DCS系统I/O点数计算方法与原则

显示全部楼层 · 2024-6-4 22:37:28

DCS控制系统点数通常由设计院统计提供，DCS系统点数是仪表专业I/O点数、电气专业I/O点数和DCS系统与其他系统的通讯点数总和。准确统计电气和仪表I/O点数可避免电气和仪表专业出现协调不一致的问题，准确的DCS点数能为使用单位决策DCS系统品牌和DCS系统造价提供依据。
DCS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，DCS系统点数是从AI模拟输入点数、AO模拟输出点数、DI开关量输入点数、DO开关量输出点数和DCS与其他系统通讯点数五个方面统计结果得出，下面介绍仪表专业和电气专业DCS系统点数计算方法：

01

AI输入点数如何计算？

AI指进入DCS系统或PLC的模拟量输入信号。从现场可以直接输入DCS系统的AI输入信号有热电偶(J、K、T、N、E、R、S和B分度号热电偶)、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)和脉冲信号；其他形式的信号如需送入DCS系统，则要用信号隔离器、电流变送器、电压变送器等信号转换设备将该信号转换为4-20mA或1-5V在送入DCS系统。
①热电偶AI输入点数统计
单支装配式热电偶或者单支铠装热电偶按1个AI点计算；双支装配式热电偶或者双支铠装热电偶需要在DCS系统显示同一测点的两个传感器温度按2个AI点计算，只显示该测点的一个温度按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温度，热电偶有几个测量点则计算几个点热电偶AI输入。
②热电阻AI输入点数统计
热电阻AI输入点数统计方法和热电偶AI输入点数统计方法相同。
③标准电流、电压AI输入点统计
每一路送入DCS系统的4-20mA、0-2mA、0-5V、1-5V或0-10V信号分别计算1个AI点，同时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，方便DCS系统集成接线。特别说明：在现场显示的压力表、双金属温度计、玻璃转子流量计等现场仪表不进入DCS系统点数计算。

02

AO输出点数如何计算？

AO指DCS系统或PLC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，4-20mA为最常用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。

03

DI输入点数如何计算？

DI指进入DCS系统或PLC的开关量输入信号，DI输入必须是无源触点、TTL或CMOS电平信号，DI进入DCS系统或PLC后常会接通DC24V或者DC48V查询电压。
仪表专业DI输入通常来自现场电接点压力表、电接点双金属温度计、电接点水位计、液位开关、流量开关、火焰检测、电接点水位计等仪表的报警触点，每一个报警触点接入DCS系统时计算为一个点DI输入。电气专业DI点数计算较为复杂，文章后面专门介绍。

04

DO输出点数如何计算？

DO指DCS系统或PLC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DO输出常用于控制外部指示灯、电磁阀、声光报警器、电气控制和多回转电动执行机构、接触器等设备。DCS系统控制不同设备其所需要的DO输出点数不同，以下是常见被控对象I/O点数:
①开关型电动执行机构：每台执行机构阀位反馈4-20mA计算AI输入1点，阀门正转/反转控制计算DO输出2个点，阀门开到位/阀门关到位信号计算DI输入2个点，阀门开过力矩/关过力矩故障信号计算DI输入2点。
②开关型多回转电动执行机构(AC380V电源)：每台执行机构阀位反馈4-20mA计算AI输入1点(如无反馈信号则不计算该AI点数)，阀门正转/反转控制计算DO输出2个点，阀门开到位/阀门关到位(限位开关)计算DI输入2个点，执行器开过力矩/关过力矩故障信号计算DI输入2点。
③调节型电动执行机构：每台执行机构阀位反馈计算AI输入1点，阀门控制信号计算AO输出1个点，执行器故障报警信号计算AI输入1个点(故障报警常见于智能型电动执行机构，如无故障报警信号则不计算AI点数)。
④调节型多回转电动执行机构：每台执行机构阀位反馈计算AI输入1点，执行器4-20mA控制信号计算AO输出1个点，ESD紧急控制信号计算DO输出1个点(ESD紧急控制信号常见于智能型多回转电动执行机构，如无此功能则不计算该DO点数),开过力矩/关过力矩报警信号计算DI输入点数2点。
⑤变频器：每台变频器频率反馈计算AI输入点数1点，频率给定信号计算AO输出1个点，运行/停止给定指令计算DO输出1个点，变频器故障报警计算DI输入1个点，故障复位计算1个DO输出1个点，变频器运行状态计算DI输入1个点。
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。
⑥如DCS系统外接电磁阀、指示灯、接触器等设备，每个设备计算DO输出1点(如多个设备共用一个控制信号，通常通过增加中间继电器触点方式完成，只需要计算1个DO输出)。

05

电气专业如何计算点数？

①常规电气控制的DCS系统点数
最简单的电机控制回路需要2个点DI输入，1个点DO输出。每个回路运行状态(来自于接触器辅助触点)计算DI输入1个点，启动/停止控制信号(接接触器线圈)计算DO输出1个点，故障信号(来自热继电器或者电机保护器过载信号)计算DI输入1个点。
电机回路如需要电流显示和就地/远传控制，除计算2个DI、1个DO外，电流信号(来自电流变送器)计算AI输入点数0-3个点(小功率电机通常不用监测电流，则不计算该AI输入点数；大功率三相电机有几相电流需要送入DCS显示就计算几个AI输入点，必须将每一路0-5A电流信号经电流变送器转换为4-20mA信号送DCS，最多3个点)；如电机需多地控制，则控制地点选择开关计算1个DI输入。

为便于大家理解，下图是某公司余热发电项目GGD电气柜、现场操作箱和DCS系统三地控制的电气二次控制原理图举例：

电机控制二次回路功能说明：电气柜、现场操作箱上的停止按钮能在任何状态下让电机停止运行；控制地点选择开关可以选择“本柜控制”、“现场控制”和“DCS控制”，选择开关对应位置的启动按钮能启动电机；选择开关在“DCS控制”时，在DCS系统上才能进行电机启动/停止操作。

电气元件说明：二次原理图中1SS为电气柜上的停止按钮，1SS1为现场操作箱上的停止按钮；1SB为电气柜上的启动按钮，1SB1为现场操作箱上的启动按钮；DO为DCS系统启动/停止控制输出触点；1HR5为电源指示灯；1HR为电气柜上的运行指示灯，1HR1为现场操作箱上的运行指示灯；1HG为电气柜上的停止指示灯，1HR1为现场操作箱上的停止指示灯；1KK为操作地切换开关；1KH为热继电器；1KM为接触器；1KA为中间继电器；1FU为二次回路保险。

②降压启动电气控制的DCS系统点数
每个降压启动回路电机全压运行状态信号(来自于主接触器1KM1辅助触点)计算DI输入1个点，DCS启动/停止控制信号(接接触器线圈)计算DO输出1个点，电气故障信号(来自热继电器或者电机保护器过载信号)计算DI输入1个点，电机电流信号(来自三相电流变送器)计算AI输入点数3个点(电机A、B、C相电流变送器)；如电机需多地控制，则控制地点选择开关状态(选择DCS系统控制时)计算DI输入1个点。

为便于大家理解，下图是某公司余热发电项目GGD电气柜、现场操作箱和DCS系统三地控制的降压启动二次回路控制原理图：

③变频器控制的DCS系统点数
每个变频器运行状态信号(来自于中间继电器触点)计算DI输入1个点，DCS系统启动/停止控制信号(接中间继电器线圈)计算DO输出1个点，变频故障信号(来自变频器)计算DI输入1个点，故障复位计算DO输出1个点，变频频率反馈信号计算AI输入点数1个点；变频频率给定信号计算AO输出1个点。
④电机正反转控制的DCS系统点数
电机正转运行状态/反转运行状态(来自接触器辅助触点)计算D1输入2个点，正转故障/反转故障信号(来自热继电器)计算DI输入2个点，正转控制/反转控制(接接触器线圈)计算DO输出2点，电机电流反馈信号最多计算AI输入3个点(无电流反馈不计算该点)。
⑤DCS系统兼容PLC功能，复杂的逻辑控制按照实际工程要求来计算DCS系统I/O点数(计算方法与计算PLC点数方法相同)，在此不一一罗列说明。
通过以上DCS系统点数计算方法可以迅速统计出实际需要的DCS系统硬件点数，DCS系统实际配置还需要考虑DCS系统冗余，通常按照用户实际需要的DCS系统I/O点数增加20%冗余(教科书书上都是这样说的)。

06

通讯点数如何统计？

DCS系统还有可能与其他系统或带通讯的仪表或装置通讯，那么在前期工作中必须详细统计相关设备的通讯协议类型的数量，这与DCS系统的硬件成本没有多大关系，但与DCS系统组态的工作量及与通讯相关的外围设备配置有关。假如您的DCS系统属于施工方交钥匙工程，你完全不用在此方面费精力；如果你是工程承建方，DCS系统组态自己完成，这个工作就是必需要做的，因为这跟你的施工成本有关。

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