仪表信号电缆最大敷设长度计算与截面选择

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1、仪表信号电缆最大敷设长度计算与截面选择范文进（江苏省南京扬子石化设计公司，南京，210048）摘要：本文在介绍自控仪表信号电路的基础上，分析了电路的负载能力，并根据几个典型二线制仪表的负载局限，计算了仪表信号电缆的最大理论敷设长度。同时依据设计规范的要求计算了电缆最大敷设长度，并绘制了不同截面电缆的最大敷设长度随仪表功耗变化的函数图。对于本安电缆，还根据本安系统回路能量限制条件得到的两个公式，计算了本安电缆最大敷设长度，最后通过实例，总结了仪表信号电缆截面的选择步骤。关键词：最大敷设长度截面本安电缆线阻1概述在石化工程设计中，仪表信号电缆截面选择过大，造成极大浪费；较小则线阻大，致使

2、信号不稳定或现场仪表故障。因此，笔者从理论和设计规范的要求上对仪表信号电缆的最大敷设长度进行计算，并总结电缆截面选择的步骤。2仪表信号电路仪表信号按常规可分为两类五种，即模拟和数字两类或AI、AO、DI、DO、PI五种（A表示模拟量，D表示数字量，P表示脉冲量，I表示输入，O表示输出），其中，脉冲量是一种变化频率较高的特殊数字量，所以信号看似三类，但实际上可简化为模拟和数字两类，并且DO的输出频率基本能达到实际应用的要求，因此，控制系统也很少有专门的PO卡件，所以信号可分为上述五种，这五种信号的简略电路图可如下图2.1所示。rr-r-r--UsUsUsUs+++++负TTPS载-Rs

3、A/DRsA/DD/A现场侧电缆系统侧现场侧电缆系统侧现场侧电缆系统侧现场侧电缆系统侧DO输出侧系统侧（a）AI(有源)（b）AI(无源)（c）AO（d）DI/PI（e）DO图2.1五种信号的简略电路图图中T为变送器，P为执行器(如阀门定位器)，S为开关器件(干触点或晶体管等)，Rs为A/D模数转换电路中的采样电阻，D/A为数模转换电路，Us为24VDC电源，r表示信号电缆线阻。AI信号是现场仪表变送器输出的4～20mA检测电流，若现场仪表为三线制或1四线制接法时，变送器输出的信号一般是有源的(被动式外供电型仪表除外)，检测电路如上图2.1-(a)所示，若现场仪表为二线制接法时，变送

4、器输出的信号是无源的，必须在系统侧将电源串入回路，检测电路如上图2.1-(b)所示。AO信号是由系统向阀门定位器等执行机构输出的4～20mA控制电流，如图2.1-(c)，除与图2.1-(b)中组成的部件不一样外，两种电路的特点是信号和电源共用一个回路，常称为回路供电。对于回路供电的模拟信号电路(图2.1-(b)(c))，由于回路电流最大为20mA(故障电流可超过20mA)，当回路阻值太大，将导致电源没有足够的功率来维持20mA的电流，信号便会失真，因此回路负载必须被限制在一定范围内，其负载能力一般可通过实验测得：先设置仪表(现场变送器或AO卡件)，使仪表处在最大20mA的回路电流设定

5、值上，然后将输出接入可调电阻器，并串联电流表，不断增加电阻值，当电流开始随电阻的增大逐渐小于20mA时，该负载电阻即为带载能力，在24VDC电源下，现场变送器负载能力一般在500～600Ω之间，AO卡件的负载能力大部分在750Ω左右(如浙大中控ECS-700系统的AO711-H卡件)，所以同样截面的信号电缆，AO信号传输距离一般较AI远(系统采样电阻为250Ω，阀门定位器输入阻抗在250～300Ω)。DI/PI信号是指接入控制系统的数字量(开关量)，如图2.1-(d)，电路的实质是将现场开关串入回路，而控制系统的DI/PI卡件中每个通道负载能力决定了回路的最大电流，一般DI卡件每个通

6、道最大电流在5mA，PI卡件每个通道最大电流在40mA(浙大中控ECS-700系统PI711-S卡件每个通道最大功率为0.96W)。DO信号相当于控制系统给负载供电，只是控制系统卡件的DO通道负载能力一般都很小，在1W左右，因此图中负载常为继电器，通过继电器，再将其触点串入电气二次回路来控制电机，或通过继电器触点将电源串入，输出给现场电磁阀等执行器件，所以，DO信号的传输电缆实际上是供电电缆，供电回路的电流由电磁阀的功耗决定，一般自控用低功耗电磁阀，功耗在2W(24VDC)左右。3电缆最大敷设长度计算电缆的最大敷设长度与上述提及的负载能力有直接关系(负载能力越强电缆敷设长度越长)，所

7、谓负载能力是指电路能够稳定工作的最大回路电阻，而在各个电路中，每个器件在出厂时其阻抗是一定的，因此实际的回路电阻主要由电缆线阻r决定，从而也决定了信号电缆的截面选择和最大敷设长度。23.1理论计算以下将以典型的二线制AI信号为例，计算电缆的最大理论敷设长度，一般现场二线制仪表的负载局限图可如下图3.1所示：负载R/OlRlmaxRlw工作区0UsminUswUsmax电压Us/V图3.1负载局限图图中横坐标表示仪表工作的电源电压，纵坐标表示仪表的负载能力，