第一講

自控基礎知識及典型DCS系統分析

常用規范一、儀表工程設計規范（大體了解）《控制室設計規定》HG/T20508-2000《儀表供電設計規定》HG/T20509-2000《儀表供氣設計規定》HG/T20510-2000《信號報警，安全聯鎖系統設計規定》HG/T20511-2000《儀表配管配線設計規定》HG/T20512-2000《儀表系統接地設計規定》HG/T20513-2000《儀表及管線伴熱和絕熱保溫設計規定》HG/T20514-2000常用規范《儀表隔離和吹洗設計規定》HG/T20515-2000《自動分析器室設計規定》HG/T20516-2000《分散型控制系統工程設計規定》HG/T20573-2000《可編程控制器系統設計規定》HG/T20700-2000《過程測量與控制儀表的功能標志及圖形符號》HG/T20505-2000《化工配管用無縫鋼管及焊接鋼管尺寸選用系列》HG/T20553-93《石油化工企業可燃氣和有毒氣體檢測報警設計規范》SH3063-1999《工業金屬管道設計規范》GB50316-2000《工業企業噪聲控制設計規范》GBJ87-85自控基礎知識2、測量單位測量單位使用國際單位制（SI單位）。常用單位如下：溫度單位：℃；壓力單位：Pa、kPa、MPa

；流量單位：液體kg/h、t/h、m3/h；氣體m3/h、Nm3/h(標準狀態)；蒸汽kg/h、t/h

；液位單位：mm；0～100％密度單位：kg/m3、kg/Nm3(標準狀態)；運動粘度單位：mm2/s；動力粘度單位：mPa.s

；成份分析：PPm,%(wt,vol)酸堿度：pH導電度：ms/cm轉速自控基礎知識3、儀表傳輸標準信號氣動信號：20~100kPa；電動信號：4~20mADC，4~20mA

＋HART；開關量輸入信號采用無源觸點進入控制系統；與電氣專業相連的開關量輸出信號為無源觸點，且加繼電器隔離。自控基礎知識4、儀表所適應的環境（重要參數）1）極端最低溫度：-26.5℃2）年平均雷電日：15.3日自控基礎知識（結合本項目）5、本項目的過程控制層包括：分散型控制系統（DCS）安全儀表系統（SIS）可燃氣體、有毒氣體監測系統（GDS）智能設備管理系統（AMS）在線分析儀表系統設備包控制系統（PLC）壓縮機組綜合控制系統（CCS）機組機械故障診斷系統等。自控基礎知識6、DCS與其他控制系統之間的通訊規定各工藝裝置除DCS以外的其它主要控制系統應設置與DCS進行通訊的接口，當DCS系統與其它控制系統之間的距離＜1000m時，信號傳輸采用RS485，ModbusRTU通訊協議；當距離＞1000m時，信號傳輸采用TCP/IPOPC通訊協議。DCS系統應設置與全廠計算機信息和生產管理調度系統管理網相連的以太網通信接口，并建立實時數據庫，為全廠信息管理系統提供所需的數據和網絡結構基礎。自控基礎知識7、分散型控制系統（DCS）整個DCS控制系統由控制站、操作站、大屏幕顯示器、工程師站和設備管理站（AMS）等組成。各區域內各裝置或系統單元的DCS均各自獨立設置，以保證各裝置在正常生產和開、停工過程中互不干擾，減少不必要的停工。控制站安裝在現場機柜間。操作站、打印機、輔助操作臺、大屏幕顯示器等設備置于各區域內的中央控制室。本項目分散型控制系要求8、配置原則DCS的基本配置原則為：控制單元的CPU等功能卡件為1：1冗余或容錯配置；DCS的電源卡或設備按1：1冗余配置；DCS各級網絡通訊總線和通訊設備及部件為1：1冗余配置；控制回路的多通道I/O卡為1：1冗余配置。冗余設備必須能在線自診斷，出錯報警，無差錯切換。系統的各種卡件應能夠在線插拔、更換。控制站原則上按裝置獨立設置。本項目分散型控制系要求9、工程師站DCS系統的工程師站設在區域內的中央控制室內，工程師站以工業PC機為基礎，包括數據處理器。顯示器工程師鍵盤、鼠標、以及以太網網絡通信接口，用于DCS系統組態、調試、維護和管理。液晶顯示器，工程師站設備的規格與操作站相同，并配置一臺激光打印機用于打印流程圖和組態文件。工程師站配置OPC接口與工廠信息管理網進行數據通信（或單獨設置一應用站）。本項目分散型控制系要求10、備用要求DCS的各類機柜及卡件箱應至少預留15%的輸入/輸出（I/O）點作為備用，同時應預留20%的卡籠安裝空間和20%的預留接線端子。本項目分散型控制系要求11、負荷要求控制站按實際需要配置，不得將不同裝置的控制回路放在同一控制站中。各控制站I/O卡件插槽必須預留20%的余量。當控制站滿負荷時，系統的電源、軟件、通訊負荷和其他各種負載應具有至少40%以上的工作余量。操作站和控制站的負荷不應超過60%。機組專用監測和控制系統（CCS）12、機組專用監測和控制系統（CCS）根據生產裝置的實際需要，對于較復雜的機組設置機組專用監測和控制系統（CCS）完成機組的調速、防喘振控制、負荷控制、過程控制、聯鎖保護等功能，并與裝置的DCS進行通訊。CCS應采用冗余、容錯系統，具有專用的應用軟件，如轉速控制，防喘振控制等，同時具有時間順序記錄功能。對于較簡單的機組（如往復式壓縮機、泵組等），機組的監控由裝置的DCS完成，機組的安全聯鎖保護由SIS完成。隨設備供貨的控制系統PLC13、隨設備供貨的控制系統PLC特殊工藝過程或工藝設備的現場儀表和控制系統若由工藝包專利商或工藝設備供應商配套供貨時，該控制系統采用的PLC系統應與工藝裝置所用的PLC系統一致，且該控制系統應能與工藝裝置的DCS進行實時數據通訊。大型透平壓縮機組采用三重化的PLC系統（CCS或ITCC）并自帶操作站進行控制，中小型機組可根據實際情況采用雙重化或非冗余PLC系統控制。其它成套PLC系統根據實際情況確定是否成套帶操作站。現場儀表（溫度）1、溫度儀表現場溫度儀表刻度采用直讀式刻度，正常使用溫度應為儀表量程的50%~70%，最高測量值不應超過量程的90%。就地溫度指示儀表選用帶外保護套管的萬向型雙金屬溫度計，刻度盤直徑一般選用Φ100mm。若安裝地點不易通行或觀察時，或測量低溫介質時，可選用毛細管充填式，毛細管長度不宜超過6m。一般溫度測量的測溫元件宜選用熱電阻/熱電偶，信號直接進DCS顯示。測溫元件一般不采用雙支結構，需要在兩地顯示或既要控制又要報警聯鎖時，宜選用兩只單獨安裝的測溫元件。當測溫元件為熱電偶時，應具有斷偶保護功能。氣化爐表面熱電偶根據工藝包專利商的要求采用特種熱電偶。現場儀表（溫度）對用于一般監測的并相對集中的熱電偶等測溫元件，可采用多路溫度發射及接收裝置與DCS連接；對于參與控制的測溫元件，應經溫度變送器與DCS的輸入卡件連接，溫度變送器采用可采用一體化溫度變送器。為減少測溫元件的種類，熱電偶盡量選用符合IEC60584標準“K”型（個別超過高溫場合可選用“B”型），或采用pt100熱電阻，三線制，0℃時電阻為100Ω，溫度系數為0.00385/℃，符合IEC60751標準。現場儀表（溫度）檢測元件名稱分度號溫度范圍（℃）鉑熱電阻R0=100ΩPT100-200~650鎳鉻-鎳硅熱電偶K0~1000鎳鉻-康銅熱電偶E0~750鉑銠10-鉑熱電阻S0~1300鉑銠10-鉑熱電阻R0~1300鉑銠30-鉑6熱電阻B0~160新型CS3000R3.01系統構成EthernetVnetHISSFCSoooLFCSHIS/ENGEnclosedDisplayStyleConsoleHISRFCS2(newmigrationtypeFCS)OpenDisplayStyleConsoleHISoooKFCS(FCSforFIO)ERbus(EnhancedRemotebus)FF-H1最小系統配置Vnet總線

ANB10*：本地節點單元模擬量信號開關量信號HIS人機接口站(PC/AT兼容機)FCU本地節點ANB10*系統規模最小配置最大Domain配置最大位號數:100,000perICS最大站數:64(HIS最大:16臺)最長V-net總線:20km最長RIO總線:20kmperFCS最長ESB:10m最長RIO總線:2km:100,000perICS:256:20km:20kmperFCS:10mperFCS:2KmperFCS:16最大Domains數最大系統配置HISHIS*V-net(同軸電纜):500mRIO總線(雙絞線):750mER總線:185m、500mESB總線:10mHISHISHISDomainHFbusRLbusV-netHISHISV-netDomain2Domain3Domain4Domain1Domain:與同一條總線連接的一組站綜合遠程范圍提供更大容量綜合現有的DCSHISEOPSMOPSFCSEFCSMFCD系統網絡結構VnetVnetESBBusNodeNode最大連接16臺HIS(PC)通訊協議

:IEEE802.3傳輸方式

:Tokenpassing傳輸速度

:10Mbps傳輸距離 :500m至20KmEthernet通訊協議

:TCP/IPVnet通訊Vnet通信規程:IEEE802.4存取控制:令牌傳遞傳輸速度:10Mbps傳輸距離:500mto20kmYCB111同軸電纜：最大500mYCB141同軸電纜：最大185m

混合使用：YCB141+0.4*YCB111<=185傳輸媒體:同軸電纜/光纖Vnet擴展光纖RRRRTTRRRRTTMax.500mMax.500mMax.500mMax.15kmMax.15km最長20km同軸電纜Vnet光纖ESB總線(FIO)ESBbusFCUVnet介質:專用內部總線（YCB301）距離:max：10m速度:128Mb/s（RIO2Mbps）最多連接10臺NodeER總線(FIO)介質:基于Ethernet（YCB141）距離:max：185m(10BASE2）

max：500m（10BASE5）

max：2km（帶標準

Ethernet中繼器）

速度:10Mb/s（RIO2Mbps）

每臺FCU最多能連續連接4個ER總線每臺FCU最多能安裝8臺遠程節點每臺FCU最多能安裝10臺節點最多連接8臺遠程NodeKFCS(FORFIO)結構FCU：現場控制單元ESB總線：用于連接FCU和

ANB10*Node：由ANB10*和ANR10*組成ANB10*：本地節點單元(電源模件、SB401及FIO組成)ANR10*：遠程節點單元(電源模件、EB501及FIO組成)ESB總線上最多連接10臺ANB10*和ANR10*，其中連接ANR10*最多8臺SB401：ESB總線接口模件（本地節點側），可雙重化EB501：ER總線接口模件(遠程節點側），可雙重化EB401：ER總線接口模件(本地節點側），可雙重化FIO:輸入輸出模件,8Slot/節點單元,(8x10)/FCUKFCS的FCU結構(FORFIO)ThanksPair&Spare技術（SFCS、KFCS）COMPCPUSYNCCPUBUFFERCOMPCPUSYNCCPUBUFFER控制側備用側INPUTOUTPUTBUFFERBUFFERNode(forFIO)結構ThanksThanks

FIONodetype特點（1）

富有靈活性

有2種節點類型本地節點與FCU安裝在同一機柜內用于快速反應控制遠程節點在現場設備附近安裝減少布線安裝費用FCULocalnodeLocalnode<控制室>Remotenode安裝在現場設備附近Remotenode用于快速反應控制<現場>特點(2)

高密度安裝緊湊節點每臺FCS最多連接10臺

節點開放式結構FIO遠程I/O總線基于Ethernet,有助于減少安裝費用通用網絡設備,例如能使用中繼器連接8臺FIO遠程I/O總線通用的19”大小采用普通機柜支持FOUNDATION現場總線標準能連接任何FOUNDATION現場總線設備

FIOAnalogI/OmodulesAnalogI/Omodules<Non-isolatedtype>（非隔離型）■AAI141 16ChCurrentinput 4～20mA,Transmitterpowersupply（能給現場變送器提供24V電源）■AAV141 16ChVoltageinput 1～5V■AAV142 16ChVoltageinput －10V～＋10V■AAI841 8ChCurrentinput,8ChCurrentoutput 4～20mA,Transmitterpowersupply（能給現場變送器提供24V電源）■AAB841 8ChVoltageinput、8ChCurrentoutput 1～5Vinput，4～20mAoutput■AAV542 16ChVoltageoutput －10V～＋10V<Isolated(betweensystemandfield>（系統與現場之間隔離）■AAT141 16ChmV,TCinput JISR,J,K,E,T,B,S,N/-100～+150mV■AAR181 12ChRTD JISPt100Ω<ChannelIsolated(500VAC)>（通道間隔離）■AAI135 8ChCurrentinput 4～20mA,Transmitterpowersupply（能給現場變送器提供24V電源）■AAI835 4ChCurrentinput,4ChCurrentoutput4～20mA,Transmitterpowersupply（能給現場變送器提供

24V電源）■AAT145 16ChmV,TCinput JISR,J,K,E,T,B,S,N/-100～+150mV■AAR145 16ChRTD/POTinput RTDJISPt100Ω/POT10kΩ■AAP135 8Ch0～10kHzPulseinput Transmitterpowersupply（12V/24VDC）（給變送器提供12/24VDC電源）Shuntresistancecanbeselected.（能選擇分流電阻）

FIODigitalI/OmodulesDigitalI/Omodules<普通類型>■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.<與CENTUM-ST兼容類型>■ADV859 ST2compatible（16Chinput,16Choutput）■ADV159 ST3compatible（32Chinput）■ADV559 ST4compatible（32Choutput）■ADV869 ST5compatible（32Chinput,32Choutput）■ADV169 ST6compatible（64Chinput）■ADV569 ST7compatible（64Choutput）壓線式端子塊型KS電纜連接型MIL連接型模擬量I/O模件：具有MIL連接型、KS電纜連接型及壓線端子型MIL連接型KS電纜連接型ADV151ADV551ADV141ADV142ADR541ADV157ADV557ADV161ADV561ADV869ADV169ADV569ADV859ADV159ADV559用于連接ADV141、ADV142端子板使用雙冗余I/O模件時，用兩個端子用于連接ADV151端子板使用雙冗余I/O模件時，用兩個端子FIO通信模件串行通信模件RS-232C(ALR111)2個端口D-sub9RS-422/RS-485(ALR121)2端口只能安裝在本地節點安裝在遠程節點分階段進行Foundation現場總線通信模件(LAS)FF-H1(ALF111)4個端口可雙重化有壓線端子和經由AKB336電纜連接到ALF111的連接端的連接方式

可安裝在本地節點和遠程節點ALR111ALR121ALF111有各種FIOI/O模件可供用戶選擇模擬量模件有三種不同的隔離的方法系統與信號的隔離,通道與通道隔離橫河的工業產品，可防止高噪聲及干擾系統與信號的隔離,通道與通道非隔離與現有多點模件等價，用于監視非隔離有利于產品競爭，防止噪聲。與現有DI/DO模件兼容，但件需要一個外部電源。具有110/220VAC觸點直接輸入模件，低成本繼電器模件等。插入式繼電器不需要外部繼電器面板I/O模件安裝位置的限制1.多點熱電偶卡件AMM22T只能依次放在第5、4、3、2、1個Nest，AMM22T下面不能放單點卡件。2.模擬量I/O模件高速插件箱AMN12只能放在第1個Nest，第2、3、4Nest只能空著，不能安裝任何其它插件箱。其它插件箱只能安裝在第5插件箱。3.通信卡插件箱AMN51只能安裝一塊且只能裝在第2個Nest。

4.安裝模件可帶電拔插而無須停機。5.在節點單元內安裝電流I/O模件或脈沖I/O模件，因為給變送器提供電源，最多能安裝6個模件。這些模件包括：AAI135、AAI835、AAI141、AAI841、AAB841、AAP135如果只安裝AAI135和AAI835時，最多可安裝8個模件模擬量電流輸入模件雙重化時，待機側的模件個數不算數量模擬量電流輸出模件雙重化，待機側的模件個數算0.5的數量6.通信模件ALR111和ALR121不能安裝在遠程節點。一臺FCU最多只能安裝6臺ALR111和ALR121，如果雙冗余最多安裝3對。7.一臺FCU最多只能安裝Foundation現場總線通信模件ALF11116臺,如果雙冗余最多安裝8對ALF111。8.安裝模件數量受周圍溫度條件限制FCS機柜周圍溫度在40C

以上遠程節點在50C以上9.電源模件、總線接口件模配置不是雙冗余或沒有安裝I/O模件時，請配置盲板以保護空槽。RIO節點RIObusFCUNIU模擬量I/O開關量I/OYS100PLCetc.子系統NIUIOUIOUIOUIOUIOUIOU

NIU數:8個/FCSIOU數:5個/NIU標準型FCU結構雙重化電源卡處理器卡節點通訊卡與Vnet連接電源與RIObus連接LFCS(RIO)結構oooooo機柜安裝19“機架安裝部件正面背面I/O單元擴展框架節點FCU電流/電壓輸入(AAM10,AAM11帶開方)mV,T/C,RTD輸入(AAM21)脈沖輸入(APM11)電流/電壓輸出(AAM50,AAM51電壓/電流)以上模件均放在AMN11Nest16點電壓輸入(AMM12T)

16點mV輸入(AMM22M)16點熱電偶輸入(AMM22T)16點熱電阻輸入(AMM32T)16點電流輸入（給現場供電）(AMM42T)16點電流輸出(AMM52T)以上模件均放在AMN31Nest2塊/Nest1塊/NestPoint重要控制回路RIOI/O模塊

(1)模擬量I/O單元模擬量I/O模塊多點模塊多點I/O單元16點輸入(ADM15R)16點輸出(ADM55R)以上Modules均放在AMN21Nest1塊/Nest16點輸入(隔離)(ADM11T)16點輸出(隔離)(ADM51T)32點輸出(ADM12T)32點輸出(ADM52T)以上Modules均放AMN31Nest,2塊/Nest數字量與模擬量不能混裝

RIOI/O模塊(2)繼電器I/O單元繼電器I/O模塊端子型接點I/O模塊端子型接點I/O單元RIOI/OModule(3)RS-232C(ACM11、ACM21)RS-422(ACM12、ACM22)RS-485(ACM12、ACM22)現場總線(ACF11不能與ACM1*混裝)2（ACM11、ACM12、ACF11）/AMN332(ACM21、ACM22）/AMN352（ACM21、ACM22）/PFCS，不能安裝在CS1000Release14（ACM11、ACM12）/PFCS通信模塊通信單元接插件型接點I/O單元16點輸入(隔離)(ADM11C)16點輸出(隔離)(ADM51C)32點輸入(ADM12C)32點輸出(ADM52C-2)以上Modules均放AMN32Nest4塊/Nest-1:在ON-Line維護時，Reset輸出值-2:在ON-Line維護時，保持當前輸出值SLOT接插件型接點I/O模塊

RIOI/O模件系統構成注意事項一些系統配置，為了存貯項目數據，要求配置PC服務器(OS：Windows2000)。如果連接的PC機臺數超過8臺以上，則要與Yokogawa聯系。如果8臺以下則不需要配置PC服務器。以下是計算所連接PC機的臺數：當不使用Foundation現場總線組態工具（SSS5700）:HIS+{(ENG-1)*2}+Exaopc當使用Foundation現場總線組態工具（SSS5700）:HIS+{(ENG-1)*2}+Exaopc+2既是組態功能和操作監視功能安裝在同一臺PC機內，也要分別計算PC機的臺數。當使用擴展測試功能LHS5425:在三臺PC機以上運行LHS5425時，要求有一臺服務器計算機，請與Yokogawa聯系。為什么推出新型HIS?新型HIS采用Windows2000作為軟件平臺由于結構的原因PC機不能替代Yokogawa的LPH21C。R2版與R3版HMI的改變方向

R2 R3orlaterHISongenericPC HISongenericPCConsoleHIS YokogawaConsoleKit+genericPCNewConsolesgenericPCConsoleHardwareSuppliedbyYokogawaAssembleaPCintotheconsolekit.Encloseddisplaystyleconsolekit(foronlyCS3000)Opendisplaystyleconsolekit人機接口站組成(1-1)Console不帶顯示器BasicconsoleStackeddisplayconsoleConsole帶小型顯示器15”液晶顯示器Single-loopcontrolkeyboard18”液晶顯示器

可同時操作8-loop的操作員鍵盤Touchpanel18”液晶顯示器

可同時操作8-loop的操作員鍵盤Touchpanel(只對下段LCD)OpenDisplayStyleConsole型操作站適用于

CS1000適用于CS3000每一臺PC內必須安裝VF701卡及AIP261。

AIP261是ConsolesHIS用的擴展接口卡，用于連接操作員鍵盤及觸屏功能。AIP261與

ConsoleKit綁定在一起Opendisplaystyleconsole多種顯示器的大小可供選擇,操作員鍵盤類型(single-loopor8-loopcontrol)等

價格取決于功能

使用LCD液晶顯示器（15”或18”）可防止電磁波的發射

CRTtobephasedout容易維修(LCD替換)人機接口站組成(1-2)AUX板有1個AIP261接口和4個RS-232C接口（COMACOMD）。COMB連接到操作員鍵盤，COMC連接到CRT觸屏，RS-232接口為D-sub9-pinmale，電纜長度為15m。

AIP261擴展接口卡的構成OpendisplaystyleconsoleEncloseddisplaystyleconsoleHIS人機接口站組成(2)Encloseddisplaystyleconsole(foronlyCS3000)具有和ICS、LPH21C相同的外型與現有Consoles相一致

通用的上段的顯示器箱

顯示器21”雙層LCD時，要求128MB以上的內存

每一臺PC內必須安裝VF701卡及AIP261。

AIP261是ConsolesHIS用的擴展接口卡，用于連接操作員鍵盤及觸屏功能。AIP261與

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

DELLPrecisionWorkstation220CPU：PentiumIII866MHz內存內存

:128/256MBHDD:10/20GB及以上軟驅:1個(3.5)CD-ROM:1個CRT:256色,1024X768鼠標器：1個鍵盤：106鍵盤，PS2串口:一個以上RS232C操作鍵盤,9芯)并口:一個（打印機）總線槽路：PCI總線*5操作系統:WINDOWS2000on-board10/100BaseTXLANcardPC機硬件要求NewConsoles特點比較?

AvailableforonlylowerLCDofan18”-LCDmodel?? Availableforonly18”-LCDmodelsEncloseddisplaystyleconsoleOpendisplaystyleconsole

有與CENTUM-ST兼容的模件可移植現有系統CENTUM-XL和CENTUMV,可使用與ST卡完全兼容的模件使用外部電源可降低成本。

與CENTUM-ST兼容模塊有2種類型的數字模塊.新型模塊常規從I/O模塊外部提供電源.ST卡

和RIO數字模塊能從I/O模塊內部提供電源.DI內部供電DI外部供電DO內部供電LoadDO外部供電LoadST,RION