過程控制工程設(shè)計—自控工程設(shè)計的任務(wù)和方法

1、1,機電學(xué)院自動化研究所：許素安仰儀南樓310 電話：86914549,自控工程設(shè)計的任務(wù)和方法,2,工程,每個工程（Project）項目由若干工程組成。例如土建工程、管道工程、公用工程、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控工程等。自動控制工程（有時也叫做儀表工程）是這些工程中的一項，可下圖表示這個概念。,3,“項目過程”指的是項目實施過程（Project Implementation）。工程設(shè)計是項目實施過程的一個階段。 工程設(shè)計（Engi

2、neering Design）過程是用圖紙、圖表等表達技術(shù)實施方案的過程。 自控工程設(shè)計是為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，用圖紙資料和文字資料的形式表達出來全部工作。 根據(jù)各種技術(shù)數(shù)據(jù)和技術(shù)文件，設(shè)計階段產(chǎn)生出相應(yīng)的設(shè)計文件。現(xiàn)代自動化工程中的設(shè)計、供貨、安裝、調(diào)試等工作，在責任劃分上會出現(xiàn)交叉，因此設(shè)計與施工界線不是很清晰，概念上更多的是強調(diào)‘實施’。,項目過程,4,項目實施過程示意圖：,5,自控工程設(shè)計的任務(wù),自控工程設(shè)

3、計的任務(wù)：負責工藝生產(chǎn)裝置與公共工程、輔助工程系統(tǒng)的控制設(shè)計，檢測儀表、在線分析儀表和控制及管理用計算機等系統(tǒng)的設(shè)計以及有關(guān)的程序設(shè)計、信號報警和連鎖系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)SIS、緊急停車系統(tǒng)ESD的設(shè)計。P.3,6,ESD-緊急停車系統(tǒng),ESD緊急停車系統(tǒng)按照安全獨立原則要求，獨立于DCS集散控制系統(tǒng)，其安全級別高于DCS。在正常情況下，ESD系統(tǒng)是處于靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)。作 為安全保護系統(tǒng)，凌駕于生產(chǎn)過程控制之上，實時在線

4、監(jiān)測裝置的安全性。只有當生產(chǎn)裝置出現(xiàn)緊急情況時，不需要經(jīng)過DCS系統(tǒng)，而直接由ESD發(fā)出保護聯(lián)鎖 信號，對現(xiàn)場設(shè)備進行安全保護，避免危險擴散造成巨大損失。,7,1.據(jù)工藝專業(yè)提出的監(jiān)控條件繪制工藝控制圖（PCD）2.配合系統(tǒng)專業(yè)繪制各版管道儀表流程圖（P&ID）；3.征集研究用戶對P&ID及儀表設(shè)計規(guī)定的意見；4.編制儀表采購單，配合采購部門開展儀表和材料的采購工作；5.確定儀表制造商的有關(guān)圖紙，按儀表制造商返

5、回的技術(shù)文件，提交儀表接口條件，并開展有關(guān)設(shè)計工作；6.編制最終自控工程設(shè)計文件。,自控工程設(shè)計階段的工作 P.3,8,1.檢測、控制、報警、聯(lián)鎖/停車和監(jiān)控/管理計算機系統(tǒng)的設(shè)計；2.檢測儀表、控制系統(tǒng)及其輔助設(shè)備和安裝材料的選型設(shè)計；3.檢測儀表和控制系統(tǒng)的安裝設(shè)計；4.負責DCS、PLC、ESD和上位計算機（監(jiān)控、管理）的選型，并負責和參加軟件的編制工作；5.負責現(xiàn)場儀表的環(huán)境防護措施的設(shè)計；6.接受其他主導(dǎo)專業(yè)的設(shè)計

6、條件，提出設(shè)備、管道、電氣、土建、暖通和給排水等專業(yè)的設(shè)計條件；7.負責控制室、分析室以及儀表車間的設(shè)計；8.負責工廠生產(chǎn)過程計量系統(tǒng)的設(shè)計。,自控工程設(shè)計的八項任務(wù) P.3,9,在設(shè)計工作中，必須嚴格的貫徹執(zhí)行一系列技術(shù)標準和規(guī)定，根據(jù)現(xiàn)有同類型工廠或試驗裝置的生產(chǎn)經(jīng)驗及技術(shù)資料，使設(shè)計建立在可靠的基礎(chǔ)上。 在設(shè)計過程中，應(yīng)對工程的情況、國內(nèi)外自動化水平，自動化技術(shù)工具的制造質(zhì)量和供應(yīng)情況，以及當前生產(chǎn)中的一些新技術(shù)發(fā)展的

7、情況進行深入調(diào)查研究，才能有一個正確的判斷，作出一個合理的設(shè)計。 設(shè)計中還應(yīng)加強經(jīng)濟觀念，注意提高經(jīng)濟效益。,10,自控工程設(shè)計的體制,目前，在自控設(shè)計中，處于新老體制交叉階段。因此有必要在介紹新體制的同時，對曾被長期使用過的且當前在有些部門還習(xí)慣應(yīng)用的老體制進行概要的敘述。 一、老設(shè)計體制 二、新設(shè)計體制（國際通用設(shè)計體制）,11,老設(shè)計標準（CD 50A2-84）過渡設(shè)計標準（HG 20506-92）(現(xiàn)

8、行標準） 分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定（HG/T 20573）,老設(shè)計體制,12,1993年5月17日原化學(xué)工業(yè)部發(fā)布了《自控專業(yè)施工設(shè)計內(nèi)容深度規(guī)定》（HG 20506-92），并于當年9月1日開始作為自控工程設(shè)計的行業(yè)標準予以實施。這個標準同樣屬于老設(shè)計體制，但由于新設(shè)計體制剛頒布不久，目前尚處于新老體制交接階段，老設(shè)計體制在使用常規(guī)儀表的自控工程設(shè)計項目中還有應(yīng)用。因此稱其為過渡設(shè)計標準。 過渡設(shè)計標準與原設(shè)計規(guī)定（CD

9、 50A2-84）相比，主要是引出了儀表回路接線圖、儀表盤端子圖，它們在新體制中也被沿用。,過渡設(shè)計標準（HG 20506-92）,13,分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定（HG/T 20573）是由原化工部1995年8月28日發(fā)布，并于當年11月1日開始實施，為化工自控工程設(shè)計采用分散型控制系統(tǒng)（DCS）而制訂的技術(shù)規(guī)定。主要是針對用戶在設(shè)備選型、工程設(shè)計時應(yīng)著重考慮的一些問題而做出的規(guī)定，如對DCS采用原則、系統(tǒng)配置要求、可靠性要求、采用的

10、工程設(shè)計程序和任務(wù)，以及DCS系統(tǒng)組態(tài)等問題做出了規(guī)定。,分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定（HG/T 20573）,14,總則 2. DCS采用原則 3. DCS基本功能4. DCS的基本構(gòu)成 5. DCS電源 6. DCS可靠性 7. 控制室 8. 電源、電線 9. 電氣接地 10. 基礎(chǔ)設(shè)計和工程設(shè)計的任務(wù) 11. DCS應(yīng)用軟件組態(tài) 12. DCS的檢驗、安裝、調(diào)試 13.

11、 編制DCS技術(shù)規(guī)格書 本規(guī)定雖然發(fā)布在新體制前，但有關(guān)DCS工程設(shè)計程序等條文，是按照設(shè)計新體制要求編制的。并且對DCS的工程設(shè)計，新老體制的區(qū)別不是很大。因此這個規(guī)定不論是對執(zhí)行設(shè)計新體制還是執(zhí)行老體制的情況都是適用的。,全規(guī)定包括以13項內(nèi)容，以及兩個附錄和編制說明P.6,15,國家石油和化學(xué)工業(yè)局與1998年6月22日發(fā)布了《化工裝置自控工程設(shè)計規(guī)定》（HG/T 20636~20639），這個規(guī)定被稱為“新體制”

12、，即國際通用設(shè)計體制。按國際通用設(shè)計體制，有利于工程公司的工程建設(shè)項目總承包，對項目實施“三大控制”（進度控制、質(zhì)量控制、費用控制），也是工程公司參與國際合作和國際競爭，進入國際市場的必備條件。,國際通用設(shè)計體制（HG/T 20636~20639）,16,本設(shè)計標準適用于化工、石油化工、石油、輕紡、國防等行業(yè)的自控專業(yè)工程設(shè)計?！痘ぱb置自控工程設(shè)計規(guī)定》包括4項化工行業(yè)標準，共含22個分規(guī)定（見P.5）。1.《自控專業(yè)設(shè)計管理

13、規(guī)定》（HG/T 20636）（含10個分規(guī)定）2.《自控專業(yè)工程設(shè)計文件的編制規(guī)定》（HG/T 20637）（含8個 分規(guī)定）3.《自控專業(yè)工程設(shè)計文件深度的規(guī)定》（HG/T 20638）4.《自控專業(yè)工程設(shè)計用典型圖及標準目錄》（HG/T 20639） （含3個分規(guī)定）,國際通用設(shè)計體制（HG/T 20636~20639）,17,自控工程設(shè)計的階段劃分和設(shè)計內(nèi)容,工程設(shè)計要分階段進行的原因主要有：(P.6)1.

14、便于審查；2.隨時糾正錯誤；3.協(xié)調(diào)各專業(yè)之間的矛盾。,18,工程設(shè)計的階段劃分 1. 國內(nèi) 兩階段：初步設(shè)計和施工圖設(shè)計 三階段：初步設(shè)計、擴大初步設(shè)計和施工圖設(shè)計 2. 國際 兩階段：專利商承擔的工藝設(shè)計（基礎(chǔ)設(shè)計）和由工程公司承擔的工程設(shè)計；其中工程設(shè)計再劃分為基礎(chǔ)工程設(shè)計和詳細工程設(shè)計（工作見P8）。,19,自控工程設(shè)計的方法和程序,自控工程設(shè)計的方法：(P.18)

15、 在接到一個工程項目后，進行自控工程設(shè)計時，按照什么樣的方法來完成這些內(nèi)容呢？1.熟悉工藝流程2.確定自控方案，完成工藝控制流程圖（PCD）3.儀表選型，編制有關(guān)儀表信息的設(shè)計文件4.控制室設(shè)計5.節(jié)流裝置和調(diào)節(jié)閥的計算,20,自控工程設(shè)計的方法（續(xù)）6.儀表供電、供氣系統(tǒng)的設(shè)計7.根據(jù)施工現(xiàn)場的條件，完成控制室與現(xiàn)場間聯(lián)系的 相關(guān)設(shè)計文件8.根據(jù)自控專業(yè)有關(guān)的其它設(shè)備、材料的選用等情 況，

16、完成有關(guān)的設(shè)計文件9.設(shè)計工作基本完成后，編寫設(shè)計文件目錄等文件 上述設(shè)計方法和順序，僅僅是原則性的提法，在實際工程設(shè)計中各種設(shè)計文件的編制，還應(yīng)按照以下自控工程設(shè)計的程序進行。,21,自控工程設(shè)計的程序 自控專業(yè)工程設(shè)計的程序如圖1-2所示。工作程序圖反映了自控專業(yè)在各版P&ID期間所要開展的工作。對于圖1-2有如下幾點說明。圖中各版P&ID期間所列的各種設(shè)計文件是表示開

17、 始編（繪）制的時間，有些設(shè)計文件在該期間可 以完成，有些設(shè)計文件則要延續(xù)到設(shè)計后期才能 完成，如儀表索引、儀表回路圖等；2.圖中所列的設(shè)計文件對某個具體工程項目，并不 一定都要完成，可以根據(jù)需要編（繪）制有關(guān)的 設(shè)計文件。若設(shè)計選用氣動儀表時，則設(shè)計文件 應(yīng)增繪相關(guān)圖，本程序中未列入。,22,自控工程設(shè)計的程序（續(xù)）3.化工工藝專業(yè)提交的自控設(shè)計條件有兩種形式，一 種為工藝流程圖和工藝說明

18、、材料平衡表、主要控 制說明等設(shè)計資料；一種為“儀表條件表”。兩種 形式自控專業(yè)都可以接受。4.儀表采購的配合工作在基礎(chǔ)工程設(shè)計階段就開始 了，如向采購部門提供“儀表設(shè)計規(guī)定”，推薦和 評估儀表詢價廠商等；5.儀表定位會議一般與模型審核會（設(shè)備、配管模 型）一起召開；6.程序圖中未包括DCS應(yīng)用組態(tài)所需的設(shè)計文件。,23,圖1-1a 自控專業(yè)工程設(shè)計階段工作程序圖（一）,A B C D E F G版，P7,

19、24,圖1-1b 自控專業(yè)工程設(shè)計階段工作程序圖（二）,25,圖1-1c 自控專業(yè)工程設(shè)計階段工作程序圖（三）,26,圖1-1d 自控專業(yè)工程設(shè)計階段工作程序圖（四）,27,自控設(shè)計與其他專業(yè)的協(xié)作關(guān)系（詳見書本）,自控專業(yè)與工藝專業(yè)的設(shè)計條件關(guān)系自控專業(yè)與系統(tǒng)專業(yè)的設(shè)計條件關(guān)系自控專業(yè)與管道專業(yè)的設(shè)計分工自控專業(yè)與電氣專業(yè)的設(shè)計分工自控專業(yè)與電信、機泵及安全（消防）專業(yè)的設(shè)計分工,28,自控專業(yè)工程設(shè)計中常用規(guī)定和標準

20、（P.27),在自控工程設(shè)計中經(jīng)常要采用一些規(guī)定和標準，在《化工裝置自控工程設(shè)計規(guī)定》中專門列出一個分規(guī)定“自控專業(yè)工程設(shè)計用標準目錄”(HG/T20639.3),主要有下列10個方面：1. 行業(yè)法規(guī)及管理規(guī)定； 2. 圖形符號；3. 工程設(shè)計規(guī)范； 4. 自動化儀表；5. 自控專業(yè)工程設(shè)計規(guī)范；6.通用圖冊和設(shè)計手冊；7. 管法蘭與管螺紋； 8. 安全；9. 環(huán)境衛(wèi)生；

21、 10.施工驗收,29,,30,圖例符號的統(tǒng)一規(guī)定,1.儀表位號ＴＲＣ－１３１2.文字代號,31,表示被測變量和儀表功能的字母代號 P.32,32,表示被測變量和儀表功能的字母代號_續(xù),33,表示被測變量和儀表功能的字母代號_續(xù),34,數(shù)字部分: 數(shù)字部分的第一部分是工序號，由1到2位組成，最大可表示0到99個工序。數(shù)字部分的第二部分是順序號，由1到3位組成，最大可表示0到999個變量。位號編排的原則是必須保證位號的唯一性。

22、即相同變量不能有相同編號，即便是功能要求不同也不能重號。FT-201A,FT201B 但不同變量可有相同編號。例如TRC—201與TIA—201就是相同的溫度標號，即2工序01號溫度分配給了兩個溫度。,35,,同種變量應(yīng)從小到大順序編號，必要時中間可不連續(xù)。 字母部分與數(shù)字部分之間用‘—’連接。例：TRC—201 2工序01號溫度記錄控制；TRCA—205 2工序05號溫度記錄控制報警；LRCA—205

23、 2工序05號液位記錄控制報警；FIQ—301 3工序01號流量指示累計；FQI—301 3工序01號流量總量指示。,36,例：TRC—201系統(tǒng)儀表位號有：,1. TE—2012. TT—2013. TN—201A4. TR—2015. TIC—2016. TN—201B7. TV—201,37,,,,,,,,,,,,,,TE,201,,,TV,201,,TIC,201,,