DCS的工程设计方案(-81张)课件.ppt

1、第第一一节节图图形形符符 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。图形符号 功 能 说 明圆形框表示测量和信号读出功能矩形框表示自动信号处理功能正菱形表示手动信号处理功能等腰梯形表示最终控制装置，如执行机构等表7-1 基本功能图的框图符号二、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

2、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。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。类 别表7-3 图形符号 仪 表分散控制共用显示共用控制计算机可编程序逻辑控制器安装在主操作台正常情况下操作员可以监控现场就地安装正常情况下操作员不能监控安装在辅助设

3、备正常情况下操作员可以监控 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。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。四四现现场场总总线线 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

4、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。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）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。(

5、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。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行的设计工作。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)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.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.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

6、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.除了一般的施工图设计文件外,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。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。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

7、图;11)DCS操作组分配表等.用于DCS的组态和生成图形文件。12)DCS趋势组分配表等.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。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。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

8、安装尺寸，对工艺的要求。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.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

9、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.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.(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.公用工程的有关过程流程图可根据流体或能源的类型分类,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

10、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.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.(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.2、过程流程图中数据的显示 1)数据

11、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.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.信信号号报报警警l 发生事故前及时提供信号报警信息，避免事故的发生。l 发生事故时应能从安全生产的要求出发，切除与事故有关设备的运行，尽量减少事故的影响。l 事故发生时应能提供第一事故原因的信息。l 事故发生后提供事故的记录信息。l 联锁控制系统的设计 紧急停车系统。识别

12、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。l 独立设置原则l 结构冗余原则l 故障安全原则l 最少环节原则l 输入检出元件选用遵循独立设置原则。l 执行机构根据独立设置原则选用。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道旁；考虑控制室和计算机的朝向。(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

13、维护通道。设备安装宜采用活动方式。(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 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.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.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、

14、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、安全措施第第三三节节招招标标文文1 1、招标文件编制招标文件编制l重要性：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。、选型，直至今后的使用。l原则：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。理应中标。l参与人员：参与人员：自控专业设计人员、工艺专业设计人员、用户单位技术自控专业设计人员、工艺专业设计人员、用户单位技术人员

15、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（一）编制招标文件应遵循的原则 1 1、技术的先进性、技术的先进性 （1 1）在招标文件中所列出的技术性能应具有一）在招标文件中所列出的技术性能应具有一定的先进性。定的先进性。至少应是次优的至少应是次优的 （2）技术的先进性是指允许投标商提出技术性）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。能更先进的产品。2、性能 根据制造商、供应商提供的技术数据和性能指根据制造商、供应商提供的技术数据和性能指标：标：l 详细的定量的技术指标；详细的定

16、量的技术指标；l 确定是否需要；确定是否需要；l 不能定量衡量的技术性能也应明确要求。不能定量衡量的技术性能也应明确要求。3、竞争的公正性 招标文件不应具有倾向性。招标文件不应具有倾向性。4、语言的简练和确定性 不应在招标文件中存在模棱两可、容易误解的不应在招标文件中存在模棱两可、容易误解的词句。词句。1 1、总则、总则;2 2、工作条件、工作条件 (包括环境条件包括环境条件););3 3、技术指标或规格、技术指标或规格 (包括培训包括培训););4 4、附件和备件、附件和备件;5 5、文件、文件 (包括技术、培训、维修、操作手册包括技术、培训、维修、操作手册及验收议定书及验收议定书););6

17、 6、技术服务、技术服务 (包括安装、维修及售后服务包括安装、维修及售后服务););7 7、订购数量、订购数量;8 8、交货地点及交货时间。、交货地点及交货时间。2、DCS的评估方法的评估方法 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。表：评价技术指标偏离表表：评价技术指标偏离表厂商号及厂商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

18、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：矩矩阵阵l使用单位制定出所需评估的项目，每个项目的权数；l 组织有经验的专家进行评估，打分；l 计算总分，打其平均分；l 选最高者上报审批。l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。集散控制系统应用实例集散控制系统应用实例TPS系系统统在在 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.本系统采用LCN、UCN和PIN三层网络结构.LCN与UCN通过NIM

19、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.配 置工艺装置检测点控制回路冗余FSC操作站及键盘工程师键盘报告打印机报警打印机4套5套4套4套1套1套1个1个1个1个400个120个550个130个300个90个120个450个1台1台1台1台1台1台1台1台冗余HPM1套1套1套1套常减压气体脱硫催化氧化脱硫醇催化裂化含硫污水气提气体分馏甲基叔丁基醚催化重整柴油加氢操 作 控 制 台 号1234操作控制台配置图操作控制台配置图GUSGUSGUSGUSGUSGU

20、SAMHMCMNIMNIM上位机VAX-300HPM12HPM11FSCHPM22HPM21HPM41HPM42FSC同轴电缆同轴电缆光缆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LCNUCNUCN炼油装置TPS系统硬件配置图 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。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.2)优化应

21、用软件 (1)、回路自整定软件包(LOOP TUNT-II):用于控制回路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.搜寻法搜寻法: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(1)/nJW TE R VW TO P Vn2iii=1N2iI=1nii=1式 中 E R V=（S P-P V）n；O P V=（O P-A V O P）n；A V O P=O P；程序自动地对相邻两次的目标值进行比较,若本次的目

22、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.(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.(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

23、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.(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.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。主要控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.2、第一再生器和第二再生器差压控制 反应再

24、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.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.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

25、开大;正常生产时,一、二段混氢量基本相等.注注:两调节阀任何时候均不得全关两调节阀任何时候均不得全关,否否则使反应器结焦则使反应器结焦.阀位（%）20%60%100%一段混氢二段混氢下限上限正常工作点调节器输出0分程控制系统混氢调节阀特性 系统组态 该炼油装置的TPS系统组态主要包括系统设备组态、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.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

26、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.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.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.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

27、画面和CL程序组画面.控控制制 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.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模块.TT28AITC28PID420mAPVPVSVOVX1X2MINYTY28AOOVBOVOVPIDPT28PVSVBINPT28AIPV420mATTPT温度与压差超弛控制系统模块组态图BIN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.AOPVAOM32AOOVPT31AIPVPT32AIPVPC31 PIDOVPVOVAOM31PVSVBIN反作用正作用分程控制系统模块组态图分程控制系统模块组态图 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.