Método de cálculo do número de pontos I/O no sistema DCS

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Aprender com os outros*. O número de pontos do sistema DCS é geralmente fornecido pelas empresas de projetos. Esse número representa a soma dos pontos de I/O da área de instrumentação, dos pontos de I/O da área elétrica, além dos pontos de comunicação entre o sistema DCS e outros sistemas. Uma contagem precisa do número de pontos de I/O elétricos e de instrumentação evita problemas de falta de coordenação entre os especialistas em eletricidade e em instrumentação. Além disso, um número preciso de pontos DCS permite que as unidades utilizadoras tomem decisões sobre a marca do sistema DCS e seu custo. Os sistemas DCS geralmente envolvem elementos de controle automático como detecção térmica, controle analógico, controle sequencial e controle lógico. O número de pontos em um sistema DCS é determinado com base em cinco fatores: o número de pontos de entrada analógica AI, o número de pontos de saída analógica AO, o número de pontos de entrada digital DI, o número de pontos de saída digital DO, e o número de pontos de comunicação entre o DCS e outros sistemas. A seguir, são apresentados os métodos para calcular o número de pontos nos sistemas DCS nas áreas de instrumentação e eletricidade: 1. Como calcular o número de pontos de entrada AI no sistema DCS: AI refere-se aos sinais de entrada analógicos que chegam ao sistema DCS ou ao PLC. Os sinais de entrada de IA que podem ser inseridos diretamente no sistema DCS a partir do local são: termopares (termopares das escalas J, K, T, N, E, R, S e B), sinais de resistência térmica (escalas Cu50, Cu100, Pt100 e Pt50), sinais de corrente padrão (4-20 mA, 0-20 mA), sinais de tensão padrão (1-5 V, 0-5 V e 0-10 V) e sinais de pulso ； Para que outras formas de sinais sejam enviadas ao sistema DCS, é necessário usar equipamentos de conversão de sinais, como isoladores de sinal, transdutores de corrente e transdutores de tensão, para converter esses sinais em 4-20 mA ou 1-5 V antes de enviá-los ao sistema DCS. (1) Estatística do número de pontos de entrada AI para termopares: um termopar montável individual ou um termopar blindado individual são considerados como 1 ponto AI ； Os termopares modulares de dois terminais ou os termopares blindados de dois terminais precisam que, no sistema DCS, as temperaturas dos dois sensores do mesmo ponto de medição sejam calculadas como 2 pontos AI. Já a temperatura de apenas um dos sensores desse ponto de medição é calculada como 1 ponto AI ； Termopares de um ou vários pontos são frequentemente utilizados para monitorar a temperatura em diferentes locais do mesmo ponto de medição. Quantos pontos de medição houver no termopar, tantas entradas AI serão geradas. (2) Estatística do número de pontos de entrada para resistências térmicas AI: O método de estatística do número de pontos de entrada para resistências térmicas AI é o mesmo que o método utilizado para termopares AI. (3) Estatísticas dos pontos de entrada de corrente e tensão padrão AI: Para cada sinal de 4-20mA, 0-2mA, 0-5V, 1-5V ou 0-10V enviado ao sistema DCS, é calculado um ponto AI. Ao mesmo tempo, é determinado o intervalo de medição correspondente a esse sinal de entrada. Transmissores de dois fios (incluindo transmissores de temperatura, pressão, nível de líquido, vazão, etc.), por envolverem alimentação de DC24V, é melhor contar separadamente o número de pontos AI, para facilitar a conexão na integração do sistema DCS. Observação especial: Os instrumentos de campo, como manômetros, termômetros bimetálicos e fluxômetros rotativos de vidro exibidos no local, não são contabilizados nos cálculos do número de pontos do sistema DCS. 2. Como calcular o número de pontos de saída AO do sistema DCS? AO refere-se aos sinais de saída analógica emitidos pelo sistema DCS ou pelo PLC para controlar os dispositivos de campo. As saídas AO geralmente existem em cinco tipos: 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 1-5V e 0-10V. O tipo 4-20mA é o mais utilizado nos sistemas DCS para saídas AO. As saídas AO são normalmente conectadas a atuadores elétricos, atuadores pneumáticos, conversores de frequência, reguladores de energia e módulos de controle industrial. Geralmente, cada dispositivo controlado corresponde a uma saída AO; o número de pontos de saída AO é igual ao número de dispositivos controlados. 3. Como calcular o número de pontos de entrada DI no sistema DCS? DI refere-se aos sinais de entrada digitais que chegam ao sistema DCS ou ao PLC. As entradas DI devem ser sinais de nível TTL ou CMOS, provenientes de contatos passivos. Após entrarem no sistema DCS ou no PLC, esses sinais geralmente ativam uma tensão de 24V DC ou 48V DC. As entradas DI da área de instrumentação geralmente vêm dos contatos de alarme de instrumentos como manômetros com contato elétrico, termômetros bimetálicos com contato elétrico, medidores de nível com contato elétrico, interruptores de nível, interruptores de vazão, detectores de chama, entre outros. Cada contato de alarme, ao ser conectado ao sistema DCS, é considerado como um ponto de entrada DI. O cálculo do número de pontos DI para a especialidade elétrica é bastante complexo; será abordado separadamente mais adiante no artigo. 4. Como calcular o número de pontos de saída DO no sistema DCS? DO refere-se aos sinais de saída digital emitidos pelo sistema DCS ou pelo PLC para controlar dispositivos locais. Geralmente, esses sinais são transmitidos por meio de relés intermediários, para que possam ser conectados a outros dispositivos elétricos com diferentes níveis de tensão. A saída DO especializada em instrumentação é frequentemente utilizada para controlar dispositivos externos como luzes indicadoras, válvulas eletromagnéticas, alarmes sonoros e luminosos, sistemas de controle elétrico, atuadores elétricos de múltiplas rotações e contatos. O sistema DCS controla diferentes dispositivos, e o número de pontos de saída DO necessários varia de acordo com cada um deles. A seguir, são listados os números típicos de pontos I/O para os dispositivos controlados: (1) Atuadores elétricos de tipo interruptor: para cada atuador, a feedback da posição da válvula gera 1 ponto de entrada AI (em formato 4-20mA). O controle do movimento da válvula para frente ou para trás gera 2 pontos de saída DO. Os sinais indicando se a válvula está completamente aberta ou fechada geram 2 pontos de entrada DI. Além disso, os sinais indicando falhas relacionadas ao torque excessivo na abertura ou fechamento da válvula também geram 2 pontos de entrada DI. (2) Atuador elétrico multivoltage do tipo interruptor (fonte de alimentação AC380V): Para cada atuador, o feedback da posição da válvula de 4-20 mA conta como 1 ponto de entrada AI (se não houver sinal de feedback, esse ponto de entrada AI não é contabilizado); o controle da rotação horária/inversa da válvula conta como 2 pontos de saída DO; a detecção de quando a válvula está totalmente aberta/fechada (usando interruptores de limite) conta como 2 pontos de entrada DI; os sinais de falha de sobrecarga no acionamento da válvula para abertura/fechamento também contam como 2 pontos de entrada DI. (3) Atuadores elétricos de regulação: para cada atuador, o feedback da posição da válvula gera 1 ponto de entrada AI; o sinal de controle da válvula gera 1 ponto de saída AO. O sinal de alarme de falha do atuador também gera 1 ponto de entrada AI (os sinais de alarme de falha são comuns em atuadores elétricos inteligentes; se não houver tal sinal, não é gerado nenhum ponto AI).

(4) Atuadores elétricos de múltiplas rotações de regulação: para cada atuador, o feedback da posição da válvula gera 1 ponto de entrada AI. O sinal de controle 4-20mA do atuador gera 1 ponto de saída AO. O sinal de controle de emergência ESD gera 1 ponto de saída DO (os sinais de controle de emergência ESD são comuns em atuadores elétricos inteligentes de múltiplas rotações; se essa função não estiver disponível, não é gerado nenhum ponto DO). Os sinais de alarme relacionados ao torque excessivo durante a abertura ou fechamento da válvula geram 2 pontos de entrada DI. (5) Conversor de frequência: Cada conversor de frequência gera 1 ponto de entrada AI para o cálculo da frequência; 1 ponto de saída AO para o sinal de definição da frequência; 1 ponto de saída DO para os comandos de partida/parada; 1 ponto de entrada DI para o alarme de falha do conversor; 1 ponto de saída DO para a redefinição em caso de falha; e 1 ponto de entrada DI para indicar o estado de funcionamento do conversor. Se o conversor de frequência estiver conectado ao sistema DCS por meio de um método de comunicação, é necessário calcular apenas 1 ponto de comunicação; não há necessidade de calcular outros pontos. (6) Se o sistema DCS estiver conectado a válvulas eletromagnéticas, luzes indicadoras, contatos e outros dispositivos, cada dispositivo gera 1 ponto de saída DO. Se vários dispositivos compartilharem o mesmo sinal de controle, isso geralmente é feito por meio da adição de contatos de relé intermediários; nesse caso, é necessário calcular apenas 1 ponto de saída DO. 5. Como calcular o número de pontos do sistema DCS em engenharia elétrica? (1) Número de pontos no sistema DCS para controle elétrico convencional: O circuito de controle de motor mais simples requer 2 pontos de entrada DI e 1 ponto de saída DO. Cada estado de operação do circuito (vindo dos contatos auxiliares do contatores) gera 1 ponto de entrada DI; o sinal de partida/parada (ligado ao bobina do contatores) gera 1 ponto de saída DO; o sinal de falha (vindo do relé térmico ou do sinal de sobrecarga do protetor do motor) também gera 1 ponto de entrada DI. Nos circuitos de motores, caso seja necessário exibir a corrente e realizar controle local/remoto, além de calcular 2 entradas DI e 1 saída DO, o sinal de corrente (vindo do transmissor de corrente) gera de 0 a 3 pontos de entrada AI. Motores de baixa potência geralmente não precisam ter sua corrente monitorada; nesse caso, esses pontos de entrada AI não são calculados ； Para motores trifásicos de alta potência, o número de pontos de entrada AI é igual ao número de fases cuja corrente precisa ser exibida no DCS. É necessário converter cada sinal de corrente de 0-5A em um sinal de 4-20mA por meio de um transmissor de corrente, para que seja possível enviá-lo ao DCS. O máximo são 3 pontos ； Se o motor precisar ser controlado em vários locais, a seleção do local de controle conta como 1 entrada DI no cálculo. Para facilitar a compreensão, a figura abaixo é um exemplo do diagrama de controle elétrico secundário que envolve o gabinete elétrico GGD, a caixa de operação no local e o sistema DCS: http://yunrun.com.cn/upload/201603/30/201603301804382744.jpg. Funcionamento do circuito de controle secundário do motor: os botões de parada localizados no gabinete elétrico e na caixa de operação permitem que o motor pare de funcionar em qualquer condição ； O seletor de local de controle permite escolher entre “Controle do Armário”, “Controle no Local” e “Controle DCS”; ao pressionar o botão de inicialização na posição correspondente ao seletor, o motor é acionado ； Quando o interruptor está em “Controle DCS”, as operações de partida/parada do motor só podem ser realizadas no sistema DCS. Descrição dos componentes elétricos: No diagrama de princípio secundário, 1SS é o botão de parada localizado no painel elétrico, e 1SS1 é o botão de parada localizado na caixa de operação no local ； 1SB é o botão de partida no painel elétrico, 1SB1 é o botão de partida na caixa de operação no local ； O DO é o contato de saída para o controle de início/parada do sistema DCS ； 1HR5 é o indicador de alimentação ； O 1HR é o indicador de operação no quadro elétrico; o 1HR1 é o indicador de operação na caixa de controle local ； 1HG é o indicador de parada no painel elétrico, 1HR1 é o indicador de parada na caixa de operação no local ； 1KK é o interruptor de comutação operacional ； 1KH é um relé térmico ； 1KM é o contator ； O 1KA é um relé intermediário ； 1FU é o disjuntor do circuito secundário. (2) Número de pontos do sistema DCS para controle elétrico de partida com redução de tensão: Para cada motor no circuito de partida com redução de tensão, o sinal de operação em tensão total (vindo dos contatos auxiliares do contato principal 1KM1) gera 1 ponto de entrada DI. O sinal de controle de partida/parada do DCS (conectado às bobinas dos contatos) gera 1 ponto de saída DO. Os sinais de falha elétrica (vindos dos relés térmicos ou dos sensores de sobrecarga dos motores) também geram 1 ponto de entrada DI. Já os sinais de corrente do motor (vindos dos transmissores de corrente trifásica) geram 3 pontos de entrada AI (para as correntes das fases A, B e C do motor) ； Se o motor precisar ser controlado em vários locais, o estado do interruptor de seleção do local de controle (quando se escolhe o controle pelo sistema DCS) é utilizado para calcular 1 ponto de entrada DI. Para facilitar a compreensão de todos, a figura abaixo mostra o diagrama de controle do circuito de partida com redução de tensão, que envolve o gabinete elétrico GGD, a caixa de operação no local e o sistema DCS: http://yunrun.com.cn/upload/201603/30/201603301805373111.jpg (3) Número de pontos no sistema DCS controlado por conversores de frequência: Cada sinal de estado de funcionamento do conversor de frequência (vindo dos contatos do relé intermediário) gera 1 ponto de entrada DI. Os sinais de controle de partida/parada do sistema DCS (conectados às bobinas dos relés intermediários) geram 1 ponto de saída DO. Os sinais de falha no conversor de frequência (vindos do próprio conversor) também geram 1 ponto de entrada DI. Já os sinais de redefinição em caso de falha geram 1 ponto de saída DO. Por fim, os sinais de feedback da frequência do conversor de frequência geram 1 ponto de entrada AI ； O sinal de definição da frequência de variação calcula um ponto de saída AO. (4) Número de pontos do sistema DCS para controle da rotação direta e reversa do motor: Estado de rotação direta do motor/estado de rotação reversa (vindo dos contatos auxiliares do contatoor) – são calculados 2 pontos de entrada D1. Sinais de falha na rotação direta/falha na rotação reversa (vindos do relé térmico) – são calculados 2 pontos de entrada DI. Controle da rotação direta/controle da rotação reversa (conectado às bobinas do contatoor) – são calculados 2 pontos de saída DO. O sinal de feedback da corrente do motor pode ser calculado em até 3 pontos de entrada AI (se não houver feedback de corrente, esse ponto não é considerado). (5) O sistema DCS é compatível com as funções do PLC. O número de pontos I/O do sistema DCS é calculado de acordo com as exigências do projeto em questão (o método de cálculo é o mesmo utilizado para os pontos do PLC); portanto, não será necessário detalhar cada um deles aqui. Por meio do método de cálculo dos pontos do sistema DCS mencionado acima, é possível determinar rapidamente o número real de componentes de hardware necessários para o sistema DCS. A configuração real do sistema DCS também deve levar em consideração a redundância do sistema; geralmente, é adicionado um aumento de 20% na quantidade de pontos I/O necessários, de acordo com as necessidades reais do usuário.