煉化裝置控制系統接線實際應用規則分析

林柏松

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163000）

在煉油化工生產裝置中，采用的ESD 和DCS 等控制系統是化工生產的中樞控制系統，負責收集現場儀表傳遞來的信息，并根據邏輯關系做出判斷，最后發出指令給現場控制儀表。控制系統收集信息的來源，以及發出指令的實現要依靠外部儀表設備進行控制，在煉油化工裝置現場的檢測單元和執行機構是進行這些動作的執行者，檢測單元主要包括測溫儀表（如熱電阻、熱電偶）、變送器、傳感器等儀表，而執行機構主要包括泵類、電機和調節閥等，在煉油化工裝置實際現場維護和運行過程中，經常出現由于接線操作不當或減少一些中間隔離設備，從而造成DCS 和ESD 等系統設備卡件損壞的問題，給煉油化工生產造成損失或引發安全事故，因此要避免或減少此類問題發生的概率，共同提高煉油化裝置控制系統的平穩運行率，減少安全事故的發生。

1 問題的提出

1.1 煉油化工裝置控制系統簡介及信號種類

在煉油化工裝置中，控制系統I/O 接線主要是指必要時連接DCS 與執行機構、DCS 與檢測單元的中間設備。I/O 接線示意圖如圖1。

圖1 I/O 接線示意圖

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

1.2 控制系統中關于AO、AI 信號的外配設備接線的具體要求

在自動控制系統中，關于AO、AI 信號，它們的外配設備主要包括頻率變送器、電量變送器、安全柵，以及在控制系統儀表設備中配置的直流電源和空氣斷路器等設備。在煉油化工生產裝置中，在沒有防爆要求的場所和有防爆要求的場所之間存在模擬量AO、AI 信號關系時，為了保證控制系統的安全性，要使用安全柵進行隔離，安全柵要根據模擬量信號的類型進行選擇。安全柵又稱安全保持器，煉油化工生產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行外部供電，安全柵起到了限制能量串入、避免產生火花的作用，以達到現場危險場所防爆的效果。

（1）現場需要配電設備齊納式安全柵配線如2 圖所示。

圖2 配電設備齊納式安全柵配線圖

（2）現場設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 控制系統中DO 信號外配設備接線的具體要求

關于DO 開關量輸出信號，它的外配設備主要指起隔離作用和放大作用的接觸器和繼電器，以及配套設置的直流電源、空氣斷路器等設備。由于DCS 控制系統中工藝設計上的局限性，其中的DO 開關量輸出信號僅能用于輸出無源信號或者驅動小電流和低電壓的負載設備。所以，DO 開關量輸出信號要通過使用繼電器放大后才能拖動負載設備，繼電器起到了的擴展和放大作用,繼電器的擴大作用還指繼電器輸出有多個觸點，可以按觸點組的不同形式實現不同的組合，達

到多點控制的目的。DO 繼電器的擴大作用原理圖如圖5。

圖5 DO 繼電器的擴大作用原理圖

1.4 控制系統中DI 數字輸入信號外配設備接線的具體要求

關于DI 數字輸入信號，它的外配設備主要指隔離用的繼電器和必要時配置的空開、直流電源等，主要用于反應開關量的具體狀態是合還是分。在煉油化工生產裝置自動控制系統中，如果需要把有源的開關量DI 數字輸入信號傳入DCS 控制系統，或者是為了提高DI 數字輸入信號采樣的可靠性和安全性時，就必須要采用電子控制器件繼電器進行隔離，繼電器可以起到轉換電路、自動調節和安全保護的作用。繼電器型號的選擇要根據具體輸入信號的類型、電壓的大小進行選用。無源的開關量DI 數字輸入信號在輸入時采用接線端子或SP590 端子板。有源開關量DI 數字輸入信號控制繼電器的線包供電，而把繼電器的輸出端觸點作為DCS 控制系統中卡件的輸入信號。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 對繼電器進行合理的選配

繼電器的種類非常多，應用非常廣泛。繼電器按照使用功能分：適合于頻繁動作的固態繼電器、起延時動作的時間繼電器、瞬時動作的普通繼電器、當外界溫度達到給定值時而動作的溫度繼電器、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，要先了解一些必要的條件，以合理地選配繼電器。主要表現在：（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載設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，一共有幾組。在選用繼電器時，可以根據一般控制電路的電源電壓選配合適的繼電器。控制電路要能給所連接的繼電器提供額定的工作電流，滿足繼電器的動作要求，否則，繼電器的吸合動作不穩定。（4）在確定對繼電器的使用條件后，要查找相關繼電器的使用說明資料，選擇合適的繼電器的規格和型號。在選擇繼電器時，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用原則

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

4 DCS 標準機柜內設備的安裝容量

當標準機柜作為安全柵柜使用時，可以合理地安裝齊納式安全柵的數量達到320 個，并包括本安側端子和匯線槽。當標準機柜作為繼電器柜使用時，可以合理地安裝繼電器及其端子的數量達到260 個，并包括兩只空氣斷路器和兩只開關電源。當標準機柜作為端子柜使用時，可以合理安裝開關端子、普通端子和熔斷器端子的數量達到1200 個。

5 結語

結合規范的自動控制系統I/O 接線實際應用，在煉化裝置中收到了很好的效果，保證了儀表運行的穩定性和裝置的平穩安全生產，為煉油化工企業創造了安全和生產效益。