Phương pháp tính số điểm I/O của hệ thống DCS

Thread Content

Học hỏi từ người khác*. Số lượng điểm trong hệ thống điều khiển DCS thường được cung cấp bởi các viện thiết kế. Số lượng này là tổng số điểm I/O thuộc lĩnh vực đo lường, số điểm I/O thuộc lĩnh vực điện, cùng với số điểm dùng để kết nối hệ thống DCS với các hệ thống khác. Việc thống kê chính xác số lượng điểm I/O của các thiết bị điện và đồng hồ đo sẽ giúp tránh những vấn đề liên quan đến sự không nhất quán trong công tác phối hợp giữa các bộ phận chuyên trách về thiết bị điện và đồng hồ đo. Số lượng điểm DCS chính xác cũng sẽ giúp các đơn vị sử dụng có cơ sở để quyết định chọn thương hiệu hệ thống DCS cũng như chi phí đầu tư cho hệ thống này. Hệ thống DCS thường bao gồm các chức năng kiểm soát tự động như giám sát nhiệt độ, điều khiển dạng tín hiệu analog, điều khiển theo trình tự và điều khiển logic. Số lượng điểm trong hệ thống DCS được xác định dựa trên năm yếu tố: số lượng điểm đầu vào dạng tín hiệu analog AI, số lượng điểm đầu ra dạng tín hiệu analog AO, số lượng điểm đầu vào dạng tín hiệu rời rạc DI, số lượng điểm đầu ra dạng tín hiệu rời rạc DO, cùng với số lượng điểm kết nối giữa DCS với các hệ thống khác. Dưới đây là phương pháp tính số lượng điểm trong hệ thống DCS dành cho các chuyên ngành đo lường và điện tử: 1. Cách tính số lượng điểm đầu vào dạng tín hiệu analog AI trong hệ thống DCS: AI là chỉ các tín hiệu đầu vào dạng tín hiệu analog được truyền vào hệ thống DCS hoặc PLC. Các tín hiệu đầu vào AI của hệ thống DCS có thể được nhập trực tiếp từ hiện trường, bao gồm các loại nhiệt điện kế (có các loại J, K, T, N, E, R, S và B), tín hiệu điện trở nhiệt (có các loại Cu50, Cu100, Pt100 và Pt50), tín hiệu dòng điện tiêu chuẩn (4-20mA, 0-20mA), tín hiệu điện áp tiêu chuẩn (1-5V, 0-5V và 0-10V), cùng với các tín hiệu xung ； Đối với các dạng tín hiệu khác cần được đưa vào hệ thống DCS, thì cần sử dụng các thiết bị chuyển đổi tín hiệu như bộ cách ly tín hiệu, bộ chuyển đổi dòng điện, bộ chuyển đổi điện áp, v.v., để chuyển đổi tín hiệu đó thành dạng 4-20mA hoặc 1-5V trước khi đưa vào hệ thống DCS. (1) Thống kê số điểm đầu vào AI của nhiệt điện kế: Mỗi chiếc nhiệt điện kế loại lắp ráp riêng lẻ hoặc nhiệt điện kế có vỏ bảo vệ sẽ được tính là 1 điểm AI ； Đối với các cặp nhiệt kế kiểu lắp ráp hai chiếc, hoặc các cặp nhiệt kế được bảo vệ bằng vỏ kim loại, thì trong hệ thống DCS, nhiệt độ của hai cảm biến tại cùng một điểm đo sẽ được tính như 2 giá trị AI. Còn nếu chỉ hiển thị nhiệt độ của một cảm biến tại điểm đo đó, thì giá trị đó sẽ được tính như 1 giá trị AI ； Điện cảm nhiệt đa điểm hoặc điện cảm nhiệt đơn điểm thường được sử dụng để theo dõi nhiệt độ ở các vị trí khác nhau tại cùng một điểm đo. Số lượng điểm đo trên điện cảm nhiệt chính là số lượng tín hiệu AI cần được xử lý. (2) Thống kê số điểm đầu vào của cảm biến điện trở nhiệt AI: Phương pháp thống kê số điểm đầu vào của cảm biến điện trở nhiệt AI cũng giống như phương pháp thống kê số điểm đầu vào của cảm biến nhiệt điện AI. (3) Thống kê các điểm đầu vào dạng dòng điện và điện áp tiêu chuẩn: Mỗi tín hiệu được truyền vào hệ thống DCS với giá trị 4-20mA, 0-2mA, 0-5V, 1-5V hoặc 0-10V sẽ được coi là một điểm AI. Đồng thời, phạm vi giá trị của tín hiệu đầu vào đó cũng được ghi nhận. Các bộ truyền tín hiệu loại hai dây (bao gồm bộ truyền tín hiệu nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng, lưu lượng, v.v.) vì sử dụng nguồn điện DC24V nên tốt nhất nên được tính riêng về số lượng điểm AI, nhằm thuận tiện cho việc kết nối trong hệ thống DCS. Lưu ý đặc biệt: Các thiết bị đo hiện trường như đồng hồ đo áp suất, nhiệt kế kim loại kép, máy đo lưu lượng bằng rotor thủy tinh, v.v. sẽ không được tính vào số lượng điểm trong hệ thống DCS. 2. Làm thế nào để tính số lượng điểm đầu ra AO của hệ thống DCS? AO là các tín hiệu đầu ra dạng tương tự mà hệ thống DCS hoặc PLC gửi ra để điều khiển các thiết bị thực hiện nhiệm vụ tại hiện trường. Đầu ra AO thường có 5 loại: 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 1-5V và 0-10V. Trong đó, dạng 4-20mA là loại được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống DCS. Đầu ra AO thường được kết nối với các thiết bị như bộ điều khiển điện, bộ điều khiển khí nén, bộ biến tần, bộ điều chỉnh điện áp và các mô-đun điều khiển công nghiệp. Thông thường, mỗi thiết bị cần được điều khiển sẽ tương ứng với một đường đầu ra AO; số lượng điểm đầu ra AO sẽ bằng với số lượng thiết bị cần được điều khiển. 3. Làm thế nào để tính số lượng điểm đầu vào DI của hệ thống DCS? DI là các tín hiệu đầu vào dạng tương tự số, được truyền vào hệ thống DCS hoặc PLC. Các tín hiệu DI phải là các tín hiệu có nguồn điện từ loại contact vô cực, TTL hoặc CMOS. Khi các tín hiệu DI được truyền vào hệ thống DCS hoặc PLC, chúng thường được kết nối với nguồn điện 24V DC hoặc 48V DC để nhận tín hiệu kiểm tra. Đầu vào DI dành cho các thiết bị đo lường thường đến từ các tiếp điểm báo động của các thiết bị như đồng hồ áp suất có tiếp điểm điện, nhiệt kế kim loại kép có tiếp điểm điện, đồng hồ đo mực nước có tiếp điểm điện, công tắc đo mực chất lỏng, công tắc đo lưu lượng, thiết bị phát hiện ngọn lửa, v.v. Mỗi tiếp điểm báo động khi được kết nối vào hệ thống DCS sẽ được coi là một điểm đầu vào DI. Việc tính điểm DI cho chuyên ngành điện khá phức tạp, sẽ được giải thích chi tiết ở phần cuối bài viết. 4. Làm thế nào để tính số lượng điểm đầu ra DO trong hệ thống DCS? DO là các tín hiệu đầu ra dạng logic mà hệ thống DCS hoặc PLC gửi ra để điều khiển các thiết bị tại hiện trường. Thông thường, các tín hiệu này được truyền qua relay trung gian để kết nối với các thiết bị sử dụng nguồn điện có điện áp khác nhau. Đầu ra DO dành cho lĩnh vực đo lường thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị như đèn báo hiệu bên ngoài, van điện từ, bộ báo động âm thanh và ánh sáng, các bộ điều khiển điện, cũng như các động cơ điện có khả năng quay nhiều vòng, contactor, v.v. Hệ thống DCS điều khiển các thiết bị khác nhau, và số lượng điểm đầu ra DO cần thiết cũng khác nhau. Dưới đây là số lượng điểm I/O của các thiết bị thường được điều khiển: (1) Cơ cấu thực hiện điện loại công tắc: Mỗi cơ cấu thực hiện cung cấp tín hiệu phản hồi vị trí van ở dạng 4–20mA, tương ứng với 1 điểm đầu vào AI. Việc điều khiển van chuyển động theo chiều thuận/nghịch tạo ra 2 điểm đầu ra DO. Tín hiệu báo hiệu van đã mở hoàn toàn/khép hoàn toàn tạo ra 2 điểm đầu vào DI. Còn tín hiệu báo hiệu lực mô-men quá lớn khi mở/vặn van lại tạo ra 2 điểm đầu vào DI nữa. (2) Bộ điều khiển điện đa chế độ quay kiểu công tắc (nguồn điện AC380V): Mỗi bộ điều khiển sẽ tạo ra 1 điểm đầu vào AI dựa trên tín hiệu phản hồi vị trí van từ 4–20mA (nếu không có tín hiệu phản hồi thì không tính là điểm AI). Việc điều khiển van chạy theo chiều thuận/nghịch sẽ tạo ra 2 điểm đầu ra DO. Việc xác định vị trí van mở hoàn toàn/khép hoàn toàn (thông qua rơ-le giới hạn) sẽ tạo ra 2 điểm đầu vào DI. Các tín hiệu báo lỗi liên quan đến lực xoắn quá mức khi mở/khép van cũng sẽ tạo ra 2 điểm đầu vào DI. (3) Bộ điều khiển điện loại điều chỉnh: Mỗi bộ điều khiển sẽ tạo ra 1 điểm đầu vào AI dựa trên thông tin phản hồi về vị trí van; 1 điểm đầu ra AO được tạo ra từ tín hiệu điều khiển van; 1 điểm đầu vào AI nữa được tạo ra từ tín hiệu báo lỗi của bộ điều khiển (tín hiệu báo lỗi thường xuất hiện ở các bộ điều khiển điện thông minh; nếu không có tín hiệu báo lỗi thì không tính điểm AI).

(4) Bộ điều khiển điện loại quay nhiều vòng: Mỗi bộ điều khiển sẽ tạo ra 1 điểm đầu vào AI dựa trên thông tin phản hồi về vị trí van; 1 điểm đầu ra AO được tạo ra từ tín hiệu điều khiển 4-20mA; 1 điểm đầu ra DO được tạo ra từ tín hiệu điều khiển khẩn cấp ESD (tín hiệu điều khiển khẩn cấp ESD thường xuất hiện ở các bộ điều khiển điện thông minh; nếu không có chức năng này thì không tính điểm DO). Ngoài ra, còn có 2 điểm đầu vào DI dành cho tín hiệu báo lỗi về mô-men mở/vào van. (5) Bộ biến tần: Mỗi bộ biến tần tạo ra 1 điểm đầu vào AI dùng để tính toán tần số; 1 điểm đầu ra AO dùng để xác định giá trị tần số; 1 điểm đầu ra DO dùng để xác định lệnh khởi động/dừng hoạt động của bộ biến tần; 1 điểm đầu vào DI dùng để báo hiệu sự cố của bộ biến tần; 1 điểm đầu ra DO dùng để khôi phục chức năng bộ biến tần sau khi xảy ra sự cố; 1 điểm đầu vào DI dùng để theo dõi trạng thái hoạt động của bộ biến tần. Nếu bộ biến tần được kết nối với hệ thống DCS thông qua phương thức truyền thông, thì chỉ cần tính toán 1 điểm truyền thông mà thôi; không cần phải tính toán các điểm khác nữa. (6) Nếu hệ thống DCS được kết nối với các thiết bị như van điện từ, đèn báo, contactor, v.v., thì mỗi thiết bị sẽ tạo ra 1 điểm đầu ra DO. Nếu nhiều thiết bị chia sẻ cùng một tín hiệu điều khiển, việc này thường được thực hiện bằng cách sử dụng các tiếp điểm của rơ-le trung gian; lúc đó chỉ cần tính toán 1 điểm đầu ra DO thôi. 5. Làm thế nào để tính số điểm trong hệ thống DCS trong lĩnh vực kỹ thuật điện? (1) Số điểm trong hệ thống DCS dùng cho việc điều khiển điện thông thường: Một mạch điều khiển động cơ đơn giản nhất cần 2 điểm đầu vào loại DI và 1 điểm đầu ra loại DO. Trạng thái hoạt động của mỗi mạch (được lấy từ các tiếp điểm phụ của rơ-le) sẽ tạo ra 1 điểm đầu vào DI; tín hiệu điều khiển khởi động/dừng (kết nối với cuộn dây rơ-le) sẽ tạo ra 1 điểm đầu ra DO; còn tín hiệu lỗi (đến từ rơ-le nhiệt hoặc tín hiệu quá tải của bộ bảo vệ motor) cũng sẽ tạo ra 1 điểm đầu vào DI. Nếu mạch động cơ cần hiển thị giá trị dòng điện và khả năng điều khiển tại chỗ hoặc từ xa, thì ngoài việc tính toán 2 đầu vào DI và 1 đầu ra DO, còn cần tính toán số lượng điểm đầu vào AI dành cho tín hiệu dòng điện (đến từ bộ chuyển đổi dòng điện); số lượng điểm này có thể từ 0 đến 3 điểm. Đối với các động cơ có công suất nhỏ, thường không cần theo dõi giá trị dòng điện, do đó không cần tính toán số lượng điểm đầu vào AI này ； Đối với động cơ ba pha công suất lớn, số pha dòng điện cần được truyền vào hệ thống DCS sẽ quyết định số điểm đầu vào AI cần thiết. Mỗi tín hiệu dòng điện từ 0–5A cần được chuyển đổi thành tín hiệu 4–20mA thông qua bộ chuyển đổi dòng điện trước khi được gửi đến DCS; tối đa có thể có 3 điểm như vậy ； Nếu động cơ cần được điều khiển từ nhiều vị trí, thì cần tính toán 1 đầu vào DI cho công tắc chọn vị trí điều khiển. Để mọi người dễ hiểu hơn, hình dưới đây là sơ đồ nguyên lý điều khiển phụ của hệ thống điện, bao gồm tủ điện GGD, bảng điều khiển tại chỗ và hệ thống DCS – những thiết bị được sử dụng để điều khiển máy móc. http://yunrun.com.cn/upload/201603/30/201603301804382744.jpg Chức năng của mạch điều khiển phụ: Các nút dừng trên tủ điện và bảng điều khiển tại chỗ có thể được sử dụng để dừng máy móc trong mọi trạng thái hoạt động ； Công tắc chọn địa điểm điều khiển cho phép lựa chọn giữa “Điều khiển từ bộ điều khiển trong tủ”, “Điều khiển tại chỗ” và “Điều khiển qua DCS”. Nút khởi động ở vị trí tương ứng của công tắc sẽ được dùng để khởi động động cơ ； Khi công tắc chọn ở chế độ “DCS control”, việc khởi động/dừng máy móc chỉ có thể được thực hiện trên hệ thống DCS. Giải thích các linh kiện điện: Trong sơ đồ nguyên lý bậc hai, 1SS là nút dừng trên tủ điện; 1SS1 là nút dừng trên bảng điều khiển tại hiện trường ； 1SB là nút khởi động trên tủ điện, 1SB1 là nút khởi động trên bảng điều khiển tại hiện trường ； DO là tiếp điểm đầu ra kiểm soát khởi động/dừng hệ thống DCS ； 1HR5 là đèn báo nguồn điện ； 1HR là đèn báo trạng thái hoạt động trên tủ điện, 1HR1 là đèn báo trạng thái hoạt động trên bảng điều khiển tại hiện trường ； 1HG là đèn báo dừng trên tủ điện, 1HR1 là đèn báo dừng trên bảng điều khiển tại hiện trường ； 1KK là công tắc chuyển đổi vị trí vận hành ； 1KH là rơle nhiệt ； 1KM là rơ-le tiếp xúc ； 1KA là rơ-le trung gian ； 1FU là công tắc bảo vệ mạch phụ. (2) Số điểm điều khiển điện cho chế độ khởi động giảm điện áp trong hệ thống DCS: Tín hiệu về trạng thái hoạt động ở điện áp đầy của mỗi động cơ trong mạch khởi động giảm điện áp (đến từ tiếp điểm phụ của rơ-le chính 1KM1) được tính là 1 điểm đầu vào DI. Tín hiệu điều khiển khởi động/dừng của hệ thống DCS (kết nối với cuộn dây rơ-le) được tính là 1 điểm đầu ra DO. Tín hiệu lỗi điện (đến từ rơ-le nhiệt hoặc bộ bảo vệ động cơ khi xảy ra tình trạng quá tải) cũng được tính là 1 điểm đầu vào DI. Tín hiệu dòng điện của động cơ (đến từ bộ chuyển đổi dòng điện ba pha) được tính là 3 điểm đầu vào AI (tương ứng với dòng điện của các pha A, B, C của động cơ) ； Nếu động cơ cần được điều khiển từ nhiều vị trí khác nhau, thì trạng thái của công tắc chọn vị trí điều khiển sẽ quyết định số điểm đầu vào DI cần thiết (khi chọn hệ thống DCS để điều khiển). Để mọi người dễ hiểu hơn, hình dưới đây là sơ đồ nguyên lý điều khiển vòng khởi động giảm điện áp cho tủ điện GGD, bộ điều khiển tại chỗ và hệ thống DCS: http://yunrun.com.cn/upload/201603/30/201603301805373111.jpg (3) Số điểm điều khiển trong hệ thống DCS được điều khiển bởi bộ biến tần: Mỗi tín hiệu trạng thái hoạt động của bộ biến tần (đến từ các tiếp điểm rơle trung gian) tạo ra 1 điểm đầu vào DI; tín hiệu điều khiển khởi động/dừng của hệ thống DCS (kết nối với cuộn dây rơle trung gian) tạo ra 1 điểm đầu ra DO; tín hiệu lỗi của bộ biến tần (đến từ chính bộ biến tần) cũng tạo ra 1 điểm đầu vào DI; tín hiệu khôi phục sau lỗi tạo ra 1 điểm đầu ra DO; còn tín hiệu phản hồi tần số biến tần thì tạo ra 1 điểm đầu vào AI ； Tín hiệu xác định tần số biến tần tính toán giá trị đầu ra AO cho 1 điểm. (4) Số điểm trong hệ thống DCS dùng để kiểm soát chế độ quay thuận/nghịch của động cơ: Trạng thái quay thuận/nghịch của động cơ (được lấy từ các tiếp điểm phụ của rơ-le) tạo thành 2 điểm đầu vào D1; tín hiệu lỗi khi động cơ quay thuận/nghịch (được lấy từ rơ-le nhiệt) tạo thành 2 điểm đầu vào DI; chế độ điều khiển quay thuận/nghịch (kết nối với cuộn dây rơ-le) tạo thành 2 điểm đầu ra DO. Tín hiệu phản hồi dòng điện của động cơ có thể tạo thành tối đa 3 điểm đầu vào AI (không tính điểm này nếu không có tín hiệu phản hồi dòng điện). (5) Hệ thống DCS tương thích với chức năng của PLC. Đối với các yêu cầu điều khiển logic phức tạp, số lượng điểm I/O của hệ thống DCS sẽ được tính toán dựa trên các yêu cầu cụ thể của dự án (phương pháp tính toán tương tự như phương pháp tính số lượng điểm của PLC). Do đó, không cần liệt kê chi tiết ở đây. Bằng phương pháp tính toán số lượng điểm trong hệ thống DCS nêu trên, người ta có thể nhanh chóng xác định được số lượng linh kiện cần thiết cho hệ thống DCS. Khi thiết lập hệ thống DCS, cần phải tính đến yếu tố dự phòng; thông thường, số lượng điểm I/O cần thiết sẽ được tăng thêm 20% để đảm bảo tính dự phòng.