Метод расчета количества точек ввода-вывода в системе DCS

Thread Content

Опыт других дисциплин*. Количество точек в системе управления DCS обычно указывается проектным институтом. Оно представляет собой сумму количества точек ввода-вывода в области измерительной аппаратуры, количества точек ввода-вывода в электрической части системы, а также количества точек связи между системой DCS и другими системами. Точный учет количества входов/выходов электрических устройств и приборов позволяет избежать проблем с координацией между специалистами в области электротехники и приборостроения. Точное количество точек DCS служит основой для принятия решений о выборе бренда системы DCS и определении её стоимости со стороны организации-использователя. Системы DCS обычно включают в себя такие аспекты автоматизированного управления, как термический мониторинг, аналоговое управление, последовательное управление и логическое управление. Количество точек в системе DCS определяется на основе пяти показателей: количества аналоговых входных точек AI, количества аналоговых выходных точек AO, количества дискретных входных точек DI, количества дискретных выходных точек DO, а также количества точек для связи системы DCS с другими системами. Ниже приведены способы расчета количества точек в системах DCS для специалистов по приборостроению и электротехнике: 1. Как рассчитать количество аналоговых входных точек AI в системе DCS? AI означает аналоговые входные сигналы, поступающие в систему DCS или PLC. С места проведения работ можно напрямую подавать в систему DCS сигналы для входов типа AI: сигналы от термопар (термопары с классификационными обозначениями J, K, T, N, E, R, S и B), сигналы от терморезисторов (с классификационными обозначениями Cu50, Cu100, Pt100 и Pt50), стандартные токовые сигналы (4–20 мА, 0–20 мА), стандартные напряженческие сигналы (1–5 В, 0–5 В и 0–10 В), а также импульсные сигналы ； Для передачи других форм сигналов в систему DCS необходимо использовать устройства преобразования сигналов, такие как изолаторы сигналов, трансдьюсеры тока и напряжения, чтобы преобразовать эти сигналы в формат 4–20 мА или 1–5 В перед их передачей в систему DCS. (1) Статистика количества точек ввода для термопар AI: одна сборная термопара или одна экранированная термопара считаются как 1 точка AI ； Двухэлементные сборные термопары или двухэлементные экранированные термопары требуют, чтобы в системе DCS температуры двух датчиков, измеряющих одну и ту же точку, рассчитывались как 2 AI-значения; при этом температура одного датчика, измеряющего ту же точку, рассчитывается как 1 AI-значение ； Одноконтактные многоточечные термопары или многоточечные термопары часто используются для измерения температуры в разных точках одной и той же зоны. Количество точек измерения у термопары определяет количество входов типа AI для нее. (2) Статистика количества входных точек терморезисторов AI. Метод статистики количества входных точек терморезисторов AI такой же, как и метод статистики количества входных точек термопар AI. (3) Статистика точек входа для стандартных токов и напряжений типа AI: для каждого сигнала, поступающего в систему DCS в формате 4–20 мА, 0–2 мА, 0–5 В, 1–5 В или 0–10 В, рассчитывается по одной точке AI; при этом также определяется диапазон значений, соответствующий данному входному сигналу. Датчики в двухпроводной схеме (включая датчики температуры, давления, уровня жидкости, расхода и т. д.), поскольку они работают от напряжения DC24V, лучше всего учитывать их отдельно с точки зрения количества AI-пунктов, что облегчает подключение к системе DCS. Особое примечание: показатели давления, биметаллические термометры, стеклянные роторные расходомеры и другие приборы, отображающие данные непосредственно на месте, не учитываются при расчете количества точек в системе DCS. 2. Как рассчитывается количество точек выхода AO в системе DCS? AO означает аналоговые сигналы управления, которые генерируются системой DCS или PLC для управления оборудованием на производстве. Выходные сигналы типа AO обычно бывают пяти типов: 4–20 мА, 0–20 мА, 0–5 В, 1–5 В и 0–10 В. Сигнал 4–20 мА является наиболее распространенным для выходов DCS. Выходные сигналы типа AO подключаются к электрическим исполнительным механизмам, пневматическим исполнительным механизмам, частотным преобразователям, устройствам регулировки напряжения и промышленным контрольным модулям. Как правило, каждый управляемый объект соответствует одному выходу типа AO; количество выходов типа AO совпадает с количеством управляемых устройств. 3. Как рассчитывается количество входных точек DI в системе DCS? DI — это цифровые входные сигналы, поступающие в систему DCS или PLC. Входные сигналы DI должны иметь форму пассивных контактов, а также сигналов уровня TTL или CMOS. После поступления в систему DCS или PLC сигналы DI обычно подключаются к источнику напряжения 24 В или 48 В для их обработки. Входные сигналы типа DI в области измерительной техники обычно поступают от контактов сигнализации таких устройств, как датчики давления с электрическими контактами, биметаллические термометры с электрическими контактами, датчики уровня жидкости с электрическими контактами, выключатели уровня, выключатели расхода, устройства для обнаружения пламени и т. д. Каждый такой контакт сигнализации при подключении к системе DCS считается одним входным сигналом типа DI. Расчет количества точек DI в области электротехники довольно сложен; это подробно рассматривается в последней части статьи. 4. Как рассчитывается количество точек выхода DO в системе DCS? DO — это сигналы цифрового управления, которые генерируются системой DCS или PLC для управления аппаратурой на месте. Обычно эти сигналы передаются через промежуточные реле к другим устройствам, работающим при разных уровнях напряжения. Выходы типа DO в области измерительной аппаратуры часто используются для управления внешними индикаторами, электромагнитными клапанами, звуково- световыми сигнализаторами, устройствами электрического управления, многократно вращающимися электроприводами, контакторами и другим оборудованием. Система DCS требует разного количества точек выхода DO для управления различными устройствами. Ниже приведено количество точек ввода/вывода для наиболее распространенных устройств, находящихся под управлением: (1) Электроприводы с переключаемым режимом работы: для получения информации о положении клапана от каждого привода используется 1 точка ввода типа AI (сигнал 4–20 мА); для управления движением клапана вперед/назад требуется 2 точки выхода типа DO; для определения момента открытия/закрытия клапана необходимо 2 точки ввода типа DI; также требуются 2 точки ввода типа DI для обнаружения сбоев, связанных с чрезмерным моментом открытия/закрытия клапана. (2) Электроприводы с переключаемым управлением и множественными положениями вращения (питание AC380В): для каждого привода сигнал о положении клапана преобразуется в значение 4–20 мА, что соответствует 1 точке входа типа AI (если сигнала обратной связи нет, эта точка AI не учитывается). Управление вращением клапана вперед/назад определяется с помощью 2 точек выхода типа DO. Сигналы о том, что клапан полностью открыт/закрыт (с использованием датчиков предельного положения), соответствуют 2 точкам входа типа DI. Сигналы об ошибках, связанных с чрезмерным крутящим моментом при открытии/закрытии клапана, также соответствуют 2 точкам входа типа DI. (3) Регулирующиеся электроприводы: для каждого привода вычисляется 1 пункт входных данных AI на основе информации о положении клапана; вычисляется также 1 пункт выходных данных AO на основе сигнала управления клапаном. Кроме того, вычисляется 1 пункт входных данных AI для сигналов тревоги, связанных с неисправностями привода (сигналы тревоги часто используются в интеллектуальных электроприводах; если таких сигналов нет, то пункты AI не учитываются).

(4) Регулирующиеся многократно вращающиеся электроприводы: для каждого привода вычисляется 1 пункт входных данных AI на основе информации о положении клапана; вычисляется также 1 пункт выходных данных AO на основе сигнала управления 4–20 мА. Кроме того, вычисляется 1 пункт выходных данных DO на основе сигнала экстренного управления ESD (сигналы экстренного управления ESD часто используются в интеллектуальных многократно вращающихся электроприводах; если такой функции нет, то пункт DO не учитывается). Также вычисляются 2 пункта входных данных DI для сигналов тревоги, связанных с чрезмерным крутящим моментом при открытии/закрытии клапана. (5) Частотный преобразователь: для каждого частотного преобразователя количество точек входа AI, необходимых для расчета частоты, составляет 1; количество точек выхода AO, необходимых для задания частоты, — 1; количество точек выхода DO, необходимых для передачи команды запуска/остановки, — 1; количество точек входа DI, необходимых для обнаружения неисправностей частотного преобразователя, — 1; количество точек выхода DO, необходимых для сброса неисправностей, — 1; количество точек входа DI, необходимых для определения режима работы частотного преобразователя, — 1. Если преобразователь частоты подключается к системе DCS посредством канала связи, то необходимо учитывать только одну точку связи; других точек учитывать не нужно. (6) Если к системе DCS подключаются электромагнитные клапаны, индикаторы, контакторы и другое оборудование, то для каждого устройства рассчитывается 1 выход типа DO. Если несколько устройств используют один и тот же сигнал управления, это обычно достигается путем добавления контактов промежуточного реле; в таком случае необходимо рассчитывать только 1 выход типа DO. 5. Как в области электротехники рассчитывается количество точек в системе DCS? (1) Количество точек в системе DCS для традиционного электрического управления. Для самой простой схемы управления двигателем требуется 2 входных точки типа DI и 1 выходная точка типа DO. Состояние работы каждой цепи (получаемое с вспомогательных контактов контактора) обеспечивает 1 входной пин DI; сигналы управления запуском/остановкой (подающиеся на катушку контактора) обеспечивают 1 выходной пин DO; сигналы о неисправностях (получаемые от термореле или устройства защиты двигателя от перегрузок) также обеспечивают 1 входной пин DI. Если для цепи двигателя требуется отображение значения тока, а также возможность локального/удаленного управления, то помимо 2 входов типа DI и 1 выхода типа DO, необходимо также учитывать сигналы тока (получаемые с трансдьюсеров тока). Количество входов типа AI составляет от 0 до 3 точек. У двигателей низкой мощности обычно не требуется контроль тока, поэтому количество таких входов не учитывается ； У высокомощных трехфазных двигателей количество фаз тока, сигналы от которых необходимо передавать на DCS для отображения, определяет количество входных точек AI. Каждый сигнал тока в диапазоне 0–5 А должен быть преобразован с помощью трансформатора тока в сигнал 4–20 мА для передачи на DCS; максимум — 3 таких точки ； Если двигатель должен управляться с нескольких мест, то для выбора места управления требуется 1 вход DI. Для лучшего понимания ниже приведена схема вторичного электрического управления для контроллера GGD, панели управления на месте и системы DCS: http://yunrun.com.cn/upload/201603/30/201603301804382744.jpg. Описание функций вторичной цепи управления двигателем: кнопки остановки, расположенные на контроллере и панели управления, позволяют остановить работу двигателя в любом состоянии ； Переключатель выбора места управления позволяет выбрать варианты «Управление из самого шкафа», «Управление на месте» и «Управление через DCS». Кнопка запуска, расположенная рядом с переключателем, предназначена для запуска двигателя ； При выборе режима «Управление DCS» операции запуска/остановки двигателя могут выполняться только в системе DCS. Описание электрических компонентов: в схеме вторичных цепей 1SS — это кнопка останова на электрическом щиту, а 1SS1 — кнопка останова на панели управления на месте ； 1SB — это кнопка запуска на электрическом щиту, 1SB1 — это кнопка запуска на панели управления на месте ； DO — контакты управления запуском/остановкой системы DCS ； 1HR5 — индикатор питания ； 1HR — индикатор работы на электрическом шкафу, 1HR1 — индикатор работы на панели управления на месте ； 1HG — индикатор остановки на электрическом шкафу, 1HR1 — индикатор остановки на панели управления на месте ； 1KK — это переключатель для управления ； 1KH — термореле ； 1КМ — контактор ； 1KA — промежуточный реле ； 1FU — это защита во вторичной цепи. (2) Количество точек электрического управления системой DCS для запуска с пониженным напряжением: сигнал о работе двигателя при полном напряжении в каждом цикле запуска с пониженным напряжением (получаемый от вспомогательных контактов главного контактора 1KM1) образует 1 входную точку DI; сигнал управления запуском/остановкой ДСК (подается на катушку контактора) образует 1 выходную точку DO; сигналы об электрических неисправностях (получаемые от термореле или устройства защиты двигателя от перегрузок) также образуют 1 входную точку DI; сигналы тока двигателя (получаемые с трехфазных трансформаторов тока) образуют 3 входные точки AI (для трансформаторов тока фаз A, B, C) ； Если двигатель должен управляться с нескольких мест, то для выбора места управления определяется состояние переключателя (при выборе управления через систему DCS) и рассчитывается 1 точка входа DI. Для лучшего понимания ниже приведена схема принципа управления вторичной цепью пониженного напряжения для запуска оборудования, где используются электрические шкафы GGD, панели управления на месте и система DCS: http://yunrun.com.cn/upload/201603/30/201603301805373111.jpg (3) Количество точек управления в системе DCS с использованием частотных преобразователей: сигнал о состоянии работы каждого частотного преобразователя (получаемый от контактов промежуточного реле) образует 1 входную точку DI; сигналы управления запуском/остановкой системы DCS (подключаемые к катушкам промежуточных реле) образуют 1 выходную точку DO; сигналы об ошибках в работе частотных преобразователей также образуют 1 входную точку DI; сигналы о сбросе ошибок образуют 1 выходную точку DO; сигналы, связанные с частотой работы частотных преобразователей, образуют 1 входную точку AI ； Сигнал задания частоты изменения частоты вычисляет значение выхода AO на 1 точку. (4) Количество точек в системе DCS для управления движением двигателя в прямом и обратном направлении: сигналы о режиме работы двигателя в прямом/обратном направлении (получаемые с вспомогательных контактов контактора) — 2 точки входа D1; сигналы об ошибках при работе двигателя в прямом/обратном направлении (получаемые от термореле) — 2 точки входа DI; сигналы управления движением двигателя в прямом/обратном направлении (подается на катушку контактора) — 2 точки выхода DO. Сигналы об токе, проходящем через двигатель, могут быть получены с 3 точек входа AI (если обратной связи по току нет, эта точка не учитывается). (5) Система DCS совместима с функциями PLC; для сложного логического управления количество точек ввода/вывода системы DCS рассчитывается в соответствии с требованиями конкретного проекта (метод расчета такой же, как и при расчете количества точек PLC); здесь описывать это подробно не будем. С помощью приведенного выше способа расчета количества элементов в системе DCS можно быстро определить фактическое количество аппаратных компонентов, необходимых для работы системы. При настройке системы DCS также необходимо учитывать ее резервирование; обычно к фактическому количеству точек ввода-вывода, требуемых пользователем, добавляется 20% в качестве резерва.