥島

閥島是新一代氣電一體化控制元器件，已從最初帶多針介面的閥島發展為帶現場匯流排的閥島，繼而出現可編程閥島及模塊式閥島。閥島技術和現場匯流排技術相結合，不僅確保了 電控閥的布線容易，而且也大大地簡化了複雜系統的調試、性能的檢測和診斷及維護工作。藉助現場匯流排高水平一體化的信息系統，使兩者的優勢得到充分發揮，具有廣泛的應用前景。

可編程式控制制器的輸出控制信號、輸入信號均通過一根帶多針插 頭的多股電纜與閥島相連，而由感測器輸出的信號則通過電纜連接到閥島的電信號輸入口上。因此，可編程式控制制器與電控閥、感測器輸入信號之間的介面簡化為只有一個多針插頭和一根多股電纜。與傳統方式實現的控制系統比較可知，採用多針介面閥島后系統不再需要接線盒。同時，所有電信號的處理、保護功能（如極性保護、光電隔離、防水等）都已在閥島上實現。

使用多針介面型閥島使設備的介面大為簡化，但用戶還必須根 據設計要求自行將可編程式控制制器的輸入/輸出口與來自閥島的電纜進行連接，而且該電纜隨著控制迴路的複雜化而加粗，隨著閥島與可編程式控制制器間的距離增大而加長。為克服這一缺點，出現了新一代閥島——帶現場匯流排的閥島。

現場匯流排（Field bus）的實質是通過電信號傳輸方式，並以一定的數據格式實現控制系統中信號的雙向傳輸。兩個採用現場匯流排進行信息交換的對象之間只需一根兩股或四股的電纜連接。特點是以一對電纜之間的電位差方式傳輸的。在由帶現場匯流排的閥島組成的系統中，每個閥島都帶有一個匯流排輸入口和匯流排輸出口。這樣當系統中有多個帶現場匯流排閥島或其它帶現場匯流排設備時可以由近至遠串聯連接。現提供的現場匯流排閥島裝備了目前市場上所有開放式數據格式約定及主要可編程式控制制器廠家自定的數據格式約定。這樣，帶現場匯流排閥島就能與各種型號的可編程式控制制器直接相連接，或者通過匯流排轉換器進行閥接連接。

帶現場匯流排閥島的出現標誌著氣電一體化技術的發展進入一個新的階段，為氣動自動化系統的網路化、模塊化提供了有效的技術手段，因此近年來發展迅速。

在閥島設計中引人了模塊化的設計思想，這類閥島的基本結構是：

l）控制模塊位於閥島中央。控制模塊有三種基本方式：多針介面型、現場匯流排型和可編程型。

2）各種尺寸、功能的電磁閥位於閥島右側，每2個或1個閥裝在帶有統一氣路、電路介面的閥座上。閥座的次序可以自由確定，其個數也可以增減。

3）各種電信號的輸入/輸出模塊位於閥島左側，提供完整的電信號輸入/輸出模塊產品。

有帶獨立插座、帶多針插頭、帶ASI介面及帶現場匯流排介面的閥島，

帶獨立插座的閥島通用性強，對控制器無特殊要求，配有電纜（有極性容錯功能），插座上帶有 LED和保護電路，分別用以顯示閥的工作狀態和防止過壓。

帶多針插頭的閥島通過多感電纜將控制信號從控制器傳輸到閥島，頂蓋上不僅有電氣多針插頭，而且還帶有LED顯示器和保護電路。

帶ASI介面的閥島，其顯著的一個特點是數據信號和電源電壓由同一根2芯電纜同時傳輸。電纜的形狀使用戶使用時排除了極性錯誤。對於ASI介面系統，每個模塊通常提供4個地址。因此一個ASI閥島可安裝4個二位五通單控閥或2個二位五通雙控閥。

帶現場匯流排介面的閥島可與現場匯流排節點或控制器相連。這些設備將分散的輸入/輸出單元串接起來，最多可連接4個分支。每個分支可包括16個輸入和16個輸出，連接電纜同時輸電源和控制信號。也就是說，它適合控制分散元件，使閥儘可能安裝在氣缸附近，其目的是縮短氣管長度，減小進排氣時間，並減少流量損失。

鑒於模塊式生產成為目前發展趨勢，同時注意到單個模塊以及許多簡單的自動裝置往往只有十個以下的執行機構，於是出現了一種集電控閥、可編程式控制制器以及現場匯流排為一體的可編程閥島，即將可編程式控制制器集成在閥島上。

所謂模塊式生產是將整台設備分為幾個基本的功能模塊，每一基本模塊與前、后模塊間按一定的規律有機地結合。模塊化設備的優點是可以根據加工對象的特點，選用相應的基本模塊組成整機。這不僅縮短了設備製造周期，而且可以實現一種模塊多次使用，節省了設備投資。可編程閥島在這類設備中廣泛應用，每一個基本模塊裝用一套可編程閥島。這樣，使用時可以離線同時對多台模塊進行可編程式控制制器用戶程序的設計和調試。這不僅縮短了整機 調試時間，而且當設備出現故障時可以通過調試出故障的模塊，使停機維修時間最短。

閥島是由德國Festo公司發明並最先應用的。

20世紀後期，市場用戶希望從Festo得到技術支持：如何簡化整機上電磁閥的組裝。基於此，Festo公司於1980年年底率先推出了PAL型鋁製氣路板，該板具有統一的氣源口。當需安裝大量電磁閥時，氣路板顯得格外有效。其通常與Festo傳統系列老虎閥組合使用。為追求更簡化的電磁閥安裝方式，Festo又開發了PRS型氣路板(P口供氣，R、S口排氣)，板上安裝2000型老虎閥。

隨著氣動技術的普遍使用，一台機器上往往需要大量的電磁閥，由於每個閥都需要單獨的連接電纜，因此如何減少連接電纜線就成為了一個不容忽視的問題。由於氣路板方式無法實現閥的電信號傳輸．因此Festo在已解決氣路簡化的基礎上又嘗試著對電路的簡化，從而致力於電—氣組合體——閥島的研究，即電控部分通過一個介面方便地連接到氣路板並對其上的電磁閥進行控制，不再需要對單個電磁閥獨立地引出信號控制線。在減小接線工作量的同時提高操作的準確性，並使其防護等級達到IP65。

作為工業應用的第一代閥島“01型閥島”於1989年漢諾威博覽會上首次面世。按照閥島與控制器的連接方式，該系列可分為多針介面型閥島和現場匯流排介面型閥島。

多針介面型閥島通過一根帶多針插頭的多股電纜與可編程式控制制器的輸人/輸出信號相連，經另一條電纜連接到感測器的輸出信號端。與常規連接方式相比，多針介面型閥島的介面簡化為一個多針插頭和一根多股電纜，不再需要接線盤，同時所有信號的處理和保護功能都已在閥島上實現。

但由於可編程式控制制器與閥島之間的多股電纜連接仍存在不小的接線工作量，Festo相繼推出了藉助匯流排協議簡化數據通信的現場匯流排介面型閥島。匯流排型閥島的突出特點是閥島與外界的數據交換隻需通過一根兩股或四股屏蔽電纜實現．節省了接線時間，減小了設備體積，增強了抗干擾能力，使數據傳輸更為可靠。由於這是現場匯流排技術在工業自動化領域的首次應用，起初只有少數的用戶對其感興趣，甚至大多數人都持有懷疑的態度，但隨後幾個月的時間裡，大量跡象表明該技術必將獲得成功。

由於閥的功能與規格的局限性，這款早期閥島產品Festo。已不再供貨，如今僅提供少量備件。

Festo在1991年和1992年的漢諾威博覽會上又相繼推出了新閥島系列----02型閥島。02型閥島在01型的基礎上增添了許多新的功能：

●所有電磁閥的功能均可安裝；

●介面尺寸分為1/8"和1/4"；

●分立的輸入、輸出信號；

●兩種不同的工作壓力；

●單個閥島上最多可集成16個閥

●可與18種現場匯流排相連；

●內或外兩種先導方式，可用真空。

Festo根據多種現場匯流排通信協議的規定，選擇不同的PLC作為02型閥島的控制器，如今可與40多種PIE系統進行通訊。總之，伴隨帶匯流排介面的02型閥島的廣泛使用，現場匯流排數據通信技術在工業自動化領域內達到了空前的熱潮。02型閥島高達數10萬套的驚人銷售量表明了閥島技術的逐步成熟，同時也是用戶對Festo產品最好的認可。

隨著市場對闊院閥島的柔性和模塊化特性提出了更高要求，Festo在1992年漢諾威博覽會上又再一次推出了03型閥島。03型閥島設計中引入了模塊化的思想．即將整個閥島分為幾個基本的功能模塊，如控制模塊、電磁閥模塊和輸入輸出模塊．每一基本模塊與前後模塊間按一定規律進行有機地結合。除了其防護等級達到了IP65，並具有如下一些新增功能特性：

● 量多能裝配26個單電控閥或13個雙電控閥，有Hi-nj型和Maxi型兩種尺寸，多種不同的工作壓力；

● 12個電氣輸入/輸出模塊．主要用於連接一些輸入/輸出信號．如數字信號、大電流信號和模擬信號；

● 輸入輸出信號點數取決於現場匯流排協議，最多為74個輸出信號和96個輸入信號；

● 內置可編程式控制制器，如：Festo的SF3、Siemens的Step和AB的SLC500系列。

該系列閥島尤其是在系統組態柔性上有突出的優點．在匯流排協議能力範圍內它的輸入/輸出模塊和電磁閥模塊的信號點數可以隨意地增減，從而深受用戶的青睬，同時．Festo憑藉舊型閥島的優良特性涉足了許多新的應用領域。由於其匯流排連接方式大大減少了安裝工作、並可現場採集輸入信號及控制其他輸出信號，可直接安裝在機器上而不需控制櫃．所以在汽車行業和其它一些重工業領域已被廣泛的應用。

汽車工業中使用的固要求符合ISO標準(1SO閥)，但ISO閥不符合閥島最初的設計思路——閥的電氣和氣動介面位於同側。對於Festo來說，這既是挑戰又是商機。為了贏得汽車行業這個大市場，Festo針對如何在閥島上裝配ISO閥這一技術問題提出了兩種解決方案：符合歐洲市場的IS05599/I介面形式和面向美洲市場的IS05599/Ⅱ介面形式。

04型閥島符合美洲標準，不僅要求閥的氣路接頭是標準的，而且要求電控信號通過五針插頭連接。根據此要求，Festo開發了用於電氣與氣動之間信號轉換的中間過渡板。它與03型閥島的輸入/輸出模塊是通用的，安裝電磁閥時需要一個中間過渡板。

針對歐洲汽車行業的需求，Festo聯合Bosch和Herion公司共同開發了一種特殊的閥島----06型閥島。它主要是為了簡化氣閥的安裝集成方式。在06型閥島即將投放市場時，汽車廠商們又改變了注意，要求能集成輸入/輸出模塊，因此05型閥島面世。由於這些系列閥島上的閥都是ISO氣閥，所以其銷量主要取決於汽車行業的發展水平。但如今，歐美汽車行業越來越趨向於使用裝有Maxi閥的03型閥島。

與模塊式自動生產線發展相呼應的是分散控制技術。鑒於分散控制系統的要求，在1996年的漢諾威博覽會上，Festo又向市場推出了全新CPV型緊湊閥島。

該系列閥島的外形很小，但輸出流量非常大，這是它與其它閥類的本質區別。每個CPV閥島都可分解為四個子模塊．任一個子模塊包含16點輸入輸出信號，因此，用戶可根據實際的需要任意選擇和組裝於模塊以構成理想的閥島。其主要優點是：

● 全新理念；

● 多種尺寸和功能；

● 多種現場匯流排連接形式如Interbuo、Profibus、De-viceNet等；

● 結構高度緊湊。

CPV型閥島是Festo進軍全球市場的先鋒產品，其逐年遞增的銷量正是用戶對其優越性最好的肯定。

CPA閥島是1998年問世的，它與CPV閥島一樣，均屬於緊湊型閥島．兩者功能和優

越性都相差無幾。區別在於：CPV閥島的閥片是整體式的；CPA閥島的閥片是模塊式的，由底座、閥體、電橋等組成。

CPX閥島系列

CPX閥島是Festo開發出的最新產品，隨著它的推出，Festo在現場匯流排介面型閥島領域的領導地位顯得更加突出，同時，CPX閥島也是模塊化設計思想的完美體現。該系列閥島在系統組態靈活上有較大的優勢，並且便於將來閥島功能的進一步擴展。其主要新添功能是：

● 防護等級可根據實際需要選擇IP20或IP65；

● 可組合10個輸入/輸出模塊；

● 支持CPA型閥島和03型閥島的電磁閥模塊；

● 用戶有5種不同的電氣連接方式．直接整機集成或安裝在控制盒內；

● 支持多種現場匯流排協議。

由於其組件的模塊化．連接方式的可選擇性及作為匯流排節點具有自我檢測和維護，CPX閥島在工業自動化領域被廣泛應用，另外也涉足到工程式控制制和食品行業等方面。