煉化裝置控制系統(tǒng)接線實(shí)際應(yīng)用規(guī)則分析

林柏松

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163000）

在煉油化工生產(chǎn)裝置中，采用的ESD 和DCS 等控制系統(tǒng)是化工生產(chǎn)的中樞控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)收集現(xiàn)場(chǎng)儀表傳遞來的信息，并根據(jù)邏輯關(guān)系做出判斷，最后發(fā)出指令給現(xiàn)場(chǎng)控制儀表。控制系統(tǒng)收集信息的來源，以及發(fā)出指令的實(shí)現(xiàn)要依靠外部?jī)x表設(shè)備進(jìn)行控制，在煉油化工裝置現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)是進(jìn)行這些動(dòng)作的執(zhí)行者，檢測(cè)單元主要包括測(cè)溫儀表（如熱電阻、熱電偶）、變送器、傳感器等儀表，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括泵類、電機(jī)和調(diào)節(jié)閥等，在煉油化工裝置實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于接線操作不當(dāng)或減少一些中間隔離設(shè)備，從而造成DCS 和ESD 等系統(tǒng)設(shè)備卡件損壞的問題，給煉油化工生產(chǎn)造成損失或引發(fā)安全事故，因此要避免或減少此類問題發(fā)生的概率，共同提高煉油化裝置控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行率，減少安全事故的發(fā)生。

1 問題的提出

1.1 煉油化工裝置控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介及信號(hào)種類

在煉油化工裝置中，控制系統(tǒng)I/O 接線主要是指必要時(shí)連接DCS 與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、DCS 與檢測(cè)單元的中間設(shè)備。I/O 接線示意圖如圖1。

圖1 I/O 接線示意圖

在煉油化工裝置實(shí)際應(yīng)用中，DCS 控制系統(tǒng)常用的輸入信號(hào)有：開關(guān)量信號(hào)(DI)、熱電偶mv 信號(hào)(AI)、Pt100 熱電阻信號(hào)(AI)、4 ～20mA 直流信號(hào)(AI)等。DCS 控制系統(tǒng)常用的輸出信號(hào)有：開關(guān)量信號(hào)(DO）、4-20mA 直流信號(hào)(AO)。

1.2 控制系統(tǒng)中關(guān)于AO、AI 信號(hào)的外配設(shè)備接線的具體要求

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，關(guān)于AO、AI 信號(hào)，它們的外配設(shè)備主要包括頻率變送器、電量變送器、安全柵，以及在控制系統(tǒng)儀表設(shè)備中配置的直流電源和空氣斷路器等設(shè)備。在煉油化工生產(chǎn)裝置中，在沒有防爆要求的場(chǎng)所和有防爆要求的場(chǎng)所之間存在模擬量AO、AI 信號(hào)關(guān)系時(shí)，為了保證控制系統(tǒng)的安全性，要使用安全柵進(jìn)行隔離，安全柵要根據(jù)模擬量信號(hào)的類型進(jìn)行選擇。安全柵又稱安全保持器，煉油化工生產(chǎn)裝置中配用的安全柵主要有隔離式安全柵和齊納式安全柵兩種類型，是本安回路的安全接口。隔離式安全柵在使用過程中需要采用外部24VDC 供電；而齊納安全柵在使用中不需要額外地進(jìn)行外部供電，安全柵起到了限制能量串入、避免產(chǎn)生火花的作用，以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)場(chǎng)所防爆的效果。

（1）現(xiàn)場(chǎng)需要配電設(shè)備齊納式安全柵配線如2 圖所示。

圖2 配電設(shè)備齊納式安全柵配線圖

（2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為熱電阻式齊納安全柵配線圖如圖3 所示。

圖3 熱電阻式齊納安全柵配線圖

（3）隔離式安全柵則需要外部24VDC 供電，其配線圖如圖4。

圖4 隔離式安全柵配線圖

1.3 控制系統(tǒng)中DO 信號(hào)外配設(shè)備接線的具體要求

關(guān)于DO 開關(guān)量輸出信號(hào)，它的外配設(shè)備主要指起隔離作用和放大作用的接觸器和繼電器，以及配套設(shè)置的直流電源、空氣斷路器等設(shè)備。由于DCS 控制系統(tǒng)中工藝設(shè)計(jì)上的局限性，其中的DO 開關(guān)量輸出信號(hào)僅能用于輸出無源信號(hào)或者驅(qū)動(dòng)小電流和低電壓的負(fù)載設(shè)備。所以，DO 開關(guān)量輸出信號(hào)要通過使用繼電器放大后才能拖動(dòng)負(fù)載設(shè)備，繼電器起到了的擴(kuò)展和放大作用,繼電器的擴(kuò)大作用還指繼電器輸出有多個(gè)觸點(diǎn)，可以按觸點(diǎn)組的不同形式實(shí)現(xiàn)不同的組合，達(dá)

到多點(diǎn)控制的目的。DO 繼電器的擴(kuò)大作用原理圖如圖5。

圖5 DO 繼電器的擴(kuò)大作用原理圖

1.4 控制系統(tǒng)中DI 數(shù)字輸入信號(hào)外配設(shè)備接線的具體要求

關(guān)于DI 數(shù)字輸入信號(hào)，它的外配設(shè)備主要指隔離用的繼電器和必要時(shí)配置的空開、直流電源等，主要用于反應(yīng)開關(guān)量的具體狀態(tài)是合還是分。在煉油化工生產(chǎn)裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)中，如果需要把有源的開關(guān)量DI 數(shù)字輸入信號(hào)傳入DCS 控制系統(tǒng)，或者是為了提高DI 數(shù)字輸入信號(hào)采樣的可靠性和安全性時(shí)，就必須要采用電子控制器件繼電器進(jìn)行隔離，繼電器可以起到轉(zhuǎn)換電路、自動(dòng)調(diào)節(jié)和安全保護(hù)的作用。繼電器型號(hào)的選擇要根據(jù)具體輸入信號(hào)的類型、電壓的大小進(jìn)行選用。無源的開關(guān)量DI 數(shù)字輸入信號(hào)在輸入時(shí)采用接線端子或SP590 端子板。有源開關(guān)量DI 數(shù)字輸入信號(hào)控制繼電器的線包供電，而把繼電器的輸出端觸點(diǎn)作為DCS 控制系統(tǒng)中卡件的輸入信號(hào)。DI 繼電器的隔離作用原理圖如圖6。

圖6 DI 繼電器的隔離作用原理圖

2 對(duì)繼電器進(jìn)行合理的選配

繼電器的種類非常多，應(yīng)用非常廣泛。繼電器按照使用功能分：適合于頻繁動(dòng)作的固態(tài)繼電器、起延時(shí)動(dòng)作的時(shí)間繼電器、瞬時(shí)動(dòng)作的普通繼電器、當(dāng)外界溫度達(dá)到給定值時(shí)而動(dòng)作的溫度繼電器、用于切換高頻和射頻線路的高頻繼電器等。繼電器按照線包特性和反應(yīng)的物理量可以分有電流型繼電器、電壓型繼電器等。

在選擇繼電器時(shí)，要先了解一些必要的條件，以合理地選配繼電器。主要表現(xiàn)在：（1）要先了解控制電路的電源電壓大小情況，以及能提供的最大電流能有多少。（2）要了解被控制電路中負(fù)載設(shè)備所需要的電壓和電流。（3）要明確被控電路需要什么形式的觸點(diǎn)，一共有幾組。在選用繼電器時(shí)，可以根據(jù)一般控制電路的電源電壓選配合適的繼電器?？刂齐娐芬芙o所連接的繼電器提供額定的工作電流，滿足繼電器的動(dòng)作要求，否則，繼電器的吸合動(dòng)作不穩(wěn)定。（4）在確定對(duì)繼電器的使用條件后，要查找相關(guān)繼電器的使用說明資料，選擇合適的繼電器的規(guī)格和型號(hào)。在選擇繼電器時(shí)，要注意器具的容積大小和電路板的安裝布局。

3 空氣斷路器的正確應(yīng)用原則

只要電路中電流超過額定電流，空氣斷路器就會(huì)自動(dòng)斷開，空氣斷路器主要起到過電流保護(hù)和防止短路的保護(hù)作用。空氣斷路器主要是用于電源的分電，以及用電設(shè)備設(shè)施的保護(hù)和滿足煉油化工生產(chǎn)裝置維修維護(hù)、檢修的需要。煉油化工生產(chǎn)裝置中應(yīng)用的空氣斷路器主要分為動(dòng)力和照明兩種。當(dāng)控制系統(tǒng)中的機(jī)柜內(nèi)有開關(guān)電源、有源輸出和電量變送器時(shí)，有給系統(tǒng)的其他機(jī)柜、操作員站、打印機(jī)、工程師站和其他儀表的供電要求時(shí)，為了保護(hù)控制系統(tǒng)的安全性，防止破壞性電流的侵入，就必須配備相應(yīng)的空氣斷路器，實(shí)現(xiàn)控制和多重保護(hù)功能，以滿足煉油化工生產(chǎn)裝置的安全需要和檢修要求。自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的直流開關(guān)電源主要為安全柵、電磁閥、繼電器等用電設(shè)備提供電源,在常規(guī)情況下采用冗余配置方式，通過冗余隔離模塊進(jìn)行連接。

4 DCS 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的安裝容量

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜作為安全柵柜使用時(shí)，可以合理地安裝齊納式安全柵的數(shù)量達(dá)到320 個(gè)，并包括本安側(cè)端子和匯線槽。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜作為繼電器柜使用時(shí)，可以合理地安裝繼電器及其端子的數(shù)量達(dá)到260 個(gè)，并包括兩只空氣斷路器和兩只開關(guān)電源。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜作為端子柜使用時(shí)，可以合理安裝開關(guān)端子、普通端子和熔斷器端子的數(shù)量達(dá)到1200 個(gè)。

5 結(jié)語

結(jié)合規(guī)范的自動(dòng)控制系統(tǒng)I/O 接線實(shí)際應(yīng)用，在煉化裝置中收到了很好的效果，保證了儀表運(yùn)行的穩(wěn)定性和裝置的平穩(wěn)安全生產(chǎn)，為煉油化工企業(yè)創(chuàng)造了安全和生產(chǎn)效益。