仪表dcs培训课件

第一讲

自控基础知识及典型DCS系统分析

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/T20514-2000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》GBJ87-85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。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。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/IPOPC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。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。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。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。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）。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。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%。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。随设备供货的控制系统PLC13、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。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。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。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B0~160新型CS3000R3.01系统构成EthernetVnetHISSFCSoooLFCSHIS/ENGEnclosedDisplayStyleConsoleHISRFCS2(newmigrationtypeFCS)OpenDisplayStyleConsoleHISoooKFCS(FCSforFIO)ERbus(EnhancedRemotebus)FF-H1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*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:10mHISHISHISDomainHFbusRLbusV-netHISHISV-netDomain2Domain3Domain4Domain1Domain: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DCSHISEOPSMOPSFCSEFCSMFCD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/IPVnet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Vnet扩展光纤RRRRTTRRRRTTMax.500mMax.500mMax.500mMax.15kmMax.15km最长20km同轴电缆Vnet光纤ESB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NodeER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NodeKFCS(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），可双重化FIO:输入输出模件,8Slot/节点单元,(8x10)/FCUKFCS的FCU结构(FORFIO)ThanksPair&Spare技术（SFCS、KFCS）COMPCPUSYNCCPUBUFFERCOMPCPUSYNCCPUBUFFER控制侧备用侧INPUTOUTPUTBUFFERBUFFERNode(forFIO)结构ThanksThanks

FIONodetype特点（1）

富有灵活性

有2种节点类型本地节点与FCU安装在同一机柜内用于快速反应控制远程节点在现场设备附近安装减少布线安装费用FCULocalnodeLocalnode<控制室>Remotenode安装在现场设备附近Remotenode用于快速反应控制<现场>特点(2)

高密度安装紧凑节点每台FCS最多连接10台

节点开放式结构FIO远程I/O总线基于Ethernet,有助于减少安装费用通用网络设备,例如能使用中继器连接8台FIO远程I/O总线通用的19”大小采用普通机柜支持FOUNDATION现场总线标准能连接任何FOUNDATION现场总线设备

FIOAnalogI/OmodulesAnalogI/Omodules<Non-isolatedtype>（非隔离型）■AAI141 16ChCurrentinput 4～20mA,Transmitterpowersupply（能给现场变送器提供24V电源）■AAV141 16ChVoltageinput 1～5V■AAV142 16ChVoltageinput －10V～＋10V■AAI841 8ChCurrentinput,8ChCurrentoutput 4～20mA,Transmitterpowersupply（能给现场变送器提供24V电源）■AAB841 8ChVoltageinput、8ChCurrentoutput 1～5Vinput，4～20mAoutput■AAV542 16ChVoltageoutput －10V～＋10V<Isolated(betweensystemandfield>（系统与现场之间隔离）■AAT141 16ChmV,TCinput JISR,J,K,E,T,B,S,N/-100～+150mV■AAR181 12ChRTD JISPt100Ω<ChannelIsolated(500VAC)>（通道间隔离）■AAI135 8ChCurrentinput 4～20mA,Transmitterpowersupply（能给现场变送器提供24V电源）■AAI835 4ChCurrentinput,4ChCurrentoutput4～20mA,Transmitterpowersupply（能给现场变送器提供

24V电源）■AAT145 16ChmV,TCinput JISR,J,K,E,T,B,S,N/-100～+150mV■AAR145 16ChRTD/POTinput RTDJISPt100Ω/POT10kΩ■AAP135 8Ch0～10kHzPulseinput Transmitterpowersupply（12V/24VDC）（给变送器提供12/24VDC电源）Shuntresistancecanbeselected.（能选择分流电阻）

FIODigitalI/OmodulesDigitalI/Omodules<普通类型>■ADV151 32Ch24VDCinput,Commonminussideevery16-channel■ADV157 32Ch24VDCinput,Commonminussideevery16-channel,SingleandWeidmuelleronly■ADV161 64Ch24VDCinput,Commonminussideevery16-channel,MILtypeonly■ADV551 32Ch24VDC,0.1A,Commonminussideevery16-channel■ADV557 32Ch24VDC,0.1A,Commonminussideevery16-channel,SingleandWeidmuelleronly■ADV561 64Ch24VDC,0.1A,Commonminussideevery16-channel,MILtypeonly<ACinputmodules>■ADV141 16Ch100VACinput,Commonminussideevery8-channel■ADV142 16Ch220VACinput,Commonminussideevery8-channel<Relayoutputmodule>■ADR541 16ChRelayoutput,Commonminussideevery16-channel,24～100VDC,100～200VAC,2A/point，Maximum8Aisallowedpercommon,Atypecontact,exchangebyamodule.<与CENTUM-ST兼容类型>■ADV859 ST2compatible（16Chinput,16Choutput）■ADV159 ST3compatible（32Chinput）■ADV559 ST4compatible（32Choutput）■ADV869 ST5compatible（32Chinput,32Choutput）■ADV169 ST6compatible（64Chinput）■ADV569 ST7compatible（64Choutput）压线式端子块型KS电缆连接型MIL连接型模拟量I/O模件：具有MIL连接型、KS电缆连接型及压线端子型MIL连接型KS电缆连接型ADV151ADV551ADV141ADV142ADR541ADV157ADV557ADV161ADV561ADV869ADV169ADV569ADV859ADV159ADV559用于连接ADV141、ADV142端子板使用双冗余I/O模件时，用两个端子用于连接ADV151端子板使用双冗余I/O模件时，用两个端子FIO通信模件串行通信模件RS-232C(ALR111)2个端口D-sub9RS-422/RS-485(ALR121)2端口只能安装在本地节点安装在远程节点分阶段进行Foundation现场总线通信模件(LAS)FF-H1(ALF111)4个端口可双重化有压线端子和经由AKB336电缆连接到ALF111的连接端的连接方式

可安装在本地节点和远程节点ALR111ALR121ALF111有各种FIOI/O模件可供用户选择模拟量模件有三种不同的隔离的方法系统与信号的隔离,通道与通道隔离横河的工业产品，可防止高噪声及干扰系统与信号的隔离,通道与通道非隔离与现有多点模件等价，用于监视非隔离有利于产品竞争，防止噪声。与现有DI/DO模件兼容，但件需要一个外部电源。具有110/220VAC触点直接输入模件，低成本继电器模件等。插入式继电器不需要外部继电器面板I/O模件安装位置的限制1.多点热电偶卡件AMM22T只能依次放在第5、4、3、2、1个Nest，AMM22T下面不能放单点卡件。2.模拟量I/O模件高速插件箱AMN12只能放在第1个Nest，第2、3、4Nest只能空着，不能安装任何其它插件箱。其它插件箱只能安装在第5插件箱。3.通信卡插件箱AMN51只能安装一块且只能装在第2个Nest。

4.安装模件可带电拔插而无须停机。5.在节点单元内安装电流I/O模件或脉冲I/O模件，因为给变送器提供电源，最多能安装6个模件。这些模件包括：AAI135、AAI835、AAI141、AAI841、AAB841、AAP135如果只安装AAI135和AAI835时，最多可安装8个模件模拟量电流输入模件双重化时，待机侧的模件个数不算数量模拟量电流输出模件双重化，待机侧的模件个数算0.5的数量6.通信模件ALR111和ALR121不能安装在远程节点。一台FCU最多只能安装6台ALR111和ALR121，如果双冗余最多安装3对。7.一台FCU最多只能安装Foundation现场总线通信模件ALF11116台,如果双冗余最多安装8对ALF111。8.安装模件数量受周围温度条件限制FCS机柜周围温度在40C

以上远程节点在50C以上9.电源模件、总线接口件模配置不是双冗余或没有安装I/O模件时，请配置盲板以保护空槽。RIO节点RIObusFCUNIU模拟量I/O开关量I/OYS100PLCetc.子系统NIUIOUIOUIOUIOUIOUIOU

NIU数:8个/FCSIOU数:5个/NIU标准型FCU结构双重化电源卡处理器卡节点通讯卡与Vnet连接电源与RIObus连接LFCS(RIO)结构oooooo机柜安装19“机架安装部件正面背面I/O单元扩展框架节点FCU电流/电压输入(AAM10,AAM11带开方)mV,T/C,RTD输入(AAM21)脉冲输入(APM11)电流/电压输出(AAM50,AAM51电压/电流)以上模件均放在AMN11Nest16点电压输入(AMM12T)

16点mV输入(AMM22M)16点热电偶输入(AMM22T)16点热电阻输入(AMM32T)16点电流输入（给现场供电）(AMM42T)16点电流输出(AMM52T)以上模件均放在AMN31Nest2块/Nest1块/NestPoint重要控制回路RIOI/O模块

(1)模拟量I/O单元模拟量I/O模块多点模块多点I/O单元16点输入(ADM15R)16点输出(ADM55R)以上Modules均放在AMN21Nest1块/Nest16点输入(隔离)(ADM11T)16点输出(隔离)(ADM51T)32点输出(ADM12T)32点输出(ADM52T)以上Modules均放AMN31Nest,2块/Nest数字量与模拟量不能混装

RIOI/O模块(2)继电器I/O单元继电器I/O模块端子型接点I/O模块端子型接点I/O单元RIOI/OModule(3)RS-232C(ACM11、ACM21)RS-422(ACM12、ACM22)RS-485(ACM12、ACM22)现场总线(ACF11不能与ACM1*混装)2（ACM11、ACM12、ACF11）/AMN332(ACM21、ACM22）/AMN352（ACM21、ACM22）/PFCS，不能安装在CS1000Release14（ACM11、ACM12）/PFCS通信模块通信单元接插件型接点I/O单元16点输入(隔离)(ADM11C)16点输出(隔离)(ADM51C)32点输入(ADM12C)32点输出(ADM52C-2)以上Modules均放AMN32Nest4块/Nest-1:在ON-Line维护时，Reset输出值-2:在ON-Line维护时，保持当前输出值SLOT接插件型接点I/O模块

RIOI/O模件系统构成注意事项一些系统配置，为了存贮项目数据，要求配置PC服务器(OS：Windows2000)。如果连接的PC机台数超过8台以上，则要与Yokogawa联系。如果8台以下则不需要配置PC服务器。以下是计算所连接PC机的台数：当不使用Foundation现场总线组态工具（SSS5700）:HIS+{(ENG-1)*2}+Exaopc当使用Foundation现场总线组态工具（SSS5700）:HIS+{(ENG-1)*2}+Exaopc+2既是组态功能和操作监视功能安装在同一台PC机内，也要分别计算PC机的台数。当使用扩展测试功能LHS5425:在三台PC机以上运行LHS5425时，要求有一台服务器计算机，请与Yokogawa联系。为什么推出新型HIS?新型HIS采用Windows2000作为软件平台由于结构的原因PC机不能替代Yokogawa的LPH21C。R2版与R3版HMI的改变方向

R2 R3orlaterHISongenericPC HISongenericPCConsoleHIS YokogawaConsoleKit+genericPCNewConsolesgenericPCConsoleHardwareSuppliedbyYokogawaAssembleaPCintotheconsolekit.Encloseddisplaystyleconsolekit(foronlyCS3000)Opendisplaystyleconsolekit人机接口站组成(1-1)Console不带显示器BasicconsoleStackeddisplayconsoleConsole带小型显示器15”液晶显示器Single-loopcontrolkeyboard18”液晶显示器

可同时操作8-loop的操作员键盘Touchpanel18”液晶显示器

可同时操作8-loop的操作员键盘Touchpanel(只对下段LCD)OpenDisplayStyleConsole型操作站适用于

CS1000适用于CS3000每一台PC内必须安装VF701卡及AIP261。

AIP261是ConsolesHIS用的扩展接口卡，用于连接操作员键盘及触屏功能。AIP261与

ConsoleKit绑定在一起Opendisplaystyleconsole多种显示器的大小可供选择,操作员键盘类型(single-loopor8-loopcontrol)等

价格取决于功能

使用LCD液晶显示器（15”或18”）可防止电磁波的发射

CRTtobephasedout容易维修(LCD替换)人机接口站组成(1-2)AUX板有1个AIP261接口和4个RS-232C接口（COMACOMD）。COMB连接到操作员键盘，COMC连接到CRT触屏，RS-232接口为D-sub9-pinmale，电缆长度为15m。

AIP261扩展接口卡的构成OpendisplaystyleconsoleEncloseddisplaystyleconsoleHIS人机接口站组成(2)Encloseddisplaystyleconsole(foronlyCS3000)具有和ICS、LPH21C相同的外型与现有Consoles相一致

通用的上段的显示器箱

显示器21”双层LCD时，要求128MB以上的内存

每一台PC内必须安装VF701卡及AIP261。

AIP261是ConsolesHIS用的扩展接口卡，用于连接操作员键盘及触屏功能。AIP261与

ConsoleKit绑定在一起SoftwarepackageCS3000LHS1100（StandardOperationandMonitoringFunction）＋LHS1120（ConsoleHISSupportPackageforEnclosedDisplayStyle）CS3000LHS1100（StandardOperationandMonitoringFunction）＋LHS1130（ConsoleHISSupportPackageforOpenDisplayStyle）CS1000PHS1101（StandardOperationandMonitoringFunction）＋PHS1130（ConsoleHISSupportPackageforOpenDisplayStyle)OnlyCS3000hasDualmonitor.OnlyCS3000

DELLPrecisionWorkstation220CPU：PentiumIII866MHz内存内存

:128/256MBHDD:10/20GB及以上软驱:1个(3.5)CD-ROM:1个CRT:256色,1024X768鼠标器：1个键盘：106键盘，PS2串口:一个以上RS232C操作键盘,9芯)并口:一个（打印机）总线槽路：PCI总线*5操作系统:WINDOWS2000on-board10/100BaseTXLANcardPC机硬件要求NewConsoles特点比较†

AvailableforonlylowerLCDofan18”-LCDmodel†† Availableforonly18”-LCDmodelsEncloseddisplaystyleconsoleOpendisplaystyleconsole

有与CENTUM-ST兼容的模件可移植现有系统CENTUM-XL和CENTUMV,可使用与ST卡完全兼容的模件使用外部电源可降低成本。

与CENTUM-ST兼容模块有2种类型的数字模块.新型模块常规从I/O模块外部提供电源.ST卡

和RIO数字模块能从I/O模块内部提供电源.DI内部供电DI外部供电DO内部供电LoadDO外部供电LoadST,RION