集散控制系统的工程设计

唐进北京邮电大学自动化学院[e-mail]集散控制系统的工程设计北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.1招标文件的编制和选型日益增长的集散控制系统需求对控制工程师提出更高要求，一个成功的项目很大程度上取决于对集散控制系统的正确评估和选型。用户所选用的集散控制系统的性能是以用户提出的招标文件为依据的，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，因此，招标文件的编制好坏直接影响到集散控制系统的评估、选型及使用。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.1.1招标文件编制„确定自控系统的技术和经济指标。对可选用的自控系统能达到的功能和经济性进行分析，确定总目标、技术要求和投资预算。„输人输出点的计算。根据带控制点工艺流程图及仪表选型，确定系统所有输人输出点数。„编制招标文件，进行公开招标及评标。合理编制招标文件，既需要反映工程应用要求，又要代表一定的先进性。„签订合同、设计、安装、组态和调试投运。重视集散控制系统外部的一些安装和有关元器件的质量。„投运后的回访和评估。（1）集散控制系统选型和评估的步骤北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿（2）招标文件的编制①技术先进性„招标中所列出的技术性能具有一定的先进性。„允许投标商提出技术性能更先进的产品。②性能指标的定量性。„在调研阶段，大多数集散控制系统制造和供应商会提供一些技术数据和性能指标，使用单位也会提供应用经验。这些数据、性能和经验经过分析、总结，结合本次应用的要求，可编制较详细的定量性能指标。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿③竞争的公正性。„在招标文件编制时，应对各生产厂商的技术指标进行比较和分析。„招标文件不应具有倾向性。④语言的精练性和确定性。„不应在招标文件中出现模棱两可、容易误解的语句。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿（3）招标文件主要内容„卖方及制造厂简介。„系统概述、系统配置总图和功能说明。„技术指标和规格。„附件和备件。„文件。„技术服务和保证。„质量保证体系。„系统集成设各配置及功能说明。„与招标书的偏离项说明。„提供系统负荷及计算方法。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.1.2集散控制系统评估（1）偏离表法偏离表法根据投标文件列出的价格，从高到低排序，从价格低的厂商开始，分别列出各项技术性能的偏离情况，对标书中提出的条件，投标商未回答或未正确回答的，可直接询问，并有书面材料予以说明。对使用单位技术要求加入权函数，并依据“性能满足要求并且优于该要求、满足要求、基本满足要求”等逐项打分，并加权后计算总分，以总分最高者中标。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿（2）矩阵表法中、小规模生产过程的控制要求不很高，大多数集散控制系统都能满足应用单位的技术要求，常对几家集散控制系统制造商进行询价并进行评估。矩阵表法适合用于符合要求的产品中取性能价格比优者。其方法如下。„由使用单位制定所需评估项目和每个项目的权重系数。„组织有经验的专家对所需项目，按各厂商进行评分。„计算各厂商的总分，选用最高分者上报审批。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿①确定需评估项目。„评估项目的确定应根据应用要求，可分层次列出。„评估项目的确定还应有价格项，而不应仅列出技术性能项目。②确定项目的评估权重系数。„一般来说，权重系数越高的项目应是使用要求越高的项目。③专家评估。„熟悉工艺过程、反应机理的工艺技术人员。„熟悉工艺操作的高级操作人员。„熟悉仪表维护和修理的高级仪表维修人员„熟悉集散控制系统，了解工艺过程的自控技术人员„熟悉计算机软硬件计算机技术人员„其他人员使用矩阵表法评估时，应注意下列事项：北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.1.3现场总线控制系统评估„智能仪表类型（供电方式、电流、数量）；„网段数量、长度，电缆的类型、数量、规格；„电源的类型、数量、规格；„终端器的数量、类型，是否由其他设备提供内部终端器；„现场接线盒、中继器等网络设备的规格、数量；„本安场合应用时，本安隔离栅和本安接线盒规格、数量；„冗余应用时，冗余设备的规格、数量要求；„现场总线接口设备的规格和数量；„其他问题。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.2图形符号和文字符号随着控制功能扩展，对集散控制系统、现场总线控制系统、可编程控制器和计算机控制系统都规定了相应的图形符号和文字符号。5.1.1功能图描述符号„在初步设计阶段，作为独立应用的功能单元；„在施工图设计详图中，作为虚拟的功能符号完成相应的功能；„在共用控制系统中，与共用显示、共用控制设备相邻绘制，完成相应功能。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.2.2分散控制、共用显示、逻辑和计算机系统的设计符号（1）图形符号„工程设计中，仪表的图形符号是一个直径约llmm的圆，在缩小复印为3号规格图幅时，圆的直径可选13mm。但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正方形框图形符号表示，它适用于集散控制系统和现场总线控制系统的工程设计，也适用于其他仪表计算机控制系统。„计算机图形符号是一个正六边形。它适用于含有确认为“计算机”部件的系统。„逻辑和顺序控制的通用图形符号是一个正菱形。它用于没有明确规定的、复杂的、互连的逻辑和控制系统。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿系统链的图形符号是小圆和直线的交替。它既用于表示软件或数据链，也用于表示制造商所提供的各功能模块连接的系统。共用信号线也可用系统链的图形符号表示。PT－101－All表示压力变送器中通道1的AI功能模块北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿（2）文字符号共用控制／共用显示的文字符号与过程检测和控制流程图用文字符号相同。(GB2625-81)字母可以相互组合。字母的先后顺序应与仪表功能对应后继字母的确切含义，根据实际需要，可以有不同的解释。例如：“R”可以解释为“记录仪”、“记录”或“记录用”；“T”可理解为“变送器”、“传送”等。后继字母“G”表示功能“玻璃”，用于对过程检测直接观察而无标度的仪表。后继字母“L”表示单独设置的指示灯，用于显示正常的工作状态。例如：显示温度高低的指示灯用“TL”标注。后继字母“K”表示设置在控制回路内的自动—手动操作器。例如：流量控制回路的自动—手动操作器为“FK”，它区别于被测变量字母代号“H”—手动（人工触发）和“HC”—手动控制。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿表示被测变量的任何第一位字母与修饰字母“d”（差）、“f”（比）、“q”（积分、积算）组合起来使用时，应把第一字母与修饰字母看作一个具有新的含义的组合体。修饰字母一般用小写，在不会产生混淆时，也可以用大写，但在同一设计项目中应统一。例如：“TdI”与“TI”分别表示温差指示和温度指示；“Td”与“T”为两个不同的变量。修饰词“S”表示安全，仅用于检测仪表或检出元件及终端控制元件的紧急保护。例如：“TSA”表示温度的联锁与报警。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿当选用第一位字母“A”作为分析变量时，应在图形符号圆圈外标明分析的具体内容。例如：分析一氧化碳含量，应在圆圈外标注CO，而不能用“CO”取代圆圈内的“A”。“指示”的功能是指检测仪表将被测变量显示出来的功能。如果仪表指示值的改变并非直接由于测量值的变化所引起，而是人工调整仪表标度盘的结果，则不包括在此项功能之内。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿当字母“H”、“M”、“L”表示被测变量的“高”、“中”、“低”值时，应标注在仪表圆圈外面。当使用字母“H”、“L”表示阀门或其它通、断设备的开关位置时，则“H”表示阀在全开或接近全开的位置；“L”表示阀在全关或接近全关的位置。在带控制点工艺流程图以外的设计文件中，表示报警、联锁的“高”、“低”值时，可将“H”、“L”标注在后继字母的末位。例如：流量指示，高低值报警，标注为“FIAH—111”和“FIAL—111”。字母“U”表示“多变量”时，可代替两个以上第一位字母的含义。当表示“多功能”时，则代替两个以上功能字母的组合。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿“未分类”的变量和“未分类”的功能字母“X”，指在个别设计中，仅使用一次或在一定范围内使用，而表示未列入其含义的字母。当“X”和其它字母一起使用时，除了具有明确意义之外，应在图形符号圆圈外标明“X”的具体意义。例如：“XI—1”可以是振动指示仪；“XR—2”可以是应力指示仪；“XX—3”可以是应力示波器。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿“供选用”的字母，是指在个别设计中反复使用，而表中未列出其含义的字母。使用时字母含义需在具体工程的设计图例中作出规定，第一位字母是一种含义，而后继字母表示另一种含义。例如：字母“N”，作为第一字母时可为“应力”，而作为后继字母时可为“示波器”。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿按工段编制的数字编号，包括工段号和回路顺序号，一般用三位或四位数字表示，如下例所示。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿„仪表位号的第一位字母（或者是被测变量字母和修饰词字母组合）只能按照被测变量来分类，即同一装置（或工段）的相同被测变量的仪表位号中数字编号是连续的，但允许中间有空号；不同被测变量的仪表位号不能连续编号。例如：FR—1、FR—2、FR—5、FR—7。LI—1、LI—3、LI—4。不能编成FR—1、TR—2、PR—3、LR—4。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿„仪表位号的第一位字母不能按仪表本身的结构或操纵变量来选用。例如：当被测变量为液位时，差压式液位变送器标为LT，差压记录仪标为LR，控制阀标为LV；当被测变量为流量时，差压式流量变送器标为FT，差压记录仪标为FR，控制阀标为FV；当被测变量为压差时，差压式变送器标为PdT，差压记录仪标为PdR，控制阀标为PdV。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿在带控制点的工艺流程图和仪表系统图中，仪表位号的标注方法是：圆圈上半圆中填写字母代号，下半圆中填写数字编号。如图所示。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿„多机组的仪表位号一般按顺序编制，而不用相同位号加尾缀的方法。例如：锅炉给水泵通常有两台，一用一备，每台泵出口压力都需要配置一个压力指示仪表，仪表的位号应编为PI—1和PI—2，而不能编为PI—1A和PI—1B。如果同一个仪表回路中有两个以上具有相同功能的仪表，可用仪表位号后附加尾缀（大写英文字母）的方法加以区别。例如：某控制系统中，PT—101A和PT—101B分别表示同一系统中的两台变送器，FV—201A和FV——201B分别表示同一系统中的两台控制阀。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.2.3过程显示图形符号和文宇符号采用过程显示图形符号体系的优点：„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。符号的大小应显示设备的纵横比；图形符号的设置应采用前后一致的方式；设备的轮廓线和管线的颜色、亮度和线条的宽度应有区别。图形符号的显示仅用于需要通过它了解操作过程或它是被描述过程的整体部分时才显示。北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.2.4设计符号的应用示例功能图的应用示例北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿分散控制、共用显示、逻辑和计算机系统设计符号的应用示例北京邮电大学自动化学院集散控制系统讲稿5.2.5现场总线设备连接图现场总线设备具有通信功能，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。现场总线设备有总线供电和单独供电两种：„总线供电现场总线设备的电源由总线供电，现场设备从现场总线上摄取电能，即在现场总线上不仅传输各种数据信号，还提供电源。„单独供电的现场总线设备由