仪表基础知识培训课件

YOKOGAWACS1-1第一讲自控基础知识及典型DCS系统分析主讲人：甲醇公司仪表专业陈龙2009年9月16日YOKOGAWACS1-2常用规范一、仪表工程设计规范（大体了解）《控制室设计规定》HG/T20508-2000《仪表供电设计规定》HG/T20509-2000《仪表供气设计规定》HG/T20510-2000《信号报警，安全联锁系统设计规定》HG/T20511-2000《仪表配管配线设计规定》HG/T20512-2000《仪表系统接地设计规定》HG/T20513-2000《仪表及管线伴热和绝热保温设计规定》HG/T20514-2000YOKOGAWACS1-3常用规范《仪表隔离和吹洗设计规定》HG/T20515-2000《自动分析器室设计规定》HG/T20516-2000《分散型控制系统工程设计规定》HG/T20573-2000《可编程控制器系统设计规定》HG/T20700-2000《过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号》HG/T20505-2000《化工配管用无缝钢管及焊接钢管尺寸选用系列》HG/T20553-93《石油化工企业可燃气和有毒气体检测报警设计规范》SH3063-1999《工业金属管道设计规范》GB50316-2000《工业企业噪声控制设计规范》GBJ87-85YOKOGAWACS1-4自控基础知识2、测量单位测量单位使用国际单位制（SI单位）。常用单位如下：温度单位：℃；压力单位：Pa、kPa、MPa；流量单位：液体kg/h、t/h、m3/h；气体m3/h、Nm3/h(标准状态)；蒸汽kg/h、t/h；液位单位：mm；0～100％密度单位：kg/m3、kg/Nm3(标准状态)；运动粘度单位：mm2/s；动力粘度单位：mPa.s；成份分析：PPm,%(wt,vol)酸碱度：pH导电度：ms/cm转速YOKOGAWACS1-5自控基础知识3、仪表传输标准信号气动信号：20~100kPa；电动信号：4~20mADC，4~20mA＋HART；开关量输入信号采用无源触点进入控制系统；与电气专业相连的开关量输出信号为无源触点，且加继电器隔离。YOKOGAWACS1-6自控基础知识4、仪表所适应的环境（重要参数）1）极端最低温度：-26.5℃2）年平均雷电日：15.3日YOKOGAWACS1-7自控基础知识（结合本项目）5、本项目的过程控制层包括：分散型控制系统（DCS）安全仪表系统（SIS）可燃气体、有毒气体监测系统（GDS）智能设备管理系统（AMS）在线分析仪表系统设备包控制系统（PLC）压缩机组综合控制系统（CCS）机组机械故障诊断系统等。YOKOGAWACS1-8自控基础知识6、DCS与其他控制系统之间的通讯规定各工艺装置除DCS以外的其它主要控制系统应设置与DCS进行通讯的接口，当DCS系统与其它控制系统之间的距离＜1000m时，信号传输采用RS485，ModbusRTU通讯协议；当距离＞1000m时，信号传输采用TCP/IPOPC通讯协议。DCS系统应设置与全厂计算机信息和生产管理调度系统管理网相连的以太网通信接口，并建立实时数据库，为全厂信息管理系统提供所需的数据和网络结构基础。YOKOGAWACS1-9自控基础知识7、分散型控制系统（DCS）整个DCS控制系统由控制站、操作站、大屏幕显示器、工程师站和设备管理站（AMS）等组成。各区域内各装置或系统单元的DCS均各自独立设置，以保证各装置在正常生产和开、停工过程中互不干扰，减少不必要的停工。控制站安装在现场机柜间。操作站、打印机、辅助操作台、大屏幕显示器等设备置于各区域内的中央控制室。YOKOGAWACS1-10本项目分散型控制系要求8、配置原则DCS的基本配置原则为：控制单元的CPU等功能卡件为1：1冗余或容错配置；DCS的电源卡或设备按1：1冗余配置；DCS各级网络通讯总线和通讯设备及部件为1：1冗余配置；控制回路的多通道I/O卡为1：1冗余配置。冗余设备必须能在线自诊断，出错报警，无差错切换。系统的各种卡件应能够在线插拔、更换。控制站原则上按装置独立设置。YOKOGAWACS1-11本项目分散型控制系要求9、工程师站DCS系统的工程师站设在区域内的中央控制室内，工程师站以工业PC机为基础，包括数据处理器。显示器工程师键盘、鼠标、以及以太网网络通信接口，用于DCS系统组态、调试、维护和管理。工程师站带20”液晶显示器，工程师站设备的规格与操作站相同，并配置一台激光打印机用于打印流程图和组态文件。工程师站配置OPC接口与工厂信息管理网进行数据通信（或单独设置一应用站）。YOKOGAWACS1-12本项目分散型控制系要求10、备用要求DCS的各类机柜及卡件箱应至少预留15%的输入/输出（I/O）点作为备用，同时应预留20%的卡笼安装空间和20%的预留接线端子。YOKOGAWACS1-13本项目分散型控制系要求11、负荷要求控制站按实际需要配置，不得将不同装置的控制回路放在同一控制站中。各控制站I/O卡件插槽必须预留20%的余量。当控制站满负荷时，系统的电源、软件、通讯负荷和其他各种负载应具有至少40%以上的工作余量。操作站和控制站的负荷不应超过60%。YOKOGAWACS1-14机组专用监测和控制系统（CCS）12、机组专用监测和控制系统（CCS）根据生产装置的实际需要，对于较复杂的机组设置机组专用监测和控制系统（CCS）完成机组的调速、防喘振控制、负荷控制、过程控制、联锁保护等功能，并与装置的DCS进行通讯。CCS应采用冗余、容错系统，具有专用的应用软件，如转速控制，防喘振控制等，同时具有时间顺序记录功能。对于较简单的机组（如往复式压缩机、泵组等），机组的监控由装置的DCS完成，机组的安全联锁保护由SIS完成。YOKOGAWACS1-15随设备供货的控制系统PLC13、随设备供货的控制系统PLC特殊工艺过程或工艺设备的现场仪表和控制系统若由工艺包专利商或工艺设备供应商配套供货时，该控制系统采用的PLC系统应与工艺装置所用的PLC系统一致，且该控制系统应能与工艺装置的DCS进行实时数据通讯。大型透平压缩机组采用三重化的PLC系统（CCS或ITCC）并自带操作站进行控制，中小型机组可根据实际情况采用双重化或非冗余PLC系统控制。其它成套PLC系统根据实际情况确定是否成套带操作站。YOKOGAWACS1-16现场仪表（温度）1、温度仪表现场温度仪表刻度采用直读式刻度，正常使用温度应为仪表量程的50%~70%，最高测量值不应超过量程的90%。就地温度指示仪表选用带外保护套管的万向型双金属温度计，刻度盘直径一般选用Φ100mm。若安装地点不易通行或观察时，或测量低温介质时，可选用毛细管充填式，毛细管长度不宜超过6m。一般温度测量的测温元件宜选用热电阻/热电偶，信号直接进DCS显示。测温元件一般不采用双支结构，需要在两地显示或既要控制又要报警联锁时，宜选用两只单独安装的测温元件。当测温元件为热电偶时，应具有断偶保护功能。气化炉表面热电偶根据工艺包专利商的要求采用特种热电偶。YOKOGAWACS1-17现场仪表（温度）对用于一般监测的并相对集中的热电偶等测温元件，可采用多路温度发射及接收装置与DCS连接；对于参与控制的测温元件，应经温度变送器与DCS的输入卡件连接，温度变送器采用可采用一体化温度变送器。为减少测温元件的种类，热电偶尽量选用符合IEC60584标准“K”型（个别超过高温场合可选用“B”型），或采用pt100热电阻，三线制，0℃时电阻为100Ω，温度系数为0.00385/℃，符合IEC60751标准。YOKOGAWACS1-18现场仪表（温度）检测元件名称分度号温度范围（℃）铂热电阻R0=100ΩPT100-200~650镍铬-镍硅热电偶K0~1000镍铬-康铜热电偶E0~750铂铑10-铂热电阻S0~1300铂铑10-铂热电阻R0~1300铂铑30-铂6热电阻B0~160YOKOGAWACS1-19新型CS3000R3.01系统构成EthernetVnetHISSFCSoooLFCSHIS/ENGEnclosedDisplayStyleConsoleHISRFCS2(newmigrationtypeFCS)OpenDisplayStyleConsoleHISoooKFCS(FCSforFIO)ERbus(EnhancedRemotebus)FF-H1YOKOGAWACS1-20最小系统配置Vnet总线ANB10*：本地节点单元模拟量信号开关量信号HIS人机接口站(PC/AT兼容机)FCU本地节点ANB10*YOKOGAWACS1-21系统规模最小配置最大Domain配置最大位号数:100,000perICS最大站数:64(HIS最大:16台)最长V-net总线:20km最长RIO总线:20kmperFCS最长ESB:10m最长RIO总线:2km:100,000perICS:256:20km:20kmperFCS:10mperFCS:2KmperFCS:16最大Domains数最大系统配置HISHIS*V-net(同轴电缆):500mRIO总线(双绞线):750mER总线:185m、500mESB总线:10mHISHISHISYOKOGAWACS1-22DomainHFbusRLbusV-netHISHISV-netDomain2Domain3Domain4Domain1Domain:与同一条总线连接的一组站综合远程范围提供更大容量综合现有的DCSHISEOPSMOPSFCSEFCSMFCDYOKOGAWACS1-23系统网络结构VnetVnetESBBusNodeNode最大连接16台HIS(PC)通讯协议:IEEE802.3传输方式:Tokenpassing传输速度:10Mbps传输距离:500m至20KmEthernet通讯协议:TCP/IPYOKOGAWACS1-24Vnet通讯Vnet通信规程:IEEE802.4存取控制:令牌传递传输速度:10Mbps传输距离:500mto20kmYCB111同轴电缆：最大500mYCB141同轴电缆：最大185m混合使用：YCB141+0.4*YCB111=185传输媒体:同轴电缆/光纤YOKOGAWACS1-25Vnet扩展光纤RRRRTTRRRRTTMax.500mMax.500mMax.500mMax.15kmMax.15km最长20km同轴电缆Vnet光纤YOKOGAWACS1-26ESB总线(FIO)ESBbusFCUVnet介质:专用内部总线（YCB301）距离:max：10m速度:128Mb/s（RIO2Mbps）最多连接10台NodeYOKOGAWACS1-27ER总线(FIO)介质:基于Ethernet（YCB141）距离:max：185m(10BASE2）max：500m（10BASE5）max：2km（带标准Ethernet中继器）速度:10Mb/s（RIO2Mbps）每台FCU最多能连续连接4个ER总线每台FCU最多能安装8台远程节点每台FCU最多能安装10台节点最多连接8台远程NodeYOKOGAWACS1-28KFCS(FORFIO)结构FCU：现场控制单元ESB总线：用于连接FCU和ANB10*Node：由ANB10*和ANR10*组成ANB10*：本地节点单元(电源模件、SB401及FIO组成)ANR10*：远程节点单元(电源模件、EB501及FIO组成)ESB总线上最多连接10台ANB10*和ANR10*，其中连接ANR10*最多8台SB401：ESB总线接口模件（本地节点侧），可双重化EB501：ER总线接口模件(远程节点侧），可双重化EB401：ER总线接口模件(本地节点侧），可双