工业厂房FMCS系统设计概述

工业厂房FMCS系统设计概述

FMCS（Facility Monitoring Control System厂务监控系统）是将厂务设施各系统的监控资料利用Ethernet、控制器、通讯设备等集成至中央监控设备，形成全厂监控系统，以达到以下目的：互通全厂信息、提升整体管理绩效、简化运转维护困难度、降低管理成本等。

一FMCS的结构

FMCS是一个采用分层的分布式结构的监控系统，按控制级别分，分为三层：第一层为现场设备层。该层包括各类传感器、变送器、探测器、阀门执行机构，变速设备，马达电机，限位开关及其他相关工艺设备及装置，实现对现场数据的上传和控制器命令的执行的功能。

第二层为控制层。该层包括可完成单元层操作的软件和硬件。例如单回路控制器和可编程的逻辑处理器等设备，实现对底层设备的数据采集，下发控制命令，监视现场控制情况的功能。

第三层为管理层（SCADA），该层分为现场子系统管理和全厂管理。管理层包括操作站、工程师站、主服务器、OPC 服务器、WEB 服务器、热备份服务器、图形打印机、报警打印机、SCADA用的HMI 软件等。现场子系统管理主要完成各子系统的监视和操纵，进行现场数据的提取，并将数据作为集成系统的OPC Server数据源，现场子系统管理是确保各子系统独立运行的基础。全厂管理是监视和管理中心，负责整个系统协调运行和综合管理。

二各层间的数据传输

现场设备层至现场控制器层，有两种数据传输途径。一种是控制电缆，应用于常规I/O点数据的传递；一种是现场总线，应用于自带控制柜和网络接口的成套设备的数据传递，以及远程I/O模块与主控制器之间的通讯。现场控制器层至管理层的数据传输，以及控制器层本次通信、管理层本层通信主要依靠的是以太网。最上层的企业管理层网络，主要用于企业的计划、销售、库存、财务、人事以及企业的经营管理等方面信息的传输。简易原理图如下图所示：

控制电缆类型、现场总线类型与采用协议类型需根据具体工程情况而定。

三系统的集成

对于动力控制来说，FMCS系统由多个子系统组成。常见的子系统有暖通、工艺排风、工艺冷却水、冷水机组、冷冻水分配和冷却塔、锅炉和加热水、空压机、给排水等。

一般FMCS内的所有子系统采用与全厂FMCS一致的软硬件和相同的协议标准。子系统与整个系统只使用一个系统数据库。

四系统底层设计环节

在我院目前实际工程设计中，系统的集成、控制软件的编写调试，以及现场系统调试均由自控包商深化设计完成，自控专业设计人员主要需完成以下工作：1、仪表的选择

自控设计人员接受到工艺或机械专业提供的P&ID（Piping and Instrumentation diagram），先了解各仪表测量元件所在管道中的介质、回路功能，操作条件（操作压力、温度、密度、粘度、流速等），然后选择仪表类型、仪表各元部件的材质、填充物的材质、防爆等级、防护等级、洁净等级等，以及仪表安装方式、电气接口尺寸、测量范围、精度、信号输出类型、电源、通讯协议等。

在选择仪表的过程中，需与仪表供货商沟通交流，设计方提供仪表的工艺条件（操作工艺和设计工艺）及安装需求（设备、管道、腐蚀、含毒、温度、压力），供货商需提供仪表计算和选定型号。设计方根据仪表供货商选定的型号和计算书进行再一次的校对澄清（CLARIFICATION）以确保仪表能够满足工艺条件和正确安装。澄清是反复、细致的工作。（此工作一般为工艺自控范围，我院做的动力控制一般没有校对澄清，由包商自行深化了）。最终做成的数据表（DATASHEET），留作项目验收依据。各类仪表中需要特别注意的事项加入DATASHEET NOTES。

仪表的选择还需与各个专业配合。配合的内容如下：

（1）设备和管道安装接口

（2）工艺和管道专业为气动仪表提供气源

（3）电气专业提供相应的电源

（4）结构专业的仪表安装支撑

（5）提供仪表尺寸图给管道PDS或空间管理专业

（6）提供给建筑专业的留洞和布局条件等

2、现场控制器

根据控制仪表的信号数量和分布情况来确定现场接线箱和控制器的大致数量，根据仪表选定类型分配I/O接口，PLC或DDC，四种信号：AI、AO、DI、DO。还有一部分PROFIBUS等特用功能的数据信号分配。

3、电缆与桥架的选择

根据控制信号和现场接线箱的数量和规格计算仪表线缆、进而计算桥架。选择线缆和桥架种类和数量。设计布线和布桥架平面。

4、绘制自控专业的P&ID

在机械专业提供的系统流程和控制说明的基础上，绘制控制逻辑单线图或简单的点位图。

如果是化工项目的标准做法，P&ID图包括了工艺流程和自控要求，应由工

艺专业完成绘制，自控专业辅助校核自控相关内容或提技术条件。

5、绘制仪表平面图

根据机械专业提供的P&ID和部分仪表平面位置，绘制仪表平面图。仪表在平面中的位置仅为示意，仪表的具体位置需由自控包商通过现场调试来确定。

6、绘制供气、供电、接地系统图

7、I/O表

列举每一个仪表的I/O信号的信息，一般包括，仪表名称和位号、I/O类型、量程、单位、信号类型、是否要安全栅、供电、故障位置等。

8、仪表索引

列举每一个仪表的查找信息，一般包括，仪表名称、仪表用途、所在管线/设备号、所在P&ID图号、I/O类型、数量、位置、信号类型、供电、量程、单位、故障位置、数据表文件号、安装图索引号等。

9、说明自控图形符号，以便读图人员查询。

10、绘制自控仪表安装详图

可提供自控仪表安装标准图集，也可将仪表安装不同方式归类，并绘制安装详图。

11、绘制FMCS架构图和中控室设备布置图

12、编写FMCS系统说明

13、统计材料表，包括线缆、桥架、接线箱、气源分配器、尼龙管、短管、转接头和仪表附件等。

后叙：

仪表和自动控制专业在化工、大型集成电路等工程里面是非常重要的角色，越是大型的项目，监测和自动化集成度越高，而同时I&C专业也是各个专业的下游专业，受主导专业（工艺和各机械专业）的设计影响很大，所以专业定位在服务专业。专业（繁琐和复杂）性质决定了工作必须要仔细，同时需要跟各个专业、供货商、甲方的沟通和交流都非常重要。I&C 专业是一个需要不断学习和提高的专业，仪表产品更新换代和控制系统的多样化、灵活性等决定了本专业的发展趋势。