PLC控制系統(tǒng)設(shè)計中的IO配置清單怎么做？

導(dǎo)? 讀

控制系統(tǒng)設(shè)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(diǎn)數(shù)統(tǒng)計是首先要做的工作。

一般控制系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)通常由設(shè)計院統(tǒng)計提供，系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)是儀表專業(yè)I/O點(diǎn)數(shù)、電氣專業(yè)I/O點(diǎn)數(shù)和控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的通訊點(diǎn)數(shù)總和。準(zhǔn)確統(tǒng)計電氣和儀表I/O點(diǎn)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(zhǔn)確的系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)能為使用單位決策控制系統(tǒng)品牌和系統(tǒng)造價提供依據(jù)。

控制系統(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，點(diǎn)數(shù)是從AI模擬輸入點(diǎn)數(shù)、AO模擬輸出點(diǎn)數(shù)、DI開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)、DO開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)和控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)通訊點(diǎn)數(shù)五個方面統(tǒng)計結(jié)果得出。

1、自控系統(tǒng)AI輸入點(diǎn)數(shù)如何計算

AI指進(jìn)入控制系統(tǒng)的模擬量輸入信號。從現(xiàn)場可以直接輸入系統(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(biāo)準(zhǔn)電流信號（4-20mA、0-20mA）、標(biāo)準(zhǔn)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(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(shè)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(diǎn)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(diǎn)計算；雙支裝配式熱電偶或者雙支鎧裝熱電偶需要在系統(tǒng)顯示同一測點(diǎn)的兩個傳感器溫度按2個AI點(diǎn)計算，只顯示該測點(diǎn)的一個溫度按1個AI點(diǎn)計算；單支多點(diǎn)熱電偶或多點(diǎn)熱電偶常用于監(jiān)測同一測點(diǎn)不同部位溫度，熱電偶有幾個測量點(diǎn)則計算幾個點(diǎn)熱電偶AI輸入。

（2）熱電阻AI輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計

熱電阻AI輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計方法和熱電偶AI輸入點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計方法相同。

（3）標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓AI輸入點(diǎn)統(tǒng)計

每一路送入系統(tǒng)的4-20mA、0-2mA、0-5V、1-5V或0-10V信號分別計算1個AI點(diǎn)，同時統(tǒng)計該輸入信號對應(yīng)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(dú)統(tǒng)計AI點(diǎn)數(shù)，方便系統(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(jìn)入系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)計算。

2、AO輸出點(diǎn)數(shù)如何計算

AO指控制系統(tǒng)發(fā)出的控制現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)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(jī)構(gòu)、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變頻器、電力調(diào)整器和工業(yè)控制模塊等設(shè)備，通常每一個被控對象對應(yīng)一路AO輸出，AO輸出點(diǎn)數(shù)與被控設(shè)備數(shù)量相同。

3、DI輸入點(diǎn)數(shù)如何計算

DI指進(jìn)入控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸入信號，DI輸入必須是無源觸點(diǎn)、TTL或CMOS電平信號，DI進(jìn)入DCS系統(tǒng)或PLC后通常會接通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(diǎn)壓力表、電接點(diǎn)雙金屬溫度計、電接點(diǎn)水位計、液位開關(guān)、流量開關(guān)、火焰檢測、電接點(diǎn)水位計等儀表的報警觸點(diǎn)，每一個報警觸點(diǎn)接入系統(tǒng)時計算為一個點(diǎn)DI輸入。

4、DO輸出點(diǎn)數(shù)如何計算

DO指控制系統(tǒng)發(fā)出的控制現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)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(shè)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(jī)構(gòu)、接觸器等設(shè)備。

系統(tǒng)控制不同設(shè)備其所需要的DO輸出點(diǎn)數(shù)不同，以下是常見被控對象I/O點(diǎn)數(shù):

（1）開關(guān)型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：每臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點(diǎn)，閥門正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)控制計算DO輸出2個點(diǎn)，閥門開到位/閥門關(guān)到位信號計算DI輸入2個點(diǎn) ，閥門開過力矩/關(guān)過力矩故障信號計算DI輸入2點(diǎn)。

（2）開關(guān)型多回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（AC380V電源）：每臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點(diǎn)（如無反饋信號則不計算該AI點(diǎn)數(shù)），閥門正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)控制計算DO輸出2個點(diǎn)，閥門開到位/閥門關(guān)到位（限位開關(guān)）計算DI輸入2個點(diǎn)，執(zhí)行器開過力矩/關(guān)過力矩故障信號計算DI輸入2點(diǎn)。

（3）調(diào)節(jié)型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：每臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位反饋計算AI輸入1點(diǎn)，閥門控制信號計算AO輸出1個點(diǎn)，執(zhí)行器故障報警信號計算AI輸入1個點(diǎn)（故障報警常見于智能型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如無故障報警信號則不計算AI點(diǎn)數(shù)）

（4）調(diào)節(jié)型多回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：每臺執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥位反饋計算AI輸入1點(diǎn)，執(zhí)行器4-20mA控制信號計算AO輸出1個點(diǎn)，ESD緊急控制信號計算DO輸出1個點(diǎn)（ESD緊急控制信號常見于智能型多回轉(zhuǎn)電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如無此功能則不計算該DO點(diǎn)數(shù)）,開過力矩/關(guān)過力矩報警信號計算DI輸入點(diǎn)數(shù)2點(diǎn)。

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

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(diǎn)，不需要計算其他點(diǎn)數(shù)。

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

5、電氣專業(yè)如何計算控制系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)

（1）常規(guī)電氣控制的系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)

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

電機(jī)回路如需要電流顯示和就地/遠(yuǎn)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(diǎn)數(shù)0-3個點(diǎn)（小功率電機(jī)通常不用監(jiān)測電流，則不計算該AI輸入點(diǎn)數(shù)；大功率三相電機(jī)有幾相電流需要送入DCS顯示就計算幾個AI輸入點(diǎn)，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信號送控制系統(tǒng)，最多3個點(diǎn)）；如電機(jī)需多地控制，則控制地點(diǎn)選擇開關(guān)計算1個DI輸入。

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

電機(jī)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(jī)停止運(yùn)行；控制地點(diǎn)選擇開關(guān)可以選擇“本柜控制”、“現(xiàn)場控制”和“自動化控制”，選擇開關(guān)對應(yīng)位置的啟動按鈕能啟動電機(jī)；選擇開關(guān)在“自動控制”時，在系統(tǒng)上才能進(jìn)行電機(jī)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為系統(tǒng)啟動/停止控制輸出觸點(diǎn)；1HR5為電源指示燈；1HR為電氣柜上的運(yùn)行指示燈，1HR1為現(xiàn)場操作箱上的運(yùn)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(guān)；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(tǒng)點(diǎn)數(shù)

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

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

（3）變頻器控制的系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)

每個變頻器運(yùn)行狀態(tài)信號（來自于中間繼電器觸點(diǎn)）計算DI輸入1個點(diǎn)，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(diǎn)， 變頻故障信號（來自變頻器）計算DI輸入1個點(diǎn)，故障復(fù)位計算DO輸出1個點(diǎn)，變頻頻率反饋信號計算AI輸入點(diǎn)數(shù)1個點(diǎn)；變頻頻率給定信號計算AO輸出1個點(diǎn)。

（4）電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)

電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)/反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)（來自接觸器輔助觸點(diǎn)）計算D1輸入2個點(diǎn)，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(diǎn)，正轉(zhuǎn)控制/反轉(zhuǎn)控制（接接觸器線圈）計算DO輸 出2點(diǎn)，電機(jī)電流反饋信號最多計算AI輸入3個點(diǎn)（無電流反饋不計算該點(diǎn)）。

通過以上控制系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)計算方法可以迅速統(tǒng)計出實(shí)際需要的系統(tǒng)硬件點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)實(shí)際配置還需要考慮系統(tǒng)冗余，通常按照用戶實(shí)際需要的系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)增加20%冗余。

審核編輯：湯梓紅