طريقة حساب عدد نقاط الإدخال/الإخراج في نظام DCS

Thread Content

الاستفادة من التعلم*. عادةً ما يتم توفير عدد نقاط نظام التحكم DCS من قبل مكاتب التصميم، وهو يمثل مجموع نقاط I/O الخاصة بأجهزة القياس، ونقاط I/O الخاصة بالأنظمة الكهربائية، بالإضافة إلى نقاط الاتصال بين نظام DCS والأنظمة الأخرى. يمكن للإحصاء الدقيق لعدد نقاط الإدخال/الإخراج الخاصة بالأجهزة الكهربائية والمقاييس أن يتجنب مشاكل عدم التنسيق في مجال الأجهزة الكهربائية والمقاييس، كما أن العدد الدقيق لنقاط DCS يوفر أساسًا للجهات المستخدمة لاتخاذ قرار بشأن اختيار علامة النظام DCS وتكلفته. عادةً ما تشمل أنظمة DCS على مكونات التحكم الأوتوماتيكي مثل القياس الحراري، والتحكم في القيم المتناظرة، والتحكم التسلسلي، والتحكم المنطقي. يتم حساب عدد نقاط نظام DCS من خلال جمع عدد نقاط الإدخال المتناظرة AI، وعدد نقاط الإخراج المتناظرة AO، وعدد نقاط الإدخال الرقمي DI، وعدد نقاط الإخراج الرقمي DO، بالإضافة إلى عدد نقاط الاتصال بين نظام DCS والأنظمة الأخرى. فيما يلي شرح لطريقة حساب عدد نقاط نظام DCS في مجالات الأجهزة القياسية والهندسة الكهربائية: 1. كيفية حساب عدد نقاط الإدخال AI في نظام DCS: يشير مصطلح AI إلى إشارات الإدخال المتناظرة التي تدخل إلى نظام DCS أو PLC. يمكن إدخال إشارات الإدخال الخاصة بنظام DCS مباشرة من الموقع، وتشمل هذه الإشارات: مقاييس التيار الحراري (مقاييس من النوع J، K، T، N، E، R، S، B)، وإشارات المقاومة الحرارية (مقاييس من النوع Cu50، Cu100، Pt100، Pt50)، بالإضافة إلى إشارات التيار القياسية (4-20 مللي أمبير، 0-20 مللي أمبير)، وإشارات الجهد القياسية (1-5 فولت، 0-5 فولت، 0-10 فولت)، وأخيرًا إشارات النبضات ； أما الإشارات من الأنواع الأخرى، فإذا كان لا بد من إرسالها إلى نظام DCS، فيجب استخدام أجهزة تحويل الإشارات مثل معزلات الإشارات ومحولات التيار ومحولات الجهد لتحويل هذه الإشارات إلى قيم 4-20 مللي أمبير أو 1-5 فولت، قبل إرسالها إلى نظام DCS. (1) إحصاء عدد نقاط الإدخال لمستشعرات الحرارة الكهربائية: يتم احتساب كل مستشعر حرارة كهربائي منفرد أو مستشعر حرارة مغلف كنقطة AI واحدة ； يجب أن يتم حساب درجة حرارة المستشعرين في نفس نقطة القياس لدى مقاييس الحرارة ذات القضيبين أو المقاييس المغلفة ذات القضيبين في نظام DCS كنقطتين AI، بينما يتم حساب درجة حرارة نقطة القياس الواحدة كنقطة AI واحدة فقط ； غالبًا ما يُستخدم المقاوم الحراري أحادي النقطة أو متعدد النقاط لمراقبة درجات الحرارة في أجزاء مختلفة من نفس نقطة القياس، ويتم حساب مدخلات الذكاء الاصطناعي بناءً على عدد نقاط القياس في المقاوم الحراري. (2) إحصاء عدد نقاط الإدخال لمقاومات التسخين من نوع AI: طريقة إحصاء عدد نقاط الإدخال لمقاومات التسخين من نوع AI هي نفسها طريقة إحصاء عدد نقاط الإدخال للمقاومات الحرارية من نوع AI. (3) إحصاء نقاط الإدخال للتيار والجهد القياسيين من نوع AI: يتم حساب نقطة AI واحدة لكل إشارة تُرسل إلى نظام DCS والتي تكون من نوع 4-20 مللي أمبير، أو 0-2 مللي أمبير، أو 0-5 فولت، أو 1-5 فولت، أو 0-10 فولت. كما يتم أيضًا تحديد نطاق القيم المقابل لكل إشارة إدخال. يُفضل تسجيل عدد نقاط AI بشكل منفصل لأجهزة الإرسال من النوع ثنائي الخط (بما في ذلك أجهزة قياس درجة الحرارة، وأجهزة قياس الضغط، وأجهزة قياس مستوى السائل، وأجهزة قياس التدفق، إلخ)، نظرًا لاعتمادها على تغذية كهربائية بجهد 24 فولت DC، وذلك لتسهيل عملية دمج الأسلاك في نظام DCS. ملاحظة خاصة: لا تُدرج أجهزة القياس الموجودة في الموقع مثل مقاييس الضغط، ومقاييس درجة الحرارة من نوع الفلز المزدوج، ومقاييس التدفق ذات الروتور الزجاجي، في حساب عدد نقاط نظام DCS. 2. كيفية حساب عدد نقاط الإخراج AO في نظام DCS؟ يشير AO إلى إشارات الإخراج التناظرية التي يصدرها نظام DCS أو PLC للتحكم في المعدات الميدانية. عادةً ما تكون مخرجات AO من نوعين: 4-20 مللي أمبير، و0-20 مللي أمبير، بالإضافة إلى 0-5 فولت، و1-5 فولت، و0-10 فولت. يُعد نوع 4-20 مللي أمبير الأكثر استخدامًا في أنظمة DCS. عادةً ما يتم ربط مخرجات AO بأجهزة مثل المحركات الكهربائية، والمحركات الهوائية، وأجهزة تغيير التردد، وأجهزة تنظيم الطاقة، ووحدات التحكم الصناعي. عادةً ما يكون لكل جهاز يتم التحكم فيه مخرج AO خاص به، وعدد نقاط مخرجات AO يساوي عدد الأجهزة المُراد التحكم فيها. ٣. كيفية حساب عدد نقاط الإدخال DI في نظام DCS؟ يشير DI إلى إشارات الإدخال الرقمية التي تصل إلى نظام DCS أو PLC، ويجب أن تكون إشارات الإدخال DI عبارة عن مفاتيح غير فعالة، أو إشارات من نوع TTL أو CMOS. بعد وصول إشارات DI إلى نظام DCS أو PLC، غالبًا ما يتم توصيلها بجهد 24 فولت أو 48 فولت لأغراض القراءة. عادةً ما تأتي مدخلات DI المتخصصة في أجهزة القياس من نقاط التنبيه الخاصة بأجهزة مثل مقاييس الضغط ذات الاتصال الكهربائي، ومقاييس درجة الحرارة ذات الاتصال الكهربائي، ومقاييس مستوى الماء ذات الاتصال الكهربائي، بالإضافة إلى مفاتيح مستوى السائل ومفاتيح معدل التدفق وأجهزة كشف اللهب وغيرها من أجهزة القياس. ويتم احتساب كل نقطة تنبيه عند ربطها بنظام DCS كنقطة دخل DI واحدة. إن حساب نقاط DI في تخصص الهندسة الكهربائية معقد إلى حد ما، وسيتم شرح ذلك بالتفصيل في الجزء الأخير من المقال. ٤. كيف يتم حساب عدد نقاط الإخراج من نوع DO في نظام DCS؟ يشير مصطلح DO إلى إشارات الإخراج الرقمية التي يصدرها نظام DCS أو PLC للتحكم في الأجهزة الموجودة في الموقع، وعادةً ما يتم توصيل هذه الإشارات عبر ريليهات وسيطة إلى أجهزة أخرى تعمل بجهود كهربائية مختلفة. يُستخدم مخرج DO الخاص بالأجهزة القياسية بشكل شائع للتحكم في المصابيح الإرشادية الخارجية، والصمامات الكهرومغناطيسية، وأجهزة الإنذار الضوئية والصوتية، وأنظمة التحكم الكهربائي، بالإضافة إلى المحركات الكهربائية ذات الدوران المتعدد والمفاتيح الكهربائية وغيرها من الأجهزة. يتطلب نظام DCS عددًا مختلفًا من نقاط الإخراج DO للتحكم في الأجهزة المختلفة، وفيما يلي أعداد نقاط I/O للأجهزة الشائعة التي يتم التحكم فيها: (1) الآليات الكهربائية ذات النوع المفتوح: يتم حساب نقطة إدخال AI واحدة لكل قيمة تغذية راجعة لموضع الصمام تتراوح بين 4-20 مللي أمبير، كما يتم حساب نقطتي إخراج DO للتحكم في حركة الصمام للأمام/الخلف، ونقطتي إدخال DI لمعرفة ما إذا كان الصمام مفتوحًا بالكامل/مغلقًا بالكامل، بالإضافة إلى نقطتي إدخال DI لمعرفة ما إذا كان هناك خطأ في عزم الفتح/الإغلاق للصمام. (2) جهاز تنفيذ كهربائي ذو عدة دورات قابل للتشغيل/الإيقاف (مصدر طاقة AC380V): يتم حساب نقطة إدخال AI واحدة لكل جهاز تنفيذ بناءً على إشارة التغذية الراجعة لموضع الصمام والتي تكون في النطاق 4-20 مللي أمبير (ولا يتم حساب نقطة AI في حالة عدم وجود إشارة تغذية راجعة)، كما يتم حساب نقطتي إخراج DO للتحكم في حركة الصمام للأمام/الخلف، وحساب نقطتي إدخال DI لمعرفة ما إذا كان الصمام قد فُتح تمامًا/أُغلق تمامًا (بواسطة مفاتيح الحدود)، بالإضافة إلى حساب نقطتي إدخال DI للكشف عن أخطاء زيادة عزم الدوران أثناء فتح الصمام/إغلاقه. (3) الآليات التنفيذية الكهربائية المنظمة: يتم حساب نقطة إدخال AI واحدة لكل آلية تنفيذية بناءً على معلومات موضع الصمام، كما يتم حساب نقطة خرج AO واحدة لكل آلية تنفيذية بناءً على إشارات التحكم في الصمام. أما إشارات التحذير من أعطال الآليات التنفيذية، فهي تُحسب كنقطة إدخال AI واحدة (تُستخدم إشارات التحذير من الأعطال في الآليات التنفيذية الكهربائية الذكية، وإذا لم تكن هناك إشارات تحذير من أعطال، فلا يتم حساب نقاط AI).

(4) الآليات التنفيذية الكهربائية المتعددة الدورانات المنظمة: يتم حساب نقطة إدخال AI واحدة لكل آلية تنفيذية بناءً على معلومات موضع الصمام، كما يتم حساب نقطة خرج AO واحدة لكل آلية تنفيذية بناءً على إشارات التحكم من نوع 4-20mA. أما إشارات التحكم الطارئ في حالات ESD، فهي تُحسب كنقطة خرج DO واحدة (تُستخدم إشارات التحكم الطارئ في حالات ESD في الآليات التنفيذية الكهربائية الذكية المتعددة الدورانات، وإذا لم تكن هناك هذه الوظيفة، فلا يتم حساب نقاط DO). كما يتم حساب نقطتي إدخال DI لكل آلية تنفيذية بناءً على إشارات التحذير من قوة الإغلاق/الفتح الزائدة. (5) محول التردد: يوفر كل محول تردد نقطة إدخال AI واحدة لحساب قيمة التردد، ونقطة خرج AO واحدة لحساب إشارة تحديد التردد، ونقطة خرج DO واحدة لتنفيذ أوامر التشغيل/الإيقاف، ونقطة إدخال DI واحدة للكشف عن أعطال المحول، ونقطة خرج DO واحدة لإعادة تهيئة المحول في حالة الأعطال، بالإضافة إلى نقطة إدخال DI واحدة لمعرفة حالة تشغيل المحول. إذا تم ربط جهاز تغيير التردد بنظام DCS عبر وسيلة اتصال معينة، فلا حاجة إلا لحساب نقطة اتصال واحدة فقط، دون الحاجة إلى حساب أي نقاط أخرى. (6) إذا كان نظام DCS متصلاً بصمامات كهرومغناطيسية، وأضواء إشارة، ومفاتيح توصيل وغيرها من الأجهزة، فيتم حساب نقطة خرج DO واحدة لكل جهاز (مثلًا، إذا كان هناك عدة أجهزة تستخدم نفس إشارة التحكم، فعادةً ما يتم ذلك عن طريق إضافة نقاط توصيل للريليهات الوسيطة، وبالتالي يتم حساب نقطة خرج DO واحدة فقط). 5. كيف يتم حساب عدد نقاط نظام DCS في المجال الكهربائي؟ (1) عدد نقاط نظام DCS في أنظمة التحكم الكهربائي التقليدية: أبسط دائرة تحكم في المحركات تحتاج إلى نقطتين للإدخال من نوع DI، ونقطة واحدة للإخراج من نوع DO. يتم حساب نقطة واحدة لمدخل DI لكل حالة تشغيل للدائرة (المأخوذة من النقاط المساعدة للمفتاح الكهربائي)، ويتم حساب نقطة واحدة لمخرج DO لإشارات التشغيل/الإيقاف (المتصلة بملف المفتاح الكهربائي)، كما يتم حساب نقطة واحدة لمدخل DI لإشارات الأعطال (المأخوذة من الريليه الحراري أو إشارات الحماية من الحمل الزائد على المحرك). في حالة الحاجة إلى عرض قيمة التيار في دائرة المحرك، بالإضافة إلى إمكانية التحكم المحلي أو عن بُعد، فإنه بخلاف حساب 2 من مدخلات DI و1 من مدخلات DO، يتم أيضًا حساب عدد نقاط المدخلات AI الخاصة بإشارة التيار (القادمة من جهاز نقل التيار)، وذلك في نطاق من 0 إلى 3 نقاط. أما المحركات ذات القدرة المنخفضة، فعادةً لا يكون هناك حاجة إلى مراقبة التيار، وبالتالي لا يتم حساب أي نقاط مدخلات AI في هذه الحالة ； يتم حساب عدد نقاط الإدخال الخاصة بنظام DCS وفقًا لعدد أطوار التيار المطلوب إرسالها إلى النظام، حيث يجب تحويل كل إشارة تيار تتراوح بين 0-5 أمبير إلى إشارة تتراوح بين 4-20 مللي أمبير باستخدام جهاز نقل التيار، وذلك لإرسالها إلى نظام DCS؛ ولا يمكن أن يكون هناك أكثر من 3 نقاط ； إذا كانت المحركات تحتاج إلى التحكم في أماكن متعددة، فيتم حساب مفتاح اختيار مكان التحكم لكل مدخل DI واحد. لتسهيل الفهم، يوضح الرسم التالي مخططًا توضيحيًا لمبدأ التحكم الثانوي الكهربائي في خزانة GGD الكهربائية، وصندوق التشغيل الميداني، ونظام DCS: http://yunrun.com.cn/upload/201603/30/201603301804382744.jpg شرح وظائف الدائرة الثانوية لتحكم المحركات: يمكن لأزرار التوقف الموجودة على خزانة الكهرباء وصندوق التشغيل الميداني إيقاف تشغيل المحرك في أي حالة ； يمكن لمفتاح اختيار موقع التحكم أن يختار بين “التحكم من الخزانة نفسها”، و“التحكم في الموقع مباشرةً”， و“التحكم عبر نظام DCS”. كما يمكن لزر التشغيل الموجود في الموضع المقابل لمفتاح الاختيار أن يشغل المحرك ； عند اختيار خيار “التحكم عبر DCS”， يمكن تشغيل/إيقاف المحركات فقط على نظام DCS. شرح المكونات الكهربائية: في الرسم التخطيطي الثانوي، يمثل 1SS زر التوقف الموجود على الصندوق الكهربائي، بينما يمثل 1SS1 زر التوقف الموجود على صندوق التشغيل الميداني ； 1SB هو زر التشغيل الموجود على الخزانة الكهربائية، أما 1SB1 فهو زر التشغيل الموجود على صندوق التحكم في الموقع ； DO هو مفتاح التحكم في تشغيل/إيقاف نظام DCS ； 1HR5 هو مؤشر طاقة الجهاز ； 1HR هو مؤشر التشغيل الموجود على الخزانة الكهربائية، أما 1HR1 فهو مؤشر التشغيل الموجود على صندوق التحكم الميداني ； 1HG هو مؤشر التوقف الموجود على الخزانة الكهربائية، أما 1HR1 فهو مؤشر التوقف الموجود على صندوق التحكم الميداني ； 1KK هو مفتاح التبديل الخاص بالتشغيل ； 1KH هو مرحل كهربائي حراري ； ١ كم تعادل مفتاح التوصيل ； 1KA هو ريليه وسيط ； 1FU هو فريم للدائرة الثانوية. (2) عدد نقاط نظام DCS للتحكم الكهربائي في بدء التشغيل بخفض الجهد: يتم حساب إشارة حالة تشغيل المحرك بالجهد الكامل في كل دائرة بدء تشغيل بخفض الجهد (القادمة من الاتصال الفرعي للمفتاح الرئيسي 1KM1)، وذلك لإنشاء نقطة إدخال DI واحدة؛ كما يتم حساب إشارة التحكم في بدء/إيقاف تشغيل النظام (المتصلة بملف المفتاح)، وذلك لإنشاء نقطة خرج DO واحدة. أما إشارات الأعطال الكهربائية (القادمة من الريليه الحراري أو إشارات الحماية من الحمل الزائد للمحرك)، فيتم حسابها لإنشاء نقطة إدخال DI واحدة أيضًا. أما إشارات تيار المحرك (القادمة من مرسلات تيار ثلاثية الأطوار)، فيتم حسابها لإنشاء 3 نقاط إدخال AI (مرسلات تيار المحركات A وB وC) ； إذا كانت المحركات تحتاج إلى التحكم في أماكن متعددة، فيتم اختيار حالة مفتاح الموقع للتحكم (عند اختيار نظام DCS للتحكم)، مما يؤدي إلى حساب نقطة واحدة لمدخل DI. لتسهيل الفهم، الرسم التالي يوضح مبدأ التحكم في دائرة البدء بخفض الجهد لخزانة الأجهزة الكهربائية GGD، وصندوق التشغيل الميداني، ونظام DCS: http://yunrun.com.cn/upload/201603/30/201603301805373111.jpg (3) عدد نقاط التحكم في نظام DCS بواسطة أجهزة تغيير التردد: يتم حساب إشارة حالة تشغيل كل جهاز تغيير تردد (القادمة من مفاتيح الريليه الوسيط) كنقطة إدخال DI واحدة، وإشارات التحكم في بدء/إيقاف نظام DCS (المتصلة بملفات الريليه الوسيط) تُحسب كنقطة خرج DO واحدة، أما إشارات أعطال أجهزة تغيير التردد (القادمة من الجهاز نفسه) فتُحسب كنقطة إدخال DI واحدة، كما يتم حساب إشارات إعادة تعيين الأعطال كنقطة خرج DO واحدة، أما إشارات تغذية راجعة عن تردد التشغيل فتُحسب كنقطة إدخال AI واحدة ； يتم حساب قيمة الخرج AO لنقطة واحدة بناءً على إشارة تحديد تردد التغيير. (4) عدد نقاط نظام DCS للتحكم في حركة المحرك إما بالاتجاه الصحيح أو العكسي: يتم حساب حالة تشغيل المحرك بالاتجاه الصحيح/العكسي (من خلال النقاط المساعدة للكونتاكتور)، وذلك عبر مدخلين من نوع D1؛ كما يتم حساب إشارات أعطال التشغيل بالاتجاه الصحيح/العكسي (من خلال الريليه الحراري)، وذلك عبر مدخلين من نوع DI. أما التحكم في اتجاه دوران المحرك فهو يتم عبر مدخلين من نوع DO، وذلك عن طريق توصيل ملف الكونتاكتور. أما إشارات تغذية راجعة بخصوص تيار المحرك، فيتم حسابها عبر ثلاثة مدخلات من نوع AI؛ ولا يتم حساب هذه النقاط في حالة عدم وجود تغذية راجعة بخصوص التيار. (5) يتوافق نظام DCS مع وظائف PLC، ويتم حساب عدد نقاط الإدخال/الإخراج في نظام DCS وفقًا لمتطلبات المشروع الفعلية (ويكون طريقة الحساب مماثلة لطريقة حساب نقاط PLC)، ولن يتم سردها هنا بالتفصيل. يمكن من خلال طريقة حساب عدد نقاط نظام DCS المذكورة أعلاه، تحديد العدد الفعلي المطلوب من مكونات الأجهزة الخاصة بنظام DCS بسرعة. كما يجب أخذ الاحتياجات المتعلقة بالتكرار في نظام DCS في الاعتبار، حيث يتم عادةً إضافة 20% كاحتياطي إلى العدد الفعلي لنقاط I/O المطلوبة من قبل المستخدم.