DCSシステムのポイント計算方法を簡単に学ぶ

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DCS制御システムのポイント数は、通常、設計院によって集計されて提供されます。DCSシステムのポイント数とは、計装専門のI/Oポイント数、電気専門のI/Oポイント数、およびDCSシステムと他のシステムとの通信ポイント数の合計です。電気・計装のI/Oポイント数を正確に把握することで、電気・計装部門間の調整不足といった問題を避けることができます。また、正確なDCSのポイント数は、導入企業がDCSシステムのブランドやコストを決定するための根拠となります。 DCSシステムは、通常、熱工学検出、アナログ制御、順序制御、論理制御などの自動制御機能を含みます。DCSシステムのポイント数は、AIアナログ入力ポイント数、AOアナログ出力ポイント数、DIデジタル入力ポイント数、DOデジタル出力ポイント数、そしてDCSと他のシステムとの通信ポイント数の5つの項目から算出されます。ここでは、計装専門および電気専門におけるDCSシステムのポイント数の算出方法について説明します。1、DCSシステムのAI入力ポイント数の算出方法 AIとは、DCSシステムやPLCに入力されるアナログ信号のことです。現場からDCSシステムのAI入力信号として直接入力できるものには、熱電対（J、K、T、N、E、R、S、Bタイプの熱電対）、熱抵抗信号（Cu50、Cu100、Pt100、Pt50タイプ）、標準電流信号（4-20mA、0-20mA）、標準電圧信号（1-5V、0-5V、0-10V）、およびパルス信号がある；その他の形式の信号をDCSシステムに送信する場合は、信号アイソレータや電流変換器、電圧変換器などの信号変換装置を用いて、その信号を4-20mAまたは1-5Vに変換してからDCSシステムに送信する必要があります。 （1）熱電対AI入力ポイント数の集計　単体の組立式熱電対または単体のケーブル付き熱電対は1つのAIポイントとして計算する；二本式組立型熱電対または二本式ケーブル付き熱電対の場合、DCSシステムでは同じ測定点の2つのセンサーの温度を2つのAIポイントとして計算し、その測定点の温度を1つだけ表示する場合は1つのAIポイントとして計算されます；単一多点熱電対や多点熱電対は、同じ測定ポイントの異なる部位の温度を監視するためによく使用されます。熱電対に測定ポイントがいくつあるかに応じて、その数だけの熱電対AI入力が行われます。 （2）熱抵抗AI入力ポイント数の集計 熱抵抗AI入力ポイント数の集計方法は、熱電対AI入力ポイント数の集計方法と同じです。 （3）標準電流・電圧AI入力ポイントの集計 DCSシステムに送信される各路線の4-20mA、0-2mA、0-5V、1-5V、または0-10Vの信号について、それぞれ1つのAIポイントとして計算し、同時にその入力信号に対応する測定範囲も集計する。2線式トランスミッター（温度トランスミッター、圧力トランスミッター、液面トランスミッター、流量トランスミッターなどを含む）はDC24Vで駆動されるため、DCSシステムの接続を容易にするために、別途AIポイント数を集計するのが望ましい。 特別な注意事項：現場に設置されている圧力計、熱電対式温度計、ガラス回転子流量計などの現場計器は、DCSシステムのポイント計算には含まれません。 2、DCSシステムのAO出力ポイント数の計算方法 AOとは、DCSシステムやPLCが現場の実行機器を制御するために出力するアナログ信号のことです。AO出力には一般的に4-20mA、0-20mA、0-5V、1-5V、0-10Vの5種類があり、4-20mAが最もよく使用されるDCSシステムのAO出力です。AO出力は通常、電動アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、インバータ、電力調整器、産業用制御モジュールなどの装置に接続されます。通常、1つの制御対象に対して1つのAO出力が割り当てられ、AO出力の数は制御対象となる装置の数と同じです。 3、DCSシステムのDI入力ポイント数の計算方法 DIとは、DCSシステムやPLCに入力されるデジタル入力信号のことです。DI入力はパッシブコンタクト、TTL、またはCMOSレベルの信号でなければなりません。DIがDCSシステムやPLCに入力されると、通常はDC24VまたはDC48Vの読み出し電圧が供給されます。 計装専用のDI入力は、通常、現場の電接点式圧力計、電接点式バイメタル温度計、電接点式水位計、液面スイッチ、流量スイッチ、炎検出器、電接点式水位計などの計器のアラーム接点から供給され、各アラーム接点がDCSシステムに接続されるたびに1つの点としてDI入力としてカウントされます。 4、DCSシステムのDO出力ポイント数の計算方法 DOとは、DCSシステムやPLCが現場機器を制御するために出力するデジタル信号のことで、通常は中間リレーを介して異なる電圧レベルの電気機器に接続されます。計装専用のDO出力は、外部のインジケーターランプ、電磁弁、音声・光による警報装置、電気制御装置、多回転型電動アクチュエータ、コンタクターなどの機器を制御するためによく使用されます。 DCSシステムでは、制御対象となる機器によって必要なDO出力ポイントの数が異なります。以下は、よく見られる制御対象のI/Oポイント数です：（1）スイッチ式電動アクチュエータ：各アクチュエータのバルブ位置フィードバックには4-20mAを用いてAI入力1ポイントが計算され、バルブの正転/逆転制御にはDO出力2ポイントが計算されます。また、バルブが開いた位置/閉じた位置の信号にはDI入力2ポイントが、バルブの開閉時のトルク過大/過小の故障信号にもDI入力2ポイントが計算されます。 （2）スイッチ式多回転電動アクチュエータ（AC380V電源）：各アクチュエータのバルブ位置フィードバックにより4-20mAを計算し、AI入力1ポイントとする（フィードバック信号がない場合はそのAIポイントは計算しない）。バルブの正転/逆転制御によりDO出力2ポイントを計算し、バルブの開閉完了/バルブの閉鎖完了（リミットスイッチ）によりDI入力2ポイントを計算する。また、アクチュエータの開始時トルク過大/終了時トルク過大の故障信号によりDI入力2ポイントを計算する。 （3）調節型電動アクチュエータ：各アクチュエータのバルブ位置フィードバックによりAI入力が1ポイント、バルブ制御信号によりAO出力が1ポイント、アクチュエータの故障警報信号によりAI入力が1ポイント算出される（故障警報はインテリジェント型電動アクチュエータで一般的であり、故障警報信号がない場合はAIポイントは算出されない）。
（4）調節型多回転電動アクチュエータ：各アクチュエータのバルブ位置フィードバックによりAI入力が1ポイント、アクチュエータの4-20mA制御信号によりAO出力が1ポイント、ESD緊急制御信号によりDO出力が1ポイント算出される（ESD緊急制御信号はインテリジェント型多回転電動アクチュエータで一般的であり、この機能がない場合はそのDOポイントは算出されない）。また、開閉時のトルク警報信号によりDI入力ポイントが2ポイント算出される。 （5）インバータ：インバータ1台あたり、周波数フィードバックはAI入力ポイント1点、周波数設定信号はAO出力1点、運転/停止設定指令はDO出力1点、インバータ故障警報はDI入力1点、故障リセットはDO出力1点、インバータの運転状態はDI入力1点となる。 インバーターと通信方式がDCSシステムに接続されている場合、通信ポイントは1つだけ計算すればよく、他のポイント数を計算する必要はありません。 （6）DCSシステムに電磁弁、インジケーターランプ、コンタクターなどの機器を外部接続する場合、各機器につき1点のDO出力として計算する（複数の機器で1つの制御信号を共有する場合は、通常中間リレーの接点を増やす方法で対応し、DO出力は1点のみで計算すればよい）。 5、電気専門ではDCSシステムのポイント数はどのように計算するか （1）通常の電気制御用DCSシステムのポイント数 最も簡単なモータ制御回路では、2ポイントのDI入力と1ポイントのDO出力が必要である。各回路の動作状態（コンタクタの補助接点から）はDI入力として1ポイントが計算され、起動/停止制御信号（コンタクタコイルに接続）はDO出力として1ポイントが計算され、故障信号（ヒートリレーまたはモータ保護装置の過負荷信号から）はDI入力として1ポイントが計算される。 電動機回路で電流表示や現地／遠隔制御が必要な場合、2つのDIと1つのDOを計算するほか、電流変換器からの電流信号に基づきAI入力ポイントを0～3ポイント計算する（低出力の電動機では通常電流の監視は不要なため、このAI入力ポイントは計算されない）；高出力三相モーターに供給する相数分の電流をDCSで表示させるため、その分だけAI入力ポイントを設定する必要があります。各0～5Aの電流信号は、必ず電流変換器を介して4～20mAの信号に変換されてDCSに送信されなければならず、最大で3ポイントまでです；モーターを複数の場所から制御する場合、制御場所選択スイッチで1つのDI入力を計算します。 皆さんが理解しやすいように、下図はGGD電気キャビネット、現場操作ボックス、およびDCSシステムの3か所から制御される電気二次制御の原理図です。モーター制御二次回路の機能説明：電気キャビネットや現場操作ボックスにある停止ボタンにより、どのような状態でもモーターの運転を停止させることができます；制御場所選択スイッチでは「本体制御」、「現場制御」、および「DCS制御」を選択でき、選択スイッチの対応する位置にある起動ボタンでモーターを起動できます；選択スイッチを「DCS制御」にすると、DCSシステム上でのみモーターの起動/停止操作が可能になります。 電気部品説明：二次回路図において、1SSは電気キャビネット上の停止ボタンで、1SS1は現場操作箱上の停止ボタンです；1SBは電気キャビネット上の起動ボタンで、1SB1は現場操作箱上の起動ボタンです；DOはDCSシステムの起動/停止制御出力コンタクト；1HR5は電源インジケーターランプです；1HRは電気キャビネット上の運転指示灯で、1HR1は現場操作箱上の運転指示灯です；1HGは電気キャビネット上の停止指示灯で、1HR1は現場操作箱上の停止指示灯です；1KKは操作用の切り替えスイッチです；1KHは熱リレーです；1KMはコンタクターです；1KAは中間リレーです；1FUは二次回路用の保険です。 （2）降圧起動用電気制御のDCSシステムのポイント数 各降圧起動回路のモーターの定格電圧運転状態信号（主コンタクタ1KM1の補助コンタクトから）はDI入力として1ポイントが計算され、DCSの起動/停止制御信号（コンタクタコイルに接続）はDO出力として1ポイントが計算される。電気的故障信号（ヒートリレーまたはモータ保護装置の過負荷信号から）もDI入力として1ポイントが計算され、モータ電流信号（三相電流変換器から）はAI入力として3ポイント（モータA、B、C相の電流変換器）が計算される；モーターを複数の場所から制御する必要がある場合、制御場所選択スイッチの状態（DCSシステムによる制御を選択した場合）でDI入力1ポイントとして計算します。 皆様の理解を容易にするため、下図はある電気キャビネット、現場操作ボックス、およびDCSシステムの3か所から制御される減圧起動二次回路の制御原理図です。（3）インバータ制御型DCSシステムのポイント数 各インバータの運転状態信号（中間リレーのコンタクトから）はDI入力として1ポイントが計算され、DCSシステムの起動/停止制御信号（中間リレーのコイルに接続）はDO出力として1ポイントが計算されます。また、インバータの故障信号（インバータから）もDI入力として1ポイントが計算され、故障リセット信号はDO出力として1ポイントが計算されます。さらに、インバータの周波数フィードバック信号はAI入力として1ポイントが計算されます；周波数変更指令信号によりAO出力を1ポイント計算する。 （4）モーターの正逆転制御用DCSシステムのポイント数　モーターの正転運転状態／逆転運転状態（コンタクターの補助接点から）はD1入力として2ポイント、正転故障／逆転故障信号（ヒートリレーから）はDI入力として2ポイント、正転制御／逆転制御（コンタクターコイルに接続）はDO出力として2ポイントが計算され、モーター電流フィードバック信号は最大でAI入力として3ポイントが計算される（電流フィードバックがない場合はこのポイントは計算されない）。 （5）DCSシステムはPLC機能と互換性があり、複雑な論理制御については実際の工事要件に基づいてDCSシステムのI/Oポイント数を算出する（算出方法はPLCのポイント数を算出する方法と同じであるため、ここでは詳しく説明しない）。 上記のDCSシステムのポイント計算方法により、実際に必要なDCSシステムのハードウェアポイント数を迅速に算出できる。DCSシステムの実際の構成では、システムの冗長性も考慮する必要があり、通常はユーザーが実際に必要とするDCSシステムのI/Oポイント数に20％の冗長分を加える。 関連読書 DCSシステムのアース原則、アース方法 分散制御システムDCSの選定ガイド 技術資料 | DCS分散制御システムの選定および起動・停止時のトラブル対策 DCS制御システムの基本原理 仪控君がDCSシステムでの計器の設置・使用方法を丁寧にご案内します