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應用設計
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DCS系統(tǒng)I/O點數(shù)計算方法與原則
DCS系統(tǒng)I/O點數(shù)計算方法與原則
DCS控制系統(tǒng)點數(shù)通常由設計院統(tǒng)計提供，DCS系統(tǒng)點數(shù)是儀表專業(yè)I/O點數(shù)、電氣專業(yè)I/O點數(shù)和DCS系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的通訊點數(shù)總和。準確統(tǒng)計電氣和儀表I/O點數(shù)可避免電氣和儀表專業(yè)出現(xiàn)協(xié)調(diào)不一致的問題，準確的DCS點數(shù)能為使用單位決策DCS系統(tǒng)品牌和DCS系統(tǒng)造價提供依據(jù)。
DCS系統(tǒng)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(nèi)容，DCS系統(tǒng)點數(shù)是從AI模擬輸入點數(shù)、AO模擬輸出點數(shù)、DI開關量輸入點數(shù)、DO開關量輸出點數(shù)和DCS與其他系統(tǒng)通訊點數(shù)五個方面統(tǒng)計結(jié)果得出，下面介紹儀表專業(yè)和電氣專業(yè)DCS系統(tǒng)點數(shù)計算方法：
AI輸入點數(shù)如何計算？
AI指進入DCS系統(tǒng)或PLC的模擬量輸入信號。從現(xiàn)場可以直接輸入DCS系統(tǒng)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DCS系統(tǒng)，則要用信號隔離器、電流變送器、電壓變送器等信號轉(zhuǎn)換設備將該信號轉(zhuǎn)換為4-20mA或1-5V在送入DCS系統(tǒng)。
①熱電偶AI輸入點數(shù)統(tǒng)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DCS系統(tǒng)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(jiān)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(shù)統(tǒng)計
熱電阻AI輸入點數(shù)統(tǒng)計方法和熱電偶AI輸入點數(shù)統(tǒng)計方法相同。
③標準電流、電壓AI輸入點統(tǒng)計
每一路送入DCS系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)計AI點數(shù)，方便DCS系統(tǒng)集成接線。特別說明：在現(xiàn)場顯示的壓力表、雙金屬溫度計、玻璃轉(zhuǎn)子流量計等現(xiàn)場儀表不進入DCS系統(tǒng)點數(shù)計算。
AO輸出點數(shù)如何計算？
AO指DCS系統(tǒng)或PLC發(fā)出的控制現(xiàn)場執(zhí)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(tǒng)AO輸出，AO輸出通常接入電動執(zhí)行機構(gòu)、氣動執(zhí)行機構(gòu)、變頻器、電力調(diào)整器和工業(yè)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(shù)與被控設備數(shù)量相同。
DI輸入點數(shù)如何計算？
DI指進入DCS系統(tǒng)或PLC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(tǒng)或PLC后常會接通DC24V或者DC48V查詢電壓。
儀表專業(yè)DI輸入通常來自現(xiàn)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DCS系統(tǒng)時計算為一個點DI輸入。電氣專業(yè)DI點數(shù)計算較為復雜，文章后面專門介紹。DO指DCS系統(tǒng)或PLC發(fā)出的控制現(xiàn)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(yè)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(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)、接觸器等設備。DCS系統(tǒng)控制不同設備其所需要的DO輸出點數(shù)不同，以下是常見被控對象I/O點數(shù):每臺執(zhí)行機構(gòu)閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點，閥門正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)(AC380V電源)：每臺執(zhí)行機構(gòu)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(shù))，閥門正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)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(zhí)行器開過力矩/關過力矩故障信號計算DI輸入2點。③調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機構(gòu)：每臺執(zhí)行機構(gòu)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(zhí)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(zhí)行機構(gòu)，如無故障報警信號則不計算AI點數(shù))。④調(diào)節(jié)型多回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)：每臺執(zhí)行機構(gòu)閥位反饋計算AI輸入1點，執(zhí)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(zhuǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)，如無此功能則不計算該DO點數(shù)),開過力矩/關過力矩報警信號計算DI輸入點數(shù)2點。每臺變頻器頻率反饋計算AI輸入點數(shù)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(tài)計算DI輸入1個點。
如果變頻器與通訊方式與DCS系統(tǒng)連接，則只需要計算1個通訊點，不需要計算其他點數(shù)。①常規(guī)電氣控制的DCS系統(tǒng)點數(shù)
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(tài)(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(shù)0-3個點(小功率電機通常不用監(jiān)測電流，則不計算該AI輸入點數(shù)；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(jīng)電流變送器轉(zhuǎn)換為4-20mA信號送DCS，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，下圖是某公司余熱發(fā)電項目GGD電氣柜、現(xiàn)場操作箱和DCS系統(tǒng)三地控制的電氣二次控制原理圖舉例：電機控制二次回路功能說明：電氣柜、現(xiàn)場操作箱上的停止按鈕能在任何狀態(tài)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(xiàn)場控制”和“DCS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“DCS控制”時，在DCS系統(tǒng)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(xiàn)場操作箱上的停止按鈕；1SB為電氣柜上的啟動按鈕，1SB1為現(xiàn)場操作箱上的啟動按鈕；DO為DCS系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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DCS系統(tǒng)點數(shù)每個降壓啟動回路電機全壓運行狀態(tài)信號(來自于主接觸器1KM1輔助觸點)計算DI輸入1個點，DCS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(shù)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(tài)(選擇DCS系統(tǒng)控制時)計算DI輸入1個點。為便于大家理解，下圖是某公司余熱發(fā)電項目GGD電氣柜、現(xiàn)場操作箱和DCS系統(tǒng)三地控制的降壓啟動二次回路控制原理圖：③變頻器控制的DCS系統(tǒng)點數(shù)每個變頻器運行狀態(tài)信號(來自于中間繼電器觸點)計算DI輸入1個點，DCS系統(tǒng)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(shù)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(zhuǎn)控制的DCS系統(tǒng)點數(shù)電機正轉(zhuǎn)運行狀態(tài)/反轉(zhuǎn)運行狀態(tài)(來自接觸器輔助觸點)計算D1輸入2個點，正轉(zhuǎn)故障/反轉(zhuǎn)故障信號(來自熱繼電器)計算DI輸入2個點，正轉(zhuǎn)控制/反轉(zhuǎn)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)。⑤DCS系統(tǒng)兼容PLC功能，復雜的邏輯控制按照實際工程要求來計算DCS系統(tǒng)I/O點數(shù)(計算方法與計算PLC點數(shù)方法相同)，在此不一一羅列說明。 通過以上DCS系統(tǒng)點數(shù)計算方法可以迅速統(tǒng)計出實際需要的DCS系統(tǒng)硬件點數(shù)，DCS系統(tǒng)實際配置還需要考慮DCS系統(tǒng)冗余，通常按照用戶實際需要的DCS系統(tǒng)I/O點數(shù)增加20%冗余(教科書書上都是這樣說的)。DCS系統(tǒng)還有可能與其他系統(tǒng)或帶通訊的儀表或裝置通訊，那么在前期工作中必須詳細統(tǒng)計相關設備的通訊協(xié)議類型的數(shù)量，這與DCS系統(tǒng)的硬件成本沒有多大關系，但與DCS系統(tǒng)組態(tài)的工作量及與通訊相關的外圍設備配置有關。假如您的DCS系統(tǒng)屬于施工方交鑰匙工程，你完全不用在此方面費精力；如果你是工程承建方，DCS系統(tǒng)組態(tài)自己完成，這個工作就是必需要做的，因為這跟你的施工成本有關。
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