DCS工程设计技术与应用实例

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DCS工程设计技术与应用实例

集散控制系统是具体应用时,必须对系统进行适应性的设计和开发,这种设计和开发式与被控对象密切关系的,任何一套DCS,不论其设计如何先进,性能如何优越,如果没有很好的工程设计和应用开发,都不可能达到理想的控制效果,甚至会出现这样或那样的问题故障。

1、DCS的工程设计

方案论证

方案论证也就是可行性研究设计(或简称可研设计)的主要任务是明确具体项目的规模、成立条件和可行性;确定项目的主要工艺、主要设备和项目投资具体数额。对于DCS的建设,可行性研究设计师必须进行的的第一步工作,它涉及到经济发展、投资、效益、环境、技术路线等大的方面的问题。由于这步工作与具体技术内容关系不大,因此这里不再详细描述。

2、方案设计

DCS的基本任务

方案设计的开始阶段,首先熬明确DCS的基本任务,包括以下几方面:

DCS的控制范围

DCS是通过对各主要设备的控制来控制工艺过程。设备的形式、作用、复杂程度、决定了该设备是否适用于用DCS去控制。有些设备,如运料车,就不能由DCS控制,DCS只能监视料库的料位;而另一些设备,如送风机,就可由DCS完全控制其启动、停止,改变负荷。那么在全厂的设备中,哪些由DCS控制,哪些不由DCS控制,要在总体设计中提出要求。考虑的原则有很多方面,如资金、人员、重要性,从控制上讲,以下设备宜采用DCS 控制。

(1)工作规律性强的设备

(2)重复性大的设备

(3)在主生产线上的设备

(4)属于机组工艺系统中的设备,包括公用系统。

DCS通过对这些设备的控制实现对工艺过程的总体控制。除此以外,工艺线上的很多独立的阀门、电动机等设备也往往是DCS的控制对象

DCS控制深度

几乎任何一台主要设备是部分地由DCS控制。DCS有时可以控制这些设备的起停和运行过程中的调节,但不能控制一些间歇性的辅助操作,如有些刮板门等。而对有的设备,DCS 只能监视其运行状态,不能控制这些就是DCS的控制深度问题。DCS的控制深度越深,就要求设备的机械与电气化程度越高,从而设备的造价越高。在总体设计中,要决定DCS控制与监视的深度,使后续设计是可以实现的。

DCS的设计方案

硬件设计

硬件初步设计的结果应可以基本确定工程队DCS硬件的要求及DCS对相关接口的要求,主要是对现场接口和通信接口的要求。

确定系统I/O点。根据控制范围及控制对象决定I/O点哦数量、类型和分布。

确定DCS硬件。这里的硬件主要是指DCS对外部接口的硬件,根据I/O点的要求决定DCS 的I/O卡;根据控制任务确定DCS控制器的数量与等级;根据工艺过程的分布确定DCS控制柜的数量与分布,同事确定DCS的网络系统;根据运行方式的要求,确定人机接口设备、工程师站及辅助设备;根据与其他设备的接口要求,确定DCS于其他设备的通信接口的数量与形式。

软件设计

软件设计的结果使工程师将来可以在此基础上编写用户控制程序,需要做以下工作。

根据顺序控制要求设计逻辑框图或写出控制说明,这些要求用于组态的指导。

根据调节系统要求设计调节系统框图,它描述的是控制回路的调节量、被调量、扰动量、连锁原则等信息。

根据工艺要求提出连锁保护的要求。

针对应控制的设备,提出控制要求,如启、停、开、关的条件与注意事项。

做出典型的组态用于说明通用功能的实现方式,如单回路调节、多选一的选择逻辑、设备驱动控制、顺序控制等,这些逻辑与方案规定了今后详细设计的基本模式。

规定报警、归档等方面的原则。

人机接口的设计

人机接口的初步设计规定了今后设计的风格,这一点在人机接口设计方面表现得非常明显,如颜色的约定、字体的形式、报警的原则等。良好的初步设计能保持今后详细设计的一致性,这对于系统今后的使用非常重要,人机接口的初步设计内容与DCS的人机接口形式有关,这里所指出的只是一些最基本的内容。

画面的类型与结构,这些画面包括工艺流程画面、过程控制画面(如趋势图、面板图等

)、系统监视画面等,结构是指他们的范围和它们之间的调用关系,确定针对每个功能需要有多少幅画面,要用什么类型的画面完成控制与监视任务

画面形式的约定,约定画面的颜色、字体、布局等方面的内容。

报警、记录、归档等功能的设计原则,定义典型的设计方法

人机接口其他功能的初步设计。

4、工程设计

系统的方案设计完成后,有关自动化系统的基本原则随之确定。但针对DCS还需要进行工程化设计(或称DCS的详细设计),才能使DCS与被控过程融为一体,实现自动化系统设计的目标。DCS工程化设计过程,实际上就是落实方案设计的过程。如果说在方案设计阶段以及之前的各个设计阶段,其主要执行者是设计院的话,那么DCS工程化设计的主要执行者将是DCS工程承包商和用户。用户在DCS的工程化设计中将扮演着重要的角色。

控制系统的方案设计和DCS的工程化设计这两部分的工作是紧密结合在一起的,而设计院和DCS工程承包商、用户之间也将在这个阶段产生密切的工作联系和接口。因此,这个阶段是控制系统成败的关键,必须给予高度的重视。

DCS工程化设计与实施步骤

一个DCS项目从开始到结束可以分成:招标前准备、选型与合同、系统工程化设计与生成、现场安装与调试、运行与维护五个阶段,为了对DCS的工程化设计和实施过程有一个清晰认识,先给出一个DCS项目实施步骤及每一步所完成文件的清单,列出没一阶段要完成的工作。

1、招标前的准备阶段要完成的工作(用户/设计院)

1)确定项目人员。

2)确定系统所用的设计方法

3)制定《技术规格书》

4)编制《招标书》。

5)招标

2、选型与合同阶段要完成的工作(用户/设计院)。

1)应用评标原则分析各厂家的《投标书》。

2)厂家书面澄清疑点。

3)确定中标厂家

4)与厂家进行商务及技术谈判。

5)签订《合同书》及《技术协议》。

3、系统工程化设计与生成阶段要完成的工作。

1)进行联络会议,确定项目进度及交换技术资料,提供设计依据和要求,形成《系统设计》、《系统出厂测试与验收大纲》、《用户培训计划》。

2)用户培训

3)系统硬件装配和应用软件组态。

4)软件下装、联调与考机。

5)出厂测试与检查。

6)系统包装、发货与运输。

4、现场安装与调试阶段要完成的工作

1)开箱验货和检查

2)设备就位、安装

3)现场接线

4)现场加电、调试

5)现场考机

6)现场测试与验收

7)整理各种有关技术文档

8)现场操作工上岗培训

5、维护与运行阶段要完成的工作

1)正常运行的周期性检查

2)故障维修

3)装置大修检查

4)改进升级

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