控制系统设计是每位工控工程师必须掌握的基本技能,而IO清册,也就是我们通常所说的点数统计,是这一过程中的首要任务。
控制系统点数通常由设计院提供,这些点数涵盖了仪表专业I/O点数、电气专业I/O点数以及控制系统与其他系统的通讯点数。准确统计电气和仪表I/O点数,能够避免不同专业间的协调问题,同时,准确的系统点数也为使用单位在决策控制系统品牌和系统造价时提供了依据。
控制系统通常涉及热工检测、模拟量控制、顺序控制和逻辑控制等自动化控制内容,其点数的统计结果是从AI模拟输入点数、AO模拟输出点数、DI开关量输入点数、DO开关量输出点数以及控制系统与其他系统通讯点数五个方面得出的。
自控系统AI输入点数的计算
AI指的是进入控制系统的模拟量输入信号。这些信号可以直接从现场输入系统,包括热电偶(J、K、T、N、E、R、S和B分度号)、热电阻信号(Cu50、Cu100、Pt100和Pt50分度号)、标准电流信号(4-20mA、0-20mA)、标准电压信号(1-5V、0-5V和0-10V)以及脉冲信号。如果其他形式的信号需要送入系统,则需要使用信号隔离器、电流变送器或电压变送器等设备将其转换为4-20mA或1-5V后再送入DCS系统。
热电偶AI输入点数的统计
单支装配式热电偶或单支铠装热电偶按1个AI点计算;双支装配式热电偶或双支铠装热电偶,如果系统显示同一测点的两个传感器温度,则按2个AI点计算,如果只显示该测点的一个温度,则按1个AI点计算;单支多点热电偶或多点热电偶常用于监测同一测点不同部位的温度,每个测量点都计算为一个AI输入点。
热电阻AI输入点数的统计
热电阻AI输入点数的统计方法与热电偶相同。
标准电流、电压AI输入点的统计
每一路送入系统的4-20mA、0-2mA、0-5V、1-5V或0-10V信号分别计算为1个AI点,同时需要统计该输入信号对应的量程范围。二线制变送器(包括温度变送器、压力变送器、液位变送器、流量变送器等)因涉及DC24V供电,最好单独统计AI点数,以便于系统集成接线。
AO输出点数的计算
AO指的是控制系统发出的控制现场执行设备的模拟量输出信号。AO输出一般有4-20mA、0-20mA、0-5V、1-5V和0-10V五种类型,其中4-20mA是最常用的DCS系统AO输出。AO输出通常接入电动执行机构、气动执行机构、变频器、电力调整器和工业控制模块等设备,通常每一个被控对象对应一路AO输出,AO输出点数与被控设备数量相同。
DI输入点数的计算
DI指的是进入控制系统的开关量输入信号,这些信号必须是无源触点、TTL或CMOS电平信号。DI进入DCS系统或PLC后通常会接通DC24V或DC48V的查询电压。仪表专业的DI输入通常来自现场电接点压力表、电接点双金属温度计等仪表的报警触点,每个报警触点接入系统时都计算为一个DI输入点。
DO输出点数的计算
DO指的是控制系统发出的控制现场设备的开关量输出信号,通常通过中间继电器再接入其他不同电压等级的用电设备。仪表专业的DO输出常用于控制外部指示灯、电磁阀等。不同设备所需的DO输出点数不同,以下是一些常见被控对象的I/O点数:
开关型电动执行机构:
- 阀位反馈4-20mA计算为1个AI输入点;
- 阀门正转/反转控制计算为2个DO输出点;
- 阀门开到位/关到位信号计算为2个DI输入点;
- 阀门开过力矩/关过力矩故障信号计算为2个DI输入点。
变频器:
- 频率反馈计算为1个AI输入点;
- 频率给定信号计算为1个AO输出点;
- 运行/停止给定指令计算为1个DO输出点;
- 变频器故障报警计算为1个DI输入点;
- 故障复位计算为1个DO输出点;
- 变频器运行状态计算为1个DI输入点。如果变频器与通讯方式与DCS系统连接,则只需要计算1个通讯点,不需要计算其他点数。如系统外接电磁阀等设备,每个设备计算为1个DO输出点(如多个设备共用一个控制信号,则通过增加中间继电器触点的方式完成)。