Einfach lernen: Die Methode zur Berechnung der Punkte im DCS-System

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Die Anzahl der Steuerpunkte im DCS-System wird in der Regel von den Entwurfsbüros ermittelt. Dabei handelt es sich um die Summe der I/O-Punkte aus dem Bereich der Messtechnik, der I/O-Punkte aus dem elektrischen Bereich sowie der Kommunikationspunkte zwischen dem DCS-System und anderen Systemen. Eine genaue Erfassung der Anzahl der I/O-Points für Elektrik und Messtechnik verhindert Unstimmigkeiten bei der Koordination zwischen den jeweiligen Fachabteilungen. Eine genaue Angabe der Anzahl der DCS-Points bietet den Nutzerorganisationen eine Grundlage dafür, über die Marke sowie die Kosten des DCS-Systems zu entscheiden. DCS-Systeme beinhalten in der Regel automatisierte Steuerfunktionen wie thermische Überwachung, analoge Steuerung, sequenzielle Steuerung und logische Steuerung. Die Anzahl der Punkte in einem DCS-System wird aus fünf Aspekten ermittelt: die Anzahl der analogen Eingangspunkte AI, die Anzahl der analogen Ausgangspunkte AO, die Anzahl der digitalen Eingangspunkte DI, die Anzahl der digitalen Ausgangspunkte DO sowie die Anzahl der Kommunikationspunkte zwischen dem DCS-System und anderen Systemen. Im Folgenden werden die Methoden zur Berechnung der Anzahl der Punkte in DCS-Systemen für die Bereiche Messtechnik und Elektrotechnik erläutert: 1. Wie wird die Anzahl der AI-Eingangspunkte in einem DCS-System berechnet? AI bezeichnet die analogen Eingangssignale, die in das DCS-System oder in einen PLC eintreffen. Direkt vor Ort können in das DCS-System folgende AI-Eingangssignale eingegeben werden: Thermoelemente (mit den Typen J, K, T, N, E, R, S und B), Widerstandssignale (mit den Typen Cu50, Cu100, Pt100 und Pt50), Standardstromsignale (4–20 mA, 0–20 mA), Standardspannungssignale (1–5 V, 0–5 V und 0–10 V) sowie Pulsignale ； Um andere Signalformen in das DCS-System einzuspeisen, müssen sie mit Signalisolatoren, Stromwandlern, Spannungswandlern und anderen Signalwandlungsgeräten in 4–20 mA oder 1–5 V umgewandelt werden, bevor sie ins DCS-System eingespeist werden. (1) Zählung der AI-Eingangspunkte für Thermoelemente: Ein einzelnes, vormontiertes Thermoelement oder ein einzelnes, umhülltes Thermoelement wird als 1 AI-Punkt betrachtet ； Doppelte, modulare Thermoelemente oder doppelte, gehärtete Thermoelemente erfordern, dass die Temperaturen der beiden Sensoren am gleichen Messpunkt im DCS-System als 2 AI-Punkte berechnet werden. Wenn nur die Temperatur eines Messpunkts angezeigt wird, gilt das als 1 AI-Punkt ； Einzelpunkte- oder Mehrpunktheizelektrizitätsmessgeräte werden häufig verwendet, um die Temperatur an verschiedenen Stellen derselben Messstelle zu überwachen. Je mehr Messpunkte das Heizelektrizitätsmessgerät hat, desto mehr AI-Eingänge entstehen. (2) Zählung der AI-Eingangspunkte für Wärmewiderstände: Die Methode zur Zählung der AI-Eingangspunkte für Wärmewiderstände ist dieselbe wie die Methode zur Zählung der AI-Eingangspunkte für Thermoelemente. (3) Statistik der Standardstrom- und Spannungs-AI-Eingangspunkte: Für jede Signalleitung, die in das DCS-System eingespeist wird – mit Signalen im Bereich 4-20 mA, 0-2 mA, 0-5 V, 1-5 V oder 0-10 V – wird ein eigener AI-Punkt berechnet. Gleichzeitig wird auch der Messbereich dieses Eingangssignals erfasst. Zweipolige Sender (einschließlich Temperatursender, Drucksender, Höhenmesssender, Durchflussmesssender usw.), da sie mit einer Versorgungsspannung von DC24V arbeiten, sollten am besten separat nach der Anzahl der AI-Punkte erfasst werden, um eine einfache Integration in das DCS-System zu gewährleisten. Besondere Hinweise: Anlagenmessgeräte wie Druckmesser, Bimetallthermometer und Glasrotationsmesser, die vor Ort angezeigt werden, fließen nicht in die Zählung der Punkte im DCS-System ein. 2. Wie wird die Anzahl der AO-Ausgabepunkte im DCS-System berechnet? AO bezeichnet die analogen Ausgangssignale, die vom DCS-System oder von einer PLC an die Geräte vor Ort gesendet werden, um diese zu steuern. Die AO-Ausgänge gibt es in der Regel in fünf Varianten: 4–20 mA, 0–20 mA, 0–5 V, 1–5 V und 0–10 V. 4–20 mA ist die am häufigsten verwendete Ausgangsform in DCS-Systemen. Die AO-Ausgänge werden in der Regel mit elektrischen Aktuatoren, pneumatischen Aktuatoren, Frequenzumwandlern, Leistungsreglern sowie Industriekontrollmodulen verbunden. In der Regel entspricht jeder zu steuernde Aufnehmer einem AO-Ausgang – die Anzahl der AO-Ausgänge entspricht somit der Anzahl der zu steuernden Geräte. 3. Wie wird die Anzahl der DI-Eingänge im DCS-System berechnet? DI bezeichnet digitale Eingangssignale, die in das DCS-System oder die PLC eingespeist werden. Die DI-Eingänge müssen passive Kontakte sowie TTL- oder CMOS-Signale sein. Nachdem die DI-Signale ins DCS-System oder die PLC eingeführt wurden, werden in der Regel eine Abfragespannung von DC24V oder DC48V angelegt. Die DI-Eingänge für Messgeräte stammen in der Regel von den Alarmkontakten von Geräten wie elektrischen Druckmessern, elektromechanischen Bimetallthermometern, elektrischen Höhenmessern, Niveausteuern, Durchflusssteuern, Flammenerkennern usw. Jeder solcher Alarmkontakt wird beim Anschluss an das DCS-System als ein DI-Eingang gezählt. 4. Wie wird die Anzahl der DO-Ausgänge im DCS-System berechnet? DO bezeichnet die digitalen Ausgangssignale, die vom DCS-System oder von einer PLC zur Steuerung von Geräten vor Ort gesendet werden. In der Regel werden diese Signale über Relais an andere Geräte mit unterschiedlichen Spannungspegeln weitergeleitet. Die DO-Ausgänge der Messgeräte werden häufig zur Steuerung von externen Anzeigeleuchten, Elektromagneten, akustisch-optischen Alarmen, elektrischen Steuereinheiten sowie Mehrdrehwinkel-Elektromotoren und Kontaktern verwendet. Das DCS-System steuert verschiedene Geräte, wobei für diese unterschiedliche Anzahl an DO-Ausgängen erforderlich ist. Im Folgenden sind die üblichen Anzahlen an I/O-Punkten für die gesteuerten Geräte aufgeführt: (1) Schalterartige Elektromotoren: Für die Rückmeldung über die Ventilposition pro Motor werden 4–20 mA als AI-Eingang verwendet – das entspricht 1 Eingangspunkt. Für die Steuerung der Drehrichtung des Ventils werden 2 DO-Ausgänge benötigt. Für die Signale, die angeben, ob das Ventil vollständig geöffnet oder geschlossen ist, werden 2 DI-Eingänge benötigt. Zudem werden 2 DI-Eingänge für die Signale benötigt, die auf Fehler bezüglich des Öffnungs- bzw. Schließmoments des Ventils hinweisen. (2) Schaltbare Mehrdrehwinkel-Elektromotorantriebe (Stromversorgung AC380V): Für jeden Antrieb wird eine Rückmeldung über die Ventilposition als 4–20 mA berechnet – das ergibt 1 AI-Eingangspunkt (falls es keine Rückmeldesignale gibt, wird dieser AI-Punkt nicht berücksichtigt). Die Steuerung der Vorwärts-/Rückwärtsbewegung des Ventils erzeugt 2 DO-Ausgangspunkte. Die Position des Ventils in der geöffneten/geschlossenen Stellung (Drehschalter) erzeugt 2 DI-Eingangspunkte. Fehlermeldungen bezüglich eines zu hohen Drehmoments beim Öffnen/Schließen des Ventils ergeben ebenfalls 2 DI-Eingangspunkte. (3) Regelbare elektrische Aktuatoren: Für jeden Aktuator wird eine AI-Eingangsstelle für die Rückmeldung über die Ventilposition berechnet. Für das Steuersignal des Ventils wird eine AO-Ausgangsstelle berechnet. Für die Fehlermeldung des Aktuators wird ebenfalls eine AI-Eingangsstelle berechnet (Fehlermeldungen kommen häufig bei intelligenten elektrischen Aktuatoren vor; falls keine Fehlermeldung vorliegt, wird keine AI-Stelle berücksichtigt).

(4) Regelbare Mehrdrehwinkel-Elektrikaktuatoren: Für jeden Aktuator wird eine AI-Eingangsstelle für die Rückmeldung über die Ventilposition berechnet. Für das 4–20 mA-Steuersignal des Aktuators wird eine AO-Ausgangsstelle berechnet. Für das ESD-Notsignal wird eine DO-Ausgangsstelle berechnet (ESD-Notsignale kommen häufig bei intelligenten Mehrdrehwinkel-Elektrikaktuatoren vor; falls diese Funktion nicht vorhanden ist, wird keine DO-Stelle berücksichtigt). Für die Meldungen bezüglich des Öffnungs- bzw. Schließmoments werden zwei DI-Eingangsstellen berechnet. (5) Frequenzumwandler: Jeder Frequenzumwandler benötigt 1 Eingangspunkt für die Berechnung der Frequenzfeedbackwerte, 1 Ausgangspunkt für die Bereitstellung des Frequenzsignals, 1 Ausgangspunkt für die Steuerbefehle zum Starten/Stoppen des Umwandlers, 1 Eingangspunkt für die Fehlermeldungen des Umwandlers, 1 Ausgangspunkt zur Zurücksetzung von Fehlern sowie 1 Eingangspunkt zur Überwachung des Betriebszustands des Umwandlers. Wenn der Frequenzumwandler über eine Kommunikationsmethode mit dem DCS-System verbunden ist, muss nur ein Kommunikationspunkt berechnet werden; weitere Punkte sind nicht erforderlich. (6) Wenn dem DCS-System externe Geräte wie Elektromagnete, Anzeigelampen oder Kontaktoren angeschlossen sind, wird für jedes dieser Geräte eine DO-Ausgabe berechnet. Falls mehrere Geräte denselben Steuersignal nutzen, geschieht dies in der Regel durch Hinzufügen von Relaiskontakten – in diesem Fall muss nur eine DO-Ausgabe berechnet werden. 5. Wie wird in der Elektrotechnik die Anzahl der Punkte im DCS-System berechnet? (1) Anzahl der Punkte im DCS-System für herkömmliche elektrische Steuerungen: Für den einfachsten Motorsteuerkreis sind 2 DI-Eingänge sowie 1 DO-Ausgang erforderlich. Jeder Betriebszustand einer Schleife (aus den Hilfskontakten des Kontaktors) erzeugt einen DI-Eingangspunkt; die Start/Stop-Steuerungssignale (an die Spule des Kontaktors angeschlossen) erzeugen einen DO-Ausgangspunkt; Fehlersignale (aus dem Thermoschalter oder dem Überlastschutz des Motors) erzeugen ebenfalls einen DI-Eingangspunkt. Falls im Motorkreis eine Stromanzeige sowie eine lokale/fernsteuerbare Steuerung erforderlich sind, werden neben 2 DI- und 1 DO-Eingängen je nach Bedarf 0–3 AI-Eingänge für die Stromsignale (aus den Stromwandlern) berechnet. Bei Motoren mit geringer Leistung wird der Strom in der Regel nicht überwacht, weshalb in diesem Fall keine AI-Eingänge berechnet werden ； Je nach Anzahl der Phasenstromströme, die in das DCS übertragen werden müssen, wird auch die Anzahl der AI-Eingangspunkte bestimmt. Jeder Stromwert im Bereich 0–5 A muss durch einen Stromwandler in einen Signalwert im Bereich 4–20 mA umgewandelt werden, bevor er ins DCS übertragen werden kann. Es können maximal 3 solcher Eingangspunkte verwendet werden ； Falls der Motor an mehreren Stellen gesteuert werden muss, wird für die Auswahl des Steuerungsorts ein DI-Eingang berechnet. Zur besseren Verständlichkeit zeigt die folgende Abbildung das Prinzip der sekundären Steuerung für den GGD-Steuerkasten, die Bedienbox vor Ort sowie das DCS-System. Beschreibung der Funktionen des sekundären Anschlusskreises zur Motorsteuerung: Die Stopptasten im Steuerkasten sowie in der Bedienbox ermöglichen es, den Motor in jedem Zustand zum Stillstand zu bringen ； Der Schalter zur Auswahl des Steuerungsorts ermöglicht die Wahl zwischen „Steuerung aus dem Schrank“, „Direkte Steuerung vor Ort“ und „DCS-Steuerung“. Der Startknopf an der entsprechenden Stelle des Schalters kann den Motor in Betrieb setzen ； Wird der Schalter auf „DCS-Steuerung“ gestellt, können die Motoren nur über das DCS-System gestartet/gestoppt werden. Beschreibung der elektrischen Komponenten: In der Sekundär-Schaltplanung steht 1SS für den Stoppschalter am Elektrikschrank, 1SS1 für den Stoppschalter im Bedienpult vor Ort ； 1SB ist der Startknopf am Schaltschrank, 1SB1 ist der Startknopf am Bedienpult vor Ort ； DO sind die Steuerausgangskontakte für den Start/Stop-Betrieb des DCS-Systems ； 1HR5 ist die Stromversorgungsanzeige ； 1HR ist die Betriebsanzeige am Schaltschrank, 1HR1 ist die Betriebsanzeige am Bedienpult vor Ort ； 1HG ist die Stoppschaltlampe am Schaltschrank, 1HR1 ist die Stoppschaltlampe am Bedienpult vor Ort ； 1KK ist der Schalter zur Bedienung ； 1KH ist ein Wärme-Schalter ； 1KM ist der Kontaktor ； 1KA ist ein Zwischenrelais ； 1FU ist der Schutzschalter für den Sekundärkreis. (2) Anzahl der Punkte im DCS-System zur elektrischen Steuerung des Niederspannungsstartvorgangs: Für jeden Motor im Niederspannungsstartkreis wird ein Signal für den Betrieb bei Vollspannung berechnet (aus dem Hilfskontakt des Hauptkontakters 1KM1); dies ergibt einen DI-Eingangspunkt. Das Start/Stop-Signal des DCS-Systems (angeschlossen an die Spule des Kontakters) ergibt einen DO-Ausgangspunkt. Signale für elektrische Störungen (aus dem Thermoschalter oder dem Überlastsignal des Motorschutzes) ergeben ebenfalls einen DI-Eingangspunkt. Die Motorkurzschlusssignale (aus den dreiphasigen Stromwandlern) ergeben insgesamt 3 AI-Eingangspunkte (für die Ströme der Phasen A, B und C des Motors) ； Falls der Motor an mehreren Stellen gesteuert werden muss, wird bei Auswahl des Schalterzustands für die Steuerungsstelle (bei Auswahl der DCS-Systemsteuerung) ein DI-Eingang pro Stelle berechnet. Zur besseren Verständlichkeit zeigt die folgende Abbildung das Schaltprinzip des sekundären Startkreises zur Spannungsreduzierung bei der Steuerung eines Elektrogehäuses, einer Vor-Ort-Steuerbox sowie des DCS-Systems. (3) Anzahl der Punkte im DCS-System, das durch Frequenzumwandler gesteuert wird: Jedes Signal über den Betriebszustand des Frequenzumwandlers (aus den Kontakten des Zwischenrelais) ergibt einen DI-Eingangspunkt. Das Start-/Stopp-Signal des DCS-Systems (angeschlossen an die Spule des Zwischenrelais) ergibt einen DO-Ausgangspunkt. Fehlersignale des Frequenzumwandlers (aus dem Frequenzumwandler selbst) ergeben ebenfalls einen DI-Eingangspunkt. Signale zur Fehlerbeseitigung ergeben einen DO-Ausgangspunkt. Das Feedbacksignal bezüglich der Frequenz des Frequenzumwandlers ergibt schließlich einen AI-Eingangspunkt ； Die Frequenzsteuerungssignale berechnen einen AO-Ausgangswert pro Punkt. (4) Anzahl der Eingänge im DCS-System zur Steuerung der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Motors: Der Zustand der Vorwärtsbewegung/der Rückwärtsbewegung des Motors (aus den Hilfskontakten des Kontaktors) erfordert 2 Eingänge für D1. Die Signale für Fehler bei der Vorwärts-/Rückwärtsbewegung (aus dem Thermoschalter) erfordern ebenfalls 2 Eingänge für DI. Die Steuerung der Vorwärts-/Rückwärtsbewegung (über die Spulen des Kontaktors) erfordert 2 Ausgänge für DO. Das Signal zur Rückmeldung des Motorstroms erfordert maximal 3 Eingänge für AI – ohne Rückmeldung des Stroms wird dieser Eingang nicht berücksichtigt. (5) Das DCS-System ist mit PLC-Funktionen kompatibel. Bei komplexer Logiksteuerung wird die Anzahl der I/O-Punkte des DCS-Systems entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Projekts berechnet (die Berechnungsmethode entspricht der für PLC-Punkte). Eine detaillierte Erklärung hierfür wird nicht gegeben. Mit der oben beschriebenen Methode zur Berechnung der Anzahl der Komponenten im DCS-System kann schnell ermittelt werden, wie viele Hardware-Komponenten tatsächlich benötigt werden. Bei der tatsächlichen Konfiguration des DCS-Systems muss außerdem auf die Systemredundanz Rücksicht genommen werden – in der Regel wird eine Redundanz von 20 % zu der tatsächlichen Anzahl der I/O-Ports hinzugefügt. Zusätzliche Literatur: Grundsätze der Erdung in DCS-Systemen, Methoden der Erdung. Leitfaden zur Auswahl von DCS-Steuerungssystemen. Technische Dokumentationen | Richtlinien zur Auswahl sowie zu Wartungsmaßnahmen bei Störungen bei DCS-Steuerungssystemen. Grundlagen der DCS-Steuerungstechnik. „Instrument Control“ zeigt Schritt für Schritt, wie man Instrumente in DCS-Systemen installiert und verwendet