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控制系統設計中的IO清冊怎么做?

2019年11月13日 18:54:00 中國傳動網

控制系統設計是每個工控工程師必須掌握的基本技能,IO清冊也就是我們常說的點數統計是首先要做的工作。

一般控制系統點數通常由設計院統計提供,系統點數是儀表專業I/O點數、電氣專業I/O點數和控制系統與其他系統的通訊點數總和。準確統計電氣和儀表I/O點數可避免電氣和儀表專業出現協調不一致的問題,準確的系統點數能為使用單位決策控制系統品牌和系統造價提供依據。

控制系統通常涉及熱工檢測、模擬量控制、順序控制和邏輯控制等自動化控制內容,點數是從AI模擬輸入點數、AO模擬輸出點數、DI開關量輸入點數、DO開關量輸出點數和控制系統與其他系統通訊點數五個方面統計結果得出。

1、自控系統AI輸入點數如何計算

AI指進入控制系統的模擬量輸入信號。從現場可以直接輸入系統的AI輸入信號有熱電偶(J、K、T、N、E、R、S和B分度號熱電偶)、熱電阻信號(Cu50、Cu100、Pt100和Pt50分度號)、標準電流信號(4-20mA、0-20mA)、標準電壓信號(1-5V、0-5V和0-10V)和脈沖信號;其他形式的信號如需送入系統,則要用信號隔離器、電流變送器、電壓變送器等信號轉換設備將該信號轉換為4-20mA或1-5V在送入DCS系統。

(1)熱電偶AI輸入點數統計

單支裝配式熱電偶或者單支鎧裝熱電偶按1個AI點計算;雙支裝配式熱電偶或者雙支鎧裝熱電偶需要在系統顯示同一測點的兩個傳感器溫度按2個AI點計算,只顯示該測點的一個溫度按1個AI點計算;單支多點熱電偶或多點熱電偶常用于監測同一測點不同部位溫度,熱電偶有幾個測量點則計算幾個點熱電偶AI輸入。

(2)熱電阻AI輸入點數統計

熱電阻AI輸入點數統計方法和熱電偶AI輸入點數統計方法相同。

(3)標準電流、電壓AI輸入點統計

每一路送入系統的4-20mA、0-2mA、0-5V、1-5V或0-10V信號分別計算1個AI點,同時統計該輸入信號對應的量程范圍。二線制變送器(包括溫度變送器、壓力變送器、液位變送器、流量變送器等)因涉及DC24V供電,最好單獨統計AI點數,方便系統集成接線。

特別說明:在現場顯示的壓力表、雙金屬溫度計、玻璃轉子流量計等現場儀表不進入系統點數計算。

2、AO輸出點數如何計算

AO指控制系統發出的控制現場執行設備的模擬量輸出信號。AO輸出一般有4-20mA、0-20mA、0-5V、1-5V和0-10V五種類型,4-20mA為最常用DCS系統AO輸出,AO輸出通常接入電動執行機構、氣動執行機構、變頻器、電力調整器和工業控制模塊等設備,通常每一個被控對象對應一路AO輸出,AO輸出點數與被控設備數量相同。

3、DI輸入點數如何計算

DI指進入控制系統的開關量輸入信號,DI輸入必須是無源觸點、TTL或CMOS電平信號,DI進入DCS系統或PLC后通常會接通DC24V或者DC48V查詢電壓。

儀表專業DI輸入通常來自現場電接點壓力表、電接點雙金屬溫度計、電接點水位計、液位開關、流量開關、火焰檢測、電接點水位計等儀表的報警觸點,每一個報警觸點接入系統時計算為一個點DI輸入。

4、DO輸出點數如何計算

DO指控制系統發出的控制現場設備的開關量輸出信號,通常通過中間繼電器再接入其他不同電壓等級的用電設備。儀表專業DO輸出常用于控制外部指示燈、電磁閥、聲光報警器、電氣控制和多回轉電動執行機構、接觸器等設備。

系統控制不同設備其所需要的DO輸出點數不同,以下是常見被控對象I/O點數:

(1)開關型電動執行機構:每臺執行機構閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點,閥門正轉/反轉控制計算DO輸出2個點,閥門開到位/閥門關到位信號計算DI輸入2個點,閥門開過力矩/關過力矩故障信號計算DI輸入2點。

(2)開關型多回轉電動執行機構(AC380V電源):每臺執行機構閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點(如無反饋信號則不計算該AI點數),閥門正轉/反轉控制計算DO輸出2個點,閥門開到位/閥門關到位(限位開關)計算DI輸入2個點,執行器開過力矩/關過力矩故障信號計算DI輸入2點。

(3)調節型電動執行機構:每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點,閥門控制信號計算AO輸出1個點,執行器故障報警信號計算AI輸入1個點(故障報警常見于智能型電動執行機構,如無故障報警信號則不計算AI點數)

(4)調節型多回轉電動執行機構:每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點,執行器4-20mA控制信號計算AO輸出1個點,ESD緊急控制信號計算DO輸出1個點(ESD緊急控制信號常見于智能型多回轉電動執行機構,如無此功能則不計算該DO點數),開過力矩/關過力矩報警信號計算DI輸入點數2點。

(5)變頻器:每臺變頻器頻率反饋計算AI輸入點數1點,頻率給定信號計算AO輸出1個點,運行/停止給定指令計算DO輸出1個點,變頻器故障報警計算DI輸入1個點,故障復位計算1個DO輸出1個點,變頻器運行狀態計算DI輸入1個點。

如果變頻器與通訊方式與DCS系統連接,則只需要計算1個通訊點,不需要計算其他點數。

(6)如系統外接電磁閥、指示燈、接觸器等設備,每個設備計算DO輸出1點(如多個設備共用一個控制信號,通常通過增加中間繼電器觸點方式完成,只需要計算1個DO輸出)。

5、電氣專業如何計算控制系統點數

(1)常規電氣控制的系統點數

最簡單的電機控制回路需要2個點DI輸入,1個點DO輸出。每個回路運行狀態(來自于接觸器輔助觸點)計算DI輸入1個點,啟動/停止控制信號(接接觸器線圈)計算DO輸出1個點,故障信號(來自熱繼電器或者電機保護器過載信號)計算DI輸入1個點。

電機回路如需要電流顯示和就地/遠傳控制,除計算2個DI、1個DO外,電流信號(來自電流變送器)計算AI輸入點數0-3個點(小功率電機通常不用監測電流,則不計算該AI輸入點數;大功率三相電機有幾相電流需要送入DCS顯示就計算幾個AI輸入點,必須將每一路0-5A電流信號經電流變送器轉換為4-20mA信號送控制系統,最多3個點);如電機需多地控制,則控制地點選擇開關計算1個DI輸入。

為便于大家理解,下圖是GGD電氣柜、現場操作箱和控制系統三地控制的電氣二次控制原理圖

控制系統 

電機控制二次回路功能說明:電氣柜、現場操作箱上的停止按鈕能在任何狀態下讓電機停止運行;控制地點選擇開關可以選擇“本柜控制”、“現場控制”和“自動化控制”,選擇開關對應位置的啟動按鈕能啟動電機;選擇開關在“自動控制”時,在系統上才能進行電機啟動/停止操作。

電氣元件說明:二次原理圖中1SS為電氣柜上的停止按鈕,1SS1為現場操作箱上的停止按鈕;1SB為電氣柜上的啟動按鈕,1SB1為現場操作箱上的啟動按鈕;DO為系統啟動/停止控制輸出觸點;1HR5為電源指示燈;1HR為電氣柜上的運行指示燈,1HR1為現場操作箱上的運行指示燈;1HG為電氣柜上的停止指示燈,1HR1為現場操作箱上的停止指示燈;1KK為操作地切換開關;1KH為熱繼電器;1KM為接觸器;1KA為中間繼電器;1FU為二次回路保險。

(2)降壓啟動電氣控制的系統點數

每個降壓啟動回路電機全壓運行狀態信號(來自于主接觸器1KM1輔助觸點)計算DI輸入1個點,系統啟動/停止控制信號(接接觸器線圈)計算DO輸出1個點,電氣故障信號(來自熱繼電器或者電機保護器過載信號)計算DI輸入1個點,電機電流信號(來自三相電流變送器)計算AI輸入點數3個點(電機A、B、C相電流變送器);如電機需多地控制,則控制地點選擇開關狀態(選擇自動化控制時)計算DI輸入1個點。

為便于大家理解,下圖是某電氣柜、現場操作箱和控制系統三地控制的降壓啟動二次回路控制原理圖

變頻器 

(3)變頻器控制的系統點數

每個變頻器運行狀態信號(來自于中間繼電器觸點)計算DI輸入1個點,DCS系統啟動/停止控制信號(接中間繼電器線圈)計算DO輸出1個點,變頻故障信號(來自變頻器)計算DI輸入1個點,故障復位計算DO輸出1個點,變頻頻率反饋信號計算AI輸入點數1個點;變頻頻率給定信號計算AO輸出1個點。

(4)電機正反轉控制的系統點數

電機正轉運行狀態/反轉運行狀態(來自接觸器輔助觸點)計算D1輸入2個點,正轉故障/反轉故障信號(來自熱繼電器)計算DI輸入2個點,正轉控制/反轉控制(接接觸器線圈)計算DO輸出2點,電機電流反饋信號最多計算AI輸入3個點(無電流反饋不計算該點)。

通過以上控制系統點數計算方法可以迅速統計出實際需要的系統硬件點數,系統實際配置還需要考慮系統冗余,通常按照用戶實際需要的系統I/O點數增加20%冗余。

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