初步设计的主要任务是确定项目的主要工艺、主要设备和项目投资具体数额。在整个系统的建设过程中,初步设计是关键的一步,因为这关系到整个机组建设完成后能否实现在可研设计中确定的目标。机组的运行水平、经济性、效益、安全及环保等重大指标基本上也是由初步设计决定的,因此必须严格、认真地做好这一步工作。初步设计需要根据方案设计中已经确定的机组负荷要求、工艺系统和主要设备来确定系统自动控制水平、系统软硬件设计、机组运行组织/人机接口设计、控制室布置和相关空间的设计,并确定相应的预算。
1.系统自动控制
确定系统自动控制水平是系统设计的前提,是系统软硬件设计、机组运行组织/人机接口设计、控制室布置等的关键一步。自动化系统设计的目标:在各种工况下能够利用自控设备对工艺过程/主要设备实施自动控制。要实现自动控制的前提是工艺设计上保证工艺过程和主要设备具有可观测性和可控性。可观测性是指工艺过程/主设备上安装的检测设备,能准确无误地检测过程中的参数或状态,将这些数据传送给控制设备并能通过人机接口进行监控。可控性是指工艺过程/主要设备上装备的控制机构,能准确执行控制设备/操作人员发出的指令,控制工艺过程/主设备的运行参数和状态。DCS是通过对各主要设备的控制来控制工艺过程的。机组工艺要求决定了设备的形式、作用、复杂程度,也决定了该设备是否适用于DCS去控制。DCS的控制深度越深,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,使后续设计是可实现的。
2.系统软硬件设计
1)硬件设计
硬件初步设计的结果应可以基本确定工程对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。
(1)确定系统I/O点。根据控制范围及控制对象决定I/O点数量、类型和分布。
(2)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,同时确定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与其他设备通信接口的数量与形式。
2)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。
(1)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。
(2)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、联锁原则等信息。
(3)根据工艺要求提出联锁保护的要求。(www.xing528.com)
(4)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。
(5)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。
(6)规定报警、归档等方面的原则。
3.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。
(1)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)、系统监控画面等,结构是指它们的范围和它们之间的调用关系,确定针对每个功能需要多少幅画面,要用什么类型的画面完成控制与监视任务。
(2)画面形式的约定,约定画面的颜色、字体、布局等方面的内容。
(3)报警、记录、归档等功能的设计原则,定义典型的设计方法。
(4)人机接口其他功能的初步设计。
4.控制室设计
控制室的设计有利于操作人员保持良好的心理状态和发挥较好的监控作用,使操作人员对监控设备一目了然、伸手可及。
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