第七章仪表供电、供气系统设计

过程控制工程设计§8系统连接§8－1系统的整体连接§8－2电缆的连接§8－3控制室内电缆连接的表达过程控制工程设计自控工程设计中，除了确定恰当的控制方案、选择合适的控制工具（测量仪表、常规二次仪表、DCS系统、FCS系统、PLC系统与各种执行机构）、正确安装仪表之外，还要正确连接各个控制单元来构成控制系统。控制系统各个单元之间的信号是通过相互连接的通信电缆、信号电缆进行传递的，连接正确则可正确的传递信号，各个单元可按部就班的协调工作，完成预想的设计目的。如果连接错误，则信号传输错误，相应的接收单元不能接收到相应的信号，此时各单元不能协调工作，也就不能完成预想的设计目的。因此，仪表的正确连接是自动控制系统对生产过程实行控制的前提。过程控制工程设计仪表连接的内容：1.仪表连接的内容除了各个单元之间信号的连接之外，还包括仪表工作时所需能量的连接。即还需要进行仪表电源的连接。2.要保证控制系统和仪表的正常工作，仪表连接过程中还需要考虑抗干扰和使用安全问题，因此仪表连接还包括信号电缆屏蔽层接地、仪表接地端子接地等内容。过程控制工程设计§8-1系统的整体连接1.定义：控制系统的整体连接，即组成控制系统的各个单元的连接。2.根据各个单元的安装位置的不同大致可分为两部分：即控制室内的相互连接，现场仪表与控制室仪表的相互连接。一.采用DCS系统的整体连接采用DCS系统的自控工程，控制室内各个单元之间通常是通过总线（通信电缆）相互传递信息的，控制器等二次仪表是DCS内的虚拟仪表（功能块），这些单元之间是通过组态实现连接的，例如串级控制系统中，主控制器的输出需要连接到副控制器的给定输入，这个信号是在DCS控制系统组态时实现的，是DCS内部数据的传递，不需要电缆或电线来连接这个信号。图8－1是采用DCS/FCS/PLC/PCS系统整体连接示意图。过程控制工程设计操作员站就是给操作者使用的，工程师站就是负责DCS的组态和数据维护。过程控制工程设计所谓工程师站（即ES站）是指既安装了STEP7编程组态软件，又安装了WinCC监控操作组态软件的PC电脑，以及相对应的必需的授权许可证（LicenseKeys）。这样就可以对工程项目文件进行新建、编辑、修改，和项目程序的下载、上载，以及生产设备的监控、操作，生产数据的实时采集、存储、报警、打印等功能。所谓操作员站（即OS站）是指仅需安装WinCC监控操作组态软件，以及相对应的必需的授权许可证（LicenseKeys），就能使操作人员对生产设备进行监控、操作，和报警信息提示的PC电脑。通俗的讲：工程师站：有修改权限，监控，操作权限操作员站：有监控，操作过程控制工程设计控制室仪表与现场仪表相互连接时必须采用电缆连接。根据工程的具体情况，可采用多芯电缆将若干个信号送到现场或将多个现场仪表信号送到控制室内。采用本质安全仪表的防爆的自控工程，控制室与现场连接时要遵循相互隔离的原则，即本安信号与非本安信号不可共用同一根电缆，并且本安电缆与非本安电缆应当分开敷设或采取适当的隔离措施进行隔离。采用DCS系统的自控工程，现场信号与控制室之间的连接，首先要连接到端子（安全栅）柜，不可直接连接到DCS控制柜内的I/O模块上，即便是非防爆工程亦是如此。过程控制工程设计过程控制工程设计1.系统配置图系统配置图给出了该系统的硬件配置和连接情况。当招投标过程结束，确定供货商之后，供货商应当提供系统配置图，该设计文件中应当给出操作员站数量、工程师站数量、现场控制站数量、端子柜（安全栅柜）数量，表明这些硬件挂接在哪些网络之上。图8－2是某一厂家系统配置图。该设计中有两个现场控制站，两个端子（安全栅）柜，现场控制站挂接在冗余通用控制网络上；两组4台操作员站，一台工程师站，一台通用站。这些站挂接在冗余局部控制网络上。两个网络之间是通过网络接口模块连接的。2.端子配线图自控工程中，一般是以信号端子排为界，接线到内部（包括端子柜内安全栅或控制站I/O模块）的一侧称为内侧；接线到外部（包括现场仪表和其他盘、柜）的一侧称为外侧。图8-3是这种划分的示意图。过程控制工程设计接线设计时注意端子排两侧不能混用。对应于图8-3来说，既不能从端子排下面引线到内部，也不能从端子排上面引线到外部。在某些分包工程中，信号端子常常是工程的划分界面。端子排是若干个端子组装在一起形成的，端子的基本功能是导线连接。图8-4是端子基本结构的示意图。图8－3信号端子排的盘内、外侧分界图过程控制工程设计有各种不同结构形式的端子，有的可在连接电路中串接电阻，有的可与相邻端子短接，有的带有测试接线柱。用户可根据需要选择各种结构形式的端子。确定DCS供货商之后，供货商应当提供端子(安全栅)柜的布置图和端子图。设计方根据这些设计文件可进行端子配线图设计。该设计文件表明现场信号是如何连接到端子(安全栅)柜的，完成该设计文件之后，就可以确定回路接线图中的端子号了。图8—5是一个端子(安全栅)柜的布置图示例。该图中有两种端子排，即有两个本安端子排和两个非本安端子排，分别竖直布置在端子(安全栅)柜的两侧。两个本安端子排通常一个是连接来自现场的本安信号，另一个是连接送到现场的本安信号。两个非本安端子排，通常一个是连接送到控制站的信号，另一个连接来自控制站的信号。端子(安全栅)柜中间布置的安全栅，一端连接本安端子，一端连接非本安端子。过程控制工程设计系统整体连接设计时，要遵循本安信号与非本安信号隔离的原则，即本安信号不能连接到非本安端子，非本安信号不能连接到本安端子。如果工程中既有本安信号又有非本安信号，则应当分别设置端子柜和端子(安全栅)柜。如果工程规模比较小，非本安信号也可以进入端子(安全栅)柜，然后直接连接到非本安端子。获得端子(安全栅)柜的布置图之后，就可以确定各个端子的位置及编号，就可以绘制回路接线图了。过程控制工程设计IX本安端子排SX非本安端子排IG本安接地排SG非本安接地排过程控制工程设计图8—6是端子配线图示例。该图中画出了两个端子排，一个是本安端子排213IX-1，一个是非本安端子排213SX-1。本安端子排213IX-1负责接入来自现场的信号电缆，从而完成现场信号的连接；非本安端子排213SX-1将经过安全栅隔离后的信号，通过连接电缆接入到控制站的模块。如现场的流量变送器FT201信号，通过信号电缆FT201SiC连接到端子排213IX-1上的第1、2号端子左侧，该电缆的屏蔽接到3号端子左侧。213IX-1上的第1、2、3号端子右侧分别接到输入安全栅FN201A输入的3、4、S端子，安全栅FN201输出的1、2号端子接到非本安端子排213SX-1左侧的1、2号端子，非本安端子排213SX-1的1、2号端子右侧通过连接电缆接到模拟量输入模块(AIM)上。如果该流量需要控制，则经过控制计算产生一个输出信号，该信号通过模拟量输出模块(AOM)连接到非本安端子排213SX-2右侧，其左侧连接到输出安全栅FN201B输入端，输出安全栅FN201B输出端连接到本安端子排213IX-2右侧，其左侧通过电缆连接到现场控制阀上。过程控制工程设计SiC:标准信号本安电缆过程控制工程设计表8－1仪表辅助设备的文字代号AC辅助柜AD空气分配器DCDCS机柜GP半模拟盘IB仪表箱IC仪表柜IP仪表盘IPA仪表盘附件IR仪表盘后框架IX本安信号接线端子板JB接线箱（盒）JBC触点信号接线箱（盒）JBE电源接线箱（盒）JBG接地接线箱（盒）JBP脉冲接线箱（盒）JBR热电阻接线箱（盒）JBS标准信号接线箱（盒）过程控制工程设计JBT热电偶接线箱（盒）PB保护箱MC编组接线柜PX电源接线端子板RB继电器箱RX继电器接线端子板SB供电箱SBC安全栅柜SX信号接线端子板TC端子柜UPS不间断电源WB保温箱过程控制工程设计表8－2电缆、电线的文字代号CC接点信号电缆（电线）CiC接点信号本安电缆EC电源电缆（电线）GC接地电缆（电线）PC脉冲信号电缆（电线）PiC脉冲信号本安电缆RC热电阻信号电缆（电线）RiC热电阻信号本安电缆SC标准信号电缆（电线）SiC标准信号本安电缆TC热电偶补偿电缆（导线）TiC热电偶补偿本安电缆过程控制工程设计表8－3气动仪表外部接头的文字代号文字名称代号中文英文I输入INPUTO输出OUTPUTRS设定（远距离）REMOTESETTINGAS气源AIRSUPPLY过程控制工程设计3.回路接线图(系统连接图)关于系统连接的工程表达，原国家石油和化学工业局标准《自控专业工程设计文件深度规定》(HG／T20638—1998)规定，“仪表回路图”应用仪表回路图图形符号，表示一个检测或控制回路的构成，并标注该回路的全部仪表设备及其端子号和接线。对于复杂的检测、控制系统，必要时另附原理图或系统图、运算式、动作原理等加以说明。这里所说的“仪表”既包括真实的仪表，也包括DCS系统内部的虚拟仪表(功能模块)。该表达方式中仪表回路接线图给出了一个系统(包括控制室内仪表和现场仪表)整体清晰的连接关系，所以有时也称为系统连接图。图8—7是仪表回路图示例。过程控制工程设计图8－7采用DCS系统仪表回路图JBR热电阻接线箱（盒）RC热电阻信号电缆（电线）SC标准信号电缆（电线）CC接点信号电缆（电线）过程控制工程设计采用DCS系统的自控工程，自动化装置可分为两部分，第一部分是测量变送仪表与执行器，第二部分是DCS系统。其中：DCS系统包括了传统仪表中所有二次仪表的功能，所有过程参数都在CRT上显示，所有过程参数都记录在系统中的硬盘上，二次仪表功能在DCS系统中由相应的软件模块所取代。由于不存在物理意义上的仪表，所以也不存在其物理意义上的连接，这些模块之间只存在数据上的联系。采用DCS系统的自控工程在控制室内通常没有仪表盘，只有端子(安全栅)柜、控制站和操作员站三部分。控制站可以控制整个系统，可以修改工程师和操作员站的使用权限。工程师站一般有修改系统和设置的权限，可以建立操作员站的功能。操作员站就是日常操作的界面，一般不允许修改系统的数据，只能够操作和查询参数等。过程控制工程设计1.仪表回路图中，仪表位置的划分：仪表回路图中，将仪表位置划分为两个大区域，一部分是现场部分，一部分是控制室部分。现场部分又划分为两个区域，即工艺区和接线箱。变送器、传感器、控制阀等测量仪表、执行机构安装在工艺区内。这些仪表符号需要画在该区域内。2.接线箱的作用：接线箱是现场集中或分散信号用的。其作用：将测量信号线集中为电缆送到控制室，或将控制室控制信号电缆分散到各个执行器上。过程控制工程设计过程自动化工程中所采用的执行器通常是气动控制阀，因此还会有气动信号的连接，这些气动信号是通过气动管线连接的，气动管线连接中密封是非常重要的，密封不好会造成信号传输失真。气动信号管线连接中有四种常用的密封方式，图8—8是这四种密封连接方式示意图。图8－8气管密封连接方式示意图气动管线包括气源管线和信号管线。仪表气源根据仪表气源空视图或仪表气源系统图实施，控制阀气动信号连接，一端连接到电气阀门定位器信号输出端，一端连接到控制阀信号输入端。过程控制工程设计由于DCS系统用一些软件模块取代了相应的计算仪表功能，用CRT显示取代了指示和记录仪表，因此引入了一些新的符号来表示这些“虚拟仪表”，有关表示这些“虚拟仪表”的图例符号，请参考《过程检测与控制仪表的功能标志及图形符号》(HG/T20505—2000)和《自控专业工程设计用图形符号和文字代号》(HG/T20637.2)规定。上述文件中，所有电缆都应编号并指出来自何处或去到何处。关于电缆的工程设计，请参见电缆敷设章节。对于设计人员比较熟悉的DCS系统，也有另外一种详细的表达方式，这种方式将回路接线图分为两个设计文件，两个设计文件以端子柜端子排为分界，现场到端子柜端子排输入端为一个设计文件，端子柜端子排输出端到DCS为另外一个设计文件。此外为了便于工程实施，有时还会绘制PCD(ProcessControlDiagram)文件，PCD画出DCS控制站上模块后面的组态连接关系。过程控制工程设计二、采用常