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1、1,DCS的工程设计,2,第一节 图形符号和文字符号,用于信息处理的功能块描述符号；用于分散控制、共用显示仪表、逻辑和计算机系统的设计符号；用于过程显示的图形符号和文字符号,3,一、功能块描述符号 描述系统功能图的形式有垂直图和水平图两种。水平图：被测量的量画在左边，流程从左到右。垂直图：被测量的量画在上面，流程从上而下。凡是辅助功能，如手动操作、设定值等都要和主信号垂直，画图时可不考虑。,4,5,二、用于分散控制、共用显示仪表、逻辑和计算机系统的设计符号 用于分散控制、共用显示仪表、逻辑和计算机系统，通常由现场硬件通信网络和控制室操作设备所组成。在工程设计中，仪表的图形符号是一个圆圈。在同一
2、套带控制点工艺流程图上，应采用同一尺寸的仪表图形符号。,6,以共用功能为特点的分散控制/共用显示类型的仪表用方框符号表示。计算机图形符号是一个正六边形。适用于含有确认为“计算机”部件的系统。能激励分散控制系统的各种功能。逻辑和顺序控制的通用图形符号是一个正菱形。用于没有明确规定的、复杂的、互连的逻辑和控制系统。,7,8,系统链既用于表示软件或数据链，也用于表示制造厂所提供的各功能模块之间连接的系统。共用信号线也可用系统链的图形符号表示。两个或多个图形符号相切连接表示相连接仪表之间的通信，也可表示多功能仪表。,9,三、过程显示的图形符号和文字符号 过程显示图形符号用于在显示屏上的过程显示，也用于
3、其他可视媒体。优点：减少操作人员的误操作；缩短操作人员的培训时间；控制系统设计人员的设计意图能较好地被系统用户所接受。,10,四 现场总线设备连接图,现场总线控制系统中，现场总线设备的接线与一般电动仪表的接线类似，但现场总线设备具有通信功能，因此对接地和屏蔽接线等有强制性规定。应根据现场总线的安装和接线规定绘制有关接线图。（1）与一般模拟仪表接线的区别 通信系统的接线需要设置终端器。防止通信信号在端点处反射造成信号失真，并实现线路阻抗匹配。现场总线的电缆有一定的类型规定，对导线线径、特征阻抗等都有严格要求。,11,现场总线控制系统中的仪表室并联连接到现场总线的。一般模拟仪表采用标准电流（或电压
4、）信号，常采用串联连接。一条现场总线上最多可挂接的现场总线设备数量受连接方式、通信量、通信电缆类型等限制。一般模拟仪表受输入输出阻抗的限制，可允许连接2台模拟输入仪表。现场总线设备有极性连接和无极性连接两种，对无极性设备的接线可直接接线，不必考虑信号线极性。一般模拟仪表的输入和输出是电压或电流信号，连接是有极性的。,12,(2)功能块连接 现场总线控制系统中，由于现场总线设备所含的功能模块不同，功能块的连接也不同，因此除了需要外部的接线图外，还需要绘制功能模块的连接图。,13,第二节 集散控制系统的工程设计,集散控制系统的工程设计是指施工图设计。在集散控制系统选型已经完成初步设计已通过审批后进
5、行的设计工作。,14,一、施工图设计的基本程序 施工图是进行施工用的技术文件.施工图设计的基本程序如下:1、施工图设计前的调研 1)初步设计阶段发现的技术问题;2)DCS系统定型后发现的技术问题;3)经试验后尚未解决的技术问题.,15,2、施工图开工报告 主要包括设计依据、自动化水平确定、控制方案确定、仪表选型、控制室要求、动力供应、带控制点工艺流程图及有关材料选型等.,16,3、设计联络 与DCS厂商联系,解决下列问题:1)确定设计的界面.2)熟悉DCS硬、软件环境对设计的要求.3)DCS定型后遗留的技术问题.4)对DCS系统外部设备的要求.,17,4、施工图设计 除了一般的施工图设计文件外
6、,根据DCS系统的特点,还需对计算机的有关内容进行补充.1)DCS设计文件目录;2)DCS技术规格书;DCS的询价的基础文件，并作为合同的技术附件。3)DCS-I/O表;DCS询价和采购的依据。,18,4)联锁系统逻辑图;常用于完成联锁控制系统的组态。5)仪表回路图;用于控制系统的组态。6)DCS监控数据表;用于编制DCS组态工作单。7)DCS系统配置图;可了解DCS的基本硬件组成。,19,8)控制室布置图;作为土建专业的设计条件和确定设备的位置等。9)端子柜布置图;用于DCS的询价和采购。10)工艺流程显示图;11)DCS操作组分配表等.用于DCS的组态和生成图形文件。,20,12)DCS趋
7、势组分配表等.用于DCS的趋势组态和生成图形文件。13)DCS生产报表。用于编制DCS组态工作单，以便为用户提供生产报表。14)控制室电缆布置图，用于DCS的安装。15)仪表接地系统图，用于安装连接。,21,16)操作说明书；17)控制功能图，用于DCS的控制组态；18)通信网络设备规格表。,22,5、设计文件的校审和会签;6、设计交底;7、施工、试车、验收和交工;8、技术总结和设计回访.,23,二、工程设计中的相互关系 1、自控专业与工艺专业的关系 确定工艺控制流程图，工程的自动化水平和自控设计的总投资。了解工艺流程、车间布置和环境特征，熟悉工艺过程对控制的要求和操作规程。提供工艺流程图、工
8、艺说明书和物性参数表；物料平衡表；工艺数据表等。应了解集散系统的安装尺寸，对工艺的要求。,24,2、自控专业与电气专业的关系 仪表电源、联锁系统、仪表接地系统、共用操作盘和信号转换与照明等协调和分工。3、自控专业与设备专业的关系 了解设备的结构特点和性能；确定仪表的安装方位和大小 4、自控专业与建筑结构专业的关系 对控制室、计算机房和车间等建筑的结构和建筑要求；5、自控专业与采暖通风专业的关系 对控制室等的采暖通风提出温度、相对湿度和送风量的要求,25,三、DCS工程设计中的若干问题 1、过程画面的设计 对工艺流程图进行合理分页、对报警点进行合理选择、对仪表面板进行合理配置等 设计的原则:适应
9、分散控制系统的特点,采用分层次、分等级的方法设计过程画面.,26,过程流程图的功能主要有：过程流程的图形显示;过程数据的各种显示、包括数据的数值、棒图、趋势和颜色变化等显示方式;动态键的功能,即采用画面中的软键实现操作命令的执行等.,27,过程流程的图形设计内容包括过程流程图的分割、过程流程图的图形符号及颜色的配置等.,28,(1)过程流程图的分割 分页设计的基本原则:相互有关联的设备宜分在同一分页,有利于操作人员了解它们的相互影响;相同的多台设备分在同一分页,相应的过程参数可采用列表的方式显示,它们的开停信号也可采用填充颜色的方法显示.,29,公用工程的有关过程流程图可根据流体或能源的类型分
10、类,集中在一个分页或几个分页显示,它们的参数对一些设备的操作有参考价值时,可在这些设备的流程图分页中显示.根据分散控制系统提供的显示画面数量,留出一个或几个分页作为非操作用显示画面,用于总流程框图显示,欢迎指导画面及保密用的假画面.,30,分页不宜过多.画面的分页应考虑操作人员的操作分工,避免同一分页上绘制不同操作人员操作的有关设备和显示参数.采用标准的过程流程图图形符号有利于减少操作错误,有利于减少操作培训时间,有利于系统设计人员和操作人员之间设计意图的相互沟通.,31,(2)流程图颜色的设置 过程流程图的背景颜色宜采用灰色、黑色或其他较暗的颜色.流程画面的颜色宜采用冷色调,而非操作画面的颜
11、色可采用暖色调.对流程画面的配色应使流程图画面简单明确,色彩协调,前后一致,颜色数量不宜过多,应避免引起操作人员的视觉疲劳.,32,2、过程流程图中数据的显示 1)数据显示的位置;尽可能靠近被检测的部位.2)数据显示的方式;有数据显示、文字显示和图形显示三种.3)显示数据的大小;显示的位置和大小合理分配。4)数据的更新速度和显示精度;5)其他画面上数据显示的设计.,33,3、信号报警和联锁控制系统的确定 警告、报警事件的产生:1)工艺过程变量在限值处会造成警告和报警.2)自诊断功能也引入了报警信号.,34,信号报警系统设计原则,发生事故前及时提供信号报警信息，避免事故的发生。发生事故时应能从安
12、全生产的要求出发，切除与事故有关设备的运行，尽量减少事故的影响。事故发生时应能提供第一事故原因的信息。事故发生后提供事故的记录信息。,35,联锁控制系统的设计 紧急停车系统。识别事故、危险情况，及时在危及人身安全或危害设备前能够消除或阻止危险的产生，或采取措施以防事故进一步扩张。1）联锁点设置（工艺合理性、设置联锁点数量）。2）紧急停车系统的设计原则。,36,独立设置原则 结构冗余原则 故障安全原则 最少环节原则 输入检出元件选用遵循独立设置原则。执行机构根据独立设置原则选用。,37,4、控制室和计算机房的设计(1)位置选择.控制室和计算机房的位置应接近现场、便于操作；不宜设置在工厂主要交通干
13、道旁；考虑控制室和计算机的朝向。,38,(2)机房布置 应有利于达到最大工作效率和系统利用率.对经常接触的操作设备应靠近DCS操作站；对其他操作设备应在操作员所能视及的地方；设计合适的维护通道。设备安装宜采用活动方式。,39,(3)、建筑要求 控制室和计算机房的建筑应造型美观大方,经济实用.(4)、采光和照明 宜采用人工照明(5)、控制室和计算机房的空调,40,5、DCS系统的供电设计 对DCS系统的供电宜采用三相不间断电源供电.在DCS的供电设计应注意:1)、在总电源和各组合分电源供电点之间宜采用16或25平方毫米的软电焊机用粗电缆.2)、应注意用电设备和系统的最小允许瞬时扰动供电时间的影响
14、.,41,3)、各机柜的直流电源容量应按满载时考核.4)、要考虑设置有灵敏过流、过压的保护装置.,42,6、抗干扰设计 干扰信号的来源：传导、静电、电磁、信号线耦合、接地不妥和连接电势等；抗干扰的措施,常用屏蔽、滤波、接地、合理布线及选择电缆等.DCS的接地要求：直流电阻1欧，安全保护地电阻和交流工作电阻4欧；防雷保护地电阻10欧。7、安全措施,43,第三节 招标文件编制和选型,1、招标文件编制重要性：招标文件的编制好坏直接影响到集散控制系统的评估、选型，直至今后的使用。原则：符合招标文件的性能要求，价格又较低的集散控制系统理应中标。,44,（1）编制前的准备工作,参与人员：自控专业设计人员、
15、工艺专业设计人员、用户单位技术人员 1、确定自动化水平及控制策略，参数汇总；2、对检测元件、变送器、执行器等仪器仪表进行选型；3、调研、收集资料：制造商、供应商、使用部门、维修部门,45,（2）招标文件的编制,（一）编制招标文件应遵循的原则 1、技术的先进性（1）在招标文件中所列出的技术性能应具有一定的先进性。至少应是次优的（2）技术的先进性是指允许投标商提出技术性能更先进的产品。,46,2、性能指标定量性,根据制造商、供应商提供的技术数据和性能指标：详细的定量的技术指标；确定是否需要；不能定量衡量的技术性能也应明确要求。,47,3、竞争的公正性 招标文件不应具有倾向性。4、语言的简练和确定性
16、 不应在招标文件中存在模棱两可、容易误解的词句。,48,招标文件的主要内容,1、总则;2、工作条件(包括环境条件);3、技术指标或规格(包括培训);4、附件和备件;5、文件(包括技术、培训、维修、操作手册及验收议定书);6、技术服务(包括安装、维修及售后服务);7、订购数量;8、交货地点及交货时间。,49,2、DCS的评估方法 1）偏离表法；1、价格高低排序，列出技术指标的偏离情况；2、筛除价格高、偏离技术要求大的；3、加入权函数，计算总分，以最高者中标。2）矩阵表法；中小规模生产过程控制或招标时多家厂商无偏离表的情况。适合用于符合要求的产品中拔长。,50,表：评价技术指标偏离表,厂商号及厂商
17、名称,投标货品品名,型号及制造厂家,标书技术规范,内容摘要,标书条目号,偏 离,偏 离,厂商未说明加*号,厂商未说明加*号,工作条件,主机配置,附件配置,技术文件,技术服务,交货情况,厂商说明,备注,制表：,复核：,审核：,51,矩阵表法,使用单位制定出所需评估的项目，每个项目的权数；组织有经验的专家进行评估，打分；计算总分，打其平均分；选最高者上报审批。,52,矩阵表法需注意的几个问题 1、需评估项目的确定；2、项目评估的权值；3、专家评估。,53,集散控制系统应用实例,54,TPS系统在炼油厂中的应用,工艺介绍:采用TPS系统的炼油厂包括下面8个装置:常减压蒸馏装置、重油催化裂化装置、催化
18、重整装置、催化柴油,焦化柴油加氢装置、气体脱硫装置、催化氧化脱硫醇、气体分馏装置和甲基叔丁基醚装置.,55,硬件配置 本系统采用LCN、UCN和PIN三层网络结构.LCN与UCN通过NIM互连,LCN与PIN之间通过GUS进行互连.分散过程控制装置采用的是HPM,另外系统还配置了安全管理器FSC.按工艺装置划分,共设4个操作站,另设一个工程师站、一个管理站和上位机.,56,操作控制台配置图,57,GUS,GUS,GUS,GUS,GUS,GUS,AM,HM,CM,NIM,NIM,上位机VAX-300,HPM12,HPM11,FSC,HPM22,HPM21,HPM41,HPM42,FSC,同轴电缆
19、,同轴电缆,光缆,LCNE,管理站,工程师站,第一操作站,第二操作站,第三操作站,第四操作站,LCN,UCN,UCN,炼油装置TPS系统硬件配置图,58,系统设置AM和HM各一套。AM用于高级控制和优化；HM作为全系统的数据库，用以存储系统软件、应用软件、操作数据、历史数据库等。,59,系统软件配置 1)系统软件,采用了R610,另外还采用了PHD软件、OPC和DDE软件.优点表现在:画面编辑，操作效率提高。AM增强 AM/CL程序增强 在线LCN电缆错误分析 GUS操作站具有Windows NT的所有优点.,60,2)优化应用软件(1)、回路自整定软件包(LOOP TUNT-II):用于控制
20、回路PID参数的自整定,它的程序和数据点建立在AM中,各种调整曲线和画面在GUS上显示.它的调整方式有三种:搜寻法、快速整定法和调用法.,61,搜寻法:先人工设置一组PID参数,然后每隔1s对控制回路的状况进行采样.将采集的测量值PV、设定值SP和输出值OP代入目标函数式内,并计算目标函数J的值,62,程序自动地对相邻两次的目标值进行比较,若本次的目标值大于上次,则继续按原方向增加或减少PID参数;否则按相反方向修正参数.直至目标函数值为最小.,63,(2)前景预测控制软件包(HPC)包含多种算法的控制模块,它通过建立被控对象的数学模型,对被控变量和操纵变量进行预估,并不断地对模型进行修正,从
21、而实现滚动优化.对大时滞、多变量和非线性系统的控制具有较好的控制效果.HPC的程序和控制点建立在AM中,显示在GUS上,I/O点均在HPM中.,64,(3)实时质量控制软件包(SPQC-II)用于控制产品质量的软件包,它采用统计的方法对目标产品的质量参数作高、低限的限制，察看过程中的随机、非随机的相关误差，通过图表计算、统计报表等功能的使用，将过程参数调整在极限范围内，以实现较低的费用得到最高质量和产量的目的。SPQC-II的程序和点建立在AM中,在HM中有专用的容量,显示在GUS上.,65,(4)过程模型和优化软件包(PMO)驻留在计算机模件内的高级优化软件包,由Honeywell专门开发的
22、.它不是指令，而是用方程式来表达程序内容并送入系统，使一些动态或静态模型较方便地得到建立。,66,主要控制回路,1、反应温度与再生滑阀压降超弛控制系统 反应器温度变化时,将改变滑阀的开度，以调节催化剂的循环,使反应器温度回到给定值.但滑阀开度受到滑阀压降的制约.设置超弛低选的控制系统,在滑阀降到低限时,自动选择压差控制,这样压降不会小到危险的程度.,67,2、第一再生器和第二再生器差压控制 反应再生系统中压力平衡是十分重要的,通过建立一个正确的压力平衡系统,才能保证催化剂的正常循环.第一再生器压力和 一再与二再之间的差压,是依靠调节第一再生器出口双动滑阀来控制.而反应器压力靠后续分馏塔及气压机
23、等环节来稳定的.第二再生器压力是通过第二再生器出口的双动滑阀的开度来控制.,68,3、两段混氢的流量平衡 采用两段混氢流量分程调节的方案.当循环氢压缩机一段和二段出口氢气压差大于一、二段氢气系统实际压降时,二段混氢气量偏低,分程调节器一方面令二段混氢调节阀开大,另一方面,又使一段混氢调节阀关小,直至两者流量平衡.,69,当压机一、二段出口压差小于系统压降时,二段混氢量偏大,分程调节器使二段混氢阀关小，而一段混氢阀开大;正常生产时,一、二段混氢量基本相等.注:两调节阀任何时候均不得全关,否则使反应器结焦.,70,分程控制系统混氢调节阀特性,71,系统组态 该炼油装置的TPS系统组态主要包括系统设
24、备组态、区域数据库组态、控制组态、操作画面组态和功能键组态.1、系统设备组态 包括LCN节点和UCN节点组态.LCN节点组态包括确定单元名、区域名、控制台名;LCN节点组态;系统通用信息组态和HM卷组态.,72,本系统共设6个控制台,1-4号为操作控制台,5号为工程师控制台.管理站为6号控制台.各操作控制台所带操作站台共19台GUS.1号操作控制台所属的设备为AREA#1,其余依次类推.区域内按不同的设备划分为若干单元,总数不超过36个.LCN节点共27个,除GUS外,还有NIM 4台,HM 2台和AM、CM各一台.,73,系统通用信息的组态就是确定系统总标识符、时钟源、轮班计时数据、操作台操
25、作权限、打印机设定等公用信息.HM卷组态就是划分HM硬盘空间.,74,UCN节点组态包括节点位置组态和节点特性组态.本系统UCN共2条,每条上的UCN节点有12个:HPM 8个,NIM、FSC各2个,按组态要求确定网络号、节点号、确定冗余关系和节点描述符.,75,区域数据库组态 定义单元、组、区域总貌、区域趋势画面和单元趋势画面、报警发布器画面和CL程序组画面.,76,控制组态,先进行输入/输出模块、运算模块的组态,即先建立起各种类型的数据点,然后进行连续控制、逻辑控制、顺序控制和CL程序模块的组态.,77,温度与压差超弛控制系统 要用到模拟量输入模块、模拟量输出模块、PID控制模块和信号选择
26、模块.,78,TT28,AI,TC28,PID,420mA,PV,PV,SV,OV,X1,X2,MIN,Y,TY28,AO,OV,BOV,OV,PID,PT28,PV,SV,BIN,PT28,AI,PV,420mA,TT,PT,温度与压差超弛控制系统模块组态图,BIN,79,两段混氢流量平衡分程控制系统 可用PID控制模块和输出模块来构成.,80,AO,PV,AOM32,AO,OV,PT31,AI,PV,PT32,AI,PV,PC31,PID,OV,PV,OV,AOM31,PV,SV,BIN,反作用,正作用,分程控制系统模块组态图,81,4、操作画面组态 根据操作、监视、控制和管理的需要,绘制工艺流程图、操作指导、操作面板和控制回路组态等专用操作画面.5、功能键组态 在功能键组态中定义每个功能键所调用的画面.,
