炼化装置控制系统接线实际应用规则分析

林柏松

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江 大庆 163000）

在炼油化工生产装置中，采用的ESD 和DCS 等控制系统是化工生产的中枢控制系统，负责收集现场仪表传递来的信息，并根据逻辑关系做出判断，最后发出指令给现场控制仪表。控制系统收集信息的来源，以及发出指令的实现要依靠外部仪表设备进行控制，在炼油化工装置现场的检测单元和执行机构是进行这些动作的执行者，检测单元主要包括测温仪表（如热电阻、热电偶）、变送器、传感器等仪表，而执行机构主要包括泵类、电机和调节阀等，在炼油化工装置实际现场维护和运行过程中，经常出现由于接线操作不当或减少一些中间隔离设备，从而造成DCS 和ESD 等系统设备卡件损坏的问题，给炼油化工生产造成损失或引发安全事故，因此要避免或减少此类问题发生的概率，共同提高炼油化装置控制系统的平稳运行率，减少安全事故的发生。

1 问题的提出

1.1 炼油化工装置控制系统简介及信号种类

在炼油化工装置中，控制系统I/O 接线主要是指必要时连接DCS 与执行机构、DCS 与检测单元的中间设备。I/O 接线示意图如图1。

图1 I/O 接线示意图

在炼油化工装置实际应用中，DCS 控制系统常用的输入信号有：开关量信号(DI)、热电偶mv 信号(AI)、Pt100 热电阻信号(AI)、4 ～20mA 直流信号(AI)等。DCS 控制系统常用的输出信号有：开关量信号(DO）、4-20mA 直流信号(AO)。

1.2 控制系统中关于AO、AI 信号的外配设备接线的具体要求

在自动控制系统中，关于AO、AI 信号，它们的外配设备主要包括频率变送器、电量变送器、安全栅，以及在控制系统仪表设备中配置的直流电源和空气断路器等设备。在炼油化工生产装置中，在没有防爆要求的场所和有防爆要求的场所之间存在模拟量AO、AI 信号关系时，为了保证控制系统的安全性，要使用安全栅进行隔离，安全栅要根据模拟量信号的类型进行选择。安全栅又称安全保持器，炼油化工生产装置中配用的安全栅主要有隔离式安全栅和齐纳式安全栅两种类型，是本安回路的安全接口。隔离式安全栅在使用过程中需要采用外部24VDC 供电；而齐纳安全栅在使用中不需要额外地进行外部供电，安全栅起到了限制能量串入、避免产生火花的作用，以达到现场危险场所防爆的效果。

（1）现场需要配电设备齐纳式安全栅配线如2 图所示。

图2 配电设备齐纳式安全栅配线图

（2）现场设备为热电阻式齐纳安全栅配线图如图3 所示。

图3 热电阻式齐纳安全栅配线图

（3）隔离式安全栅则需要外部24VDC 供电，其配线图如图4。

图4 隔离式安全栅配线图

1.3 控制系统中DO 信号外配设备接线的具体要求

关于DO 开关量输出信号，它的外配设备主要指起隔离作用和放大作用的接触器和继电器，以及配套设置的直流电源、空气断路器等设备。由于DCS 控制系统中工艺设计上的局限性，其中的DO 开关量输出信号仅能用于输出无源信号或者驱动小电流和低电压的负载设备。所以，DO 开关量输出信号要通过使用继电器放大后才能拖动负载设备，继电器起到了的扩展和放大作用,继电器的扩大作用还指继电器输出有多个触点，可以按触点组的不同形式实现不同的组合，达

到多点控制的目的。DO 继电器的扩大作用原理图如图5。

图5 DO 继电器的扩大作用原理图

1.4 控制系统中DI 数字输入信号外配设备接线的具体要求

关于DI 数字输入信号，它的外配设备主要指隔离用的继电器和必要时配置的空开、直流电源等，主要用于反应开关量的具体状态是合还是分。在炼油化工生产装置自动控制系统中，如果需要把有源的开关量DI 数字输入信号传入DCS 控制系统，或者是为了提高DI 数字输入信号采样的可靠性和安全性时，就必须要采用电子控制器件继电器进行隔离，继电器可以起到转换电路、自动调节和安全保护的作用。继电器型号的选择要根据具体输入信号的类型、电压的大小进行选用。无源的开关量DI 数字输入信号在输入时采用接线端子或SP590 端子板。有源开关量DI 数字输入信号控制继电器的线包供电，而把继电器的输出端触点作为DCS 控制系统中卡件的输入信号。DI 继电器的隔离作用原理图如图6。

图6 DI 继电器的隔离作用原理图

2 对继电器进行合理的选配

继电器的种类非常多，应用非常广泛。继电器按照使用功能分：适合于频繁动作的固态继电器、起延时动作的时间继电器、瞬时动作的普通继电器、当外界温度达到给定值时而动作的温度继电器、用于切换高频和射频线路的高频继电器等。继电器按照线包特性和反应的物理量可以分有电流型继电器、电压型继电器等。

在选择继电器时，要先了解一些必要的条件，以合理地选配继电器。主要表现在：（1）要先了解控制电路的电源电压大小情况，以及能提供的最大电流能有多少。（2）要了解被控制电路中负载设备所需要的电压和电流。（3）要明确被控电路需要什么形式的触点，一共有几组。在选用继电器时，可以根据一般控制电路的电源电压选配合适的继电器。控制电路要能给所连接的继电器提供额定的工作电流，满足继电器的动作要求，否则，继电器的吸合动作不稳定。（4）在确定对继电器的使用条件后，要查找相关继电器的使用说明资料，选择合适的继电器的规格和型号。在选择继电器时，要注意器具的容积大小和电路板的安装布局。

3 空气断路器的正确应用原则

只要电路中电流超过额定电流，空气断路器就会自动断开，空气断路器主要起到过电流保护和防止短路的保护作用。空气断路器主要是用于电源的分电，以及用电设备设施的保护和满足炼油化工生产装置维修维护、检修的需要。炼油化工生产装置中应用的空气断路器主要分为动力和照明两种。当控制系统中的机柜内有开关电源、有源输出和电量变送器时，有给系统的其他机柜、操作员站、打印机、工程师站和其他仪表的供电要求时，为了保护控制系统的安全性，防止破坏性电流的侵入，就必须配备相应的空气断路器，实现控制和多重保护功能，以满足炼油化工生产装置的安全需要和检修要求。自动控制系统中应用的直流开关电源主要为安全栅、电磁阀、继电器等用电设备提供电源,在常规情况下采用冗余配置方式，通过冗余隔离模块进行连接。

4 DCS 标准机柜内设备的安装容量

当标准机柜作为安全栅柜使用时，可以合理地安装齐纳式安全栅的数量达到320 个，并包括本安侧端子和汇线槽。当标准机柜作为继电器柜使用时，可以合理地安装继电器及其端子的数量达到260 个，并包括两只空气断路器和两只开关电源。当标准机柜作为端子柜使用时，可以合理安装开关端子、普通端子和熔断器端子的数量达到1200 个。

5 结语

结合规范的自动控制系统I/O 接线实际应用，在炼化装置中收到了很好的效果，保证了仪表运行的稳定性和装置的平稳安全生产，为炼油化工企业创造了安全和生产效益。