集散控制系统的工程设计答案.docx
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集散控制系统的工程设计答案
集散控制系统的工程设计
唐进
北京邮电大学自动化学院
bittrinity@
集散控制系统讲稿
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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。
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5.1.1招标文件编制
（1）集散控制系统选型和评估的步骤
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。
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（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。
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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。
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（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。
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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。
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（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。
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使用矩阵表法评估时，应注意下列事项：
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
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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。
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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。
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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。
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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
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（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。
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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。
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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。
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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。
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“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。
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“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”。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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5.2.4设计符号的应用示例
功能图的应用示例
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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
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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单独的电源对其供
电，即在现场总线上仅传输有关数据信号。
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（1）与一般模拟仪表接线的区别
①通信系统的接线需要设置终端器实现线路阻
抗匹配。
②一般模拟仪表系统的接线电缆可根据实际的
电流或传送距离等条件选用各种类型的电
缆；现场总线的电缆有一定的类型规定，对
导线线径、特征阻抗等都有严格要求。
③一般模拟仪表系统采用标准电流（或电压）
信号，一些仪表之间采用串联连接；而现场
总线控制系统中的仪表是并联连接到现场总
线的。
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④受输入和输出阻抗的限制，一般模拟仪表的输
出可允许连接两台模拟输入仪表。
现场总线控
制系统中，一条现场总线上最多可挂接的现场
总线设备数量也受到连接方式、通信量、通信
电缆类型等限制。
基金会现场总线设各的总数
为16台。
⑤一般模拟仪表的输人和输出是电压或电流信
号，因此，它们的连接有极性。
现场虑线设各
有极性连接和无极性连接两种，对无极性设备
的接线可直接接线，不必考虑信号线极性。
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（2）接线图
示例
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（3）功能块连接
除了需要外部的接线图外，还需要绘制功能模块的连接图，用
说明各功能模块的连接关系，即说明控制算法的实现方法。
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（3）功能块连接
上图中，没有画出液位、给水流量指示仪表框的图形符号，也
没有画出三冲量与单冲量控制的切换开关等。
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5.3集散控制系统的工程设计
集散控制系统工程设计指施工图设
计。
它是在集散控制系统选型已经完
成，初步设计已通过审批后进行的设计
工作。
由于集散控制系统的特点，施工
图设计阶段，自控设计人员仍要与制造
商、建设单位和各专业设计人员密切配
合，精心设计，才能在施工图设汁阶段
和使用阶段起好指导作用。
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5.3.1施工图设计的基本程序
施工图是用于施工的技术文件。
它从施
工角度出发，解决设计中的细节部分。
施工
图设计的基本程序如下。
1）施工图设计前的调研:
施工图设计前的调研主要解决下列问题。
初步设计阶段发现的技术问题。
集散控制系统定型后发现的技术问题。
经试验后尚未解决的问题。
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5.3.1施工图设计的基本程序
2）施工图开工报告
施工图开工报告主要包括:
设计依据、自动化水平确定、控制方案确
定、仪表选型、控制室要求、动力供应、带
控制点工艺流程图及有关材料选型等。
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5.3.1施工图设计的基本程序
3）设计联络
与集散控制系统制造厂商进行设计联络，
解决下列问题：
确定设计的界面。
熟悉集散控制系统硬、软件环境对设计的要
求。
集散控制系统定型后遗留的技术问题。
对集散控制系统外部设备的要求。
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5.3.1施工图设计的基本程序
4）施工图设计
除了一般施工图设计文件外，根据集散控制
系统的特点，还需对计算机的有关内容进行补
充。
其设计深度规定如下。
⑴DCS设计文件目录
指有关DOS设计文件的目录。
⑵DCS技术规格书
包括集散控制系统特点、控制规模、系统功能要
求、系统设计原则、硬件性能和技术要求、质量
保证、文件交付、技术服务及培训、检查和验
收、发送条件、备品各件及易损件、DCS工作进
度计划等。
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⑶DCS－I／O表：
包括DCS监视、控制的仪表位号、名称、输人
输出信号类型、是否需要提供输入输出安全
栅和电源等。
它常作为DCS询价和采购的依
据。
⑷联锁系统逻辑图：
包括逻辑图图形符号和文字符号的图例、有
关联锁系统的逻辑原理和连接图。
图中需说
明输人信号的位号、名称、触点位置、联锁
原因、故障时触点状态、联锁逻辑关系、故
障时动作状态、连接设各名称和位号等。
它
常用于DCS中完成联锁控制系统的组态。
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⑸仪表回路图：
以控制回路为单位，分别绘制DCS内部仪表
（功能模块）之间，它们与外部仪表、供电电
源、端子柜、电缆、接线盒及接线端子之间的
连接关系，DCS内部通信链的连接关系等。
它
用于控制系统的组态。
⑹DCS监控数据表：
包括检测和控制回路的仪表位号、用途、测量
范围、控制和报警设定值、控制器正反作用和
控制器参数、输人信号、控制阀故障时的状态
及其他要求等。
它用于编制DCS组态工作单。
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⑺DCS系统配置图：
以特定图形符号和文字符号表示操作员站、
工程师站、分散过程控制站、输入输出及通
信系统组成的集散控制系统结构。
需说明输
人输出信号类型、数量、有关硬件配置情
况。
它用于DCS询价和采购。
通过该系统配置
图可了解DCS的基本硬件构成。
⑻控制室布置图：
包括控制室内部操作员站、端子柜、辅助机
柜、配电盘、DCS机柜和外部辅助设各，例
如，打印机、拷贝机等的布置，硬件和软件
工作室、UPS电源室等用房的布置。
它作为土
建专业的设计条件和用于确定设备的位置
等。
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⑼端子（安全栅）柜布置图：
包括接线端子排（安全栅）在端子柜中的布置。
需标
注相对位置的尺寸、安全栅位号、铭牌及注字、端子
排编号、设各材料表及机柜外形尺寸、颜色等。
它用
于DCS询价和采购及有关设各的采购等。
⑽工艺流程显示图：
采用过程显示图形符号，按照装置单元，绘制带有主
要设备和管道的流程显示画面（包括总貌、分组、回
路、报警、趋势及流程画面等），用于在显示屏显
示，供操作、控制和维护人员使用。
流程图应包括检
测控制系统的仪表位号和图形符号、设备和管道的线
宽和颜色、进出物料名称、设备位号、动设各和控制
阀等的运行状态显示等。
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⑾DCS操作组分配表：
包括操作组号、操作组标题、流程图画面页
号、显示仪表位号及说明等。
它用于DCS组态
和生成图形文件。
⑿DCS趋势组分配表：
包括趋势组号、趋势组标题、显示趋势的仪表
位号和趋势曲线颜色等。
它用于DCS组态和生
成图形文件。
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⒀DCS生产报表：
包括生产报表格式（班报、日报、周报、旬报、月报
等）、采样时间、周期、地点、操作数据、原料消耗
和成本核算等。
它用于编制DCS组态工作单，便于为用
户提供生产报表。
⒁电缆布置图：
包括控制室电（光）缆布置和现蜘电（光）缆布置
图。
控制室电（光）缆布置图是在控制室布置图的基
础上绘制进出控制室的信号电缆、接地线、通信电
（光）缆电源线等电（光）缆和电线的走向、电
（光）缆绲号、位置和标高、汇线槽编号、位置和走
向等。
现场电缆布置图常用于现场总线控制系统的布
线，应根据现场总线控制系统的要求，绘制各电
（光）缆的线缆走向、位置、编号、现场仪表位号、
汇线槽编号、位置和走向等。
电缆布置图用于DCS系统
的安装。
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⒂仪表接地系统图：
绘制仪表盘、DCS操作站、工程师站、端子柜
和有关仪表和设各的保护接地、系统接地、本
安接地等接地系统的连接关系，注明有关接地
线的规格、接地体的接地要求等。
它用于安装
连接。
⒃操作说明书：
包括工艺操作员、设备维护和系统操作人员的
操作规程。
主要内容有控制系统操作、参数整
定和故障处理方法；操作键盘各键钮功能和操
作方法；显示画面规格、类型和画面调用方
法；打印报表分类、内容和打印方式；系统维
护等。
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⒄控制功能图：
按检测、控制回路，分别绘制由相应的功能模
块连接组成的控制功能图，列出内部功能模块
的名称、数量、连接端子等用于控制系统组
态。
⒅通信网络设备规格表：
列出通信网络设备的型号、规格、数量及连接
电（光）缆的型号、规格和长度等。
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5.3.1施工图设计的基本程序
5）设计文件的校审和会签
设计、校核、审核和审定等各级人员要按各
自的职责范围，对设计文件进行认真负责的校审。
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