工程设计及其要求

工程设计是集散控制系统设计的最后一个阶段。在这一阶段中，各方人员要完成各类图纸设计及集散控制系统的应用软件设计。这一阶段应完成文档建立与设计、系统应用软件和机房等基础设施的设计。这一阶段因牵涉到的专业门类较多，应特别注意技术管理，协调好各类人员之间的关系。

1.文档建立与设计

在工程设计阶段首先应设计和建立应用技术文档。需完成的图纸及文件有：

1）回路名称及说明表。

2）工艺流程图，包括控制点及系统与现场仪表接口说明。

3）特殊控制回路说明书。

4）网络组态数据文件，包括各单元站号，各设备和I/O卡件编号。

5）I/O地址分配表。

6）组态数据表。

7）联锁设计文件，包括联锁表、联锁逻辑图。

8）流程图画面设计，包括各流程画面布置图、图示和用色规范。

9）操作编程设计书，包括操作编组、报警编组和趋势记录编组等。

10）硬件连接电缆表，包括型号、规格、长度、起点和终点。

11）系统硬件和平面布置图。

12）硬件及备品件的清单。

13）系统操作手册，介绍整个系统的控制原理及结构。

2.集散系统应用软件设计

集散系统各种监测和控制功能都是通过软件来实现的，所以应用软件的设计是关键一步。首先要掌握生产商提供的系统软件的功能和用法，然后再结合实际生产工艺过程，进行集散系统的显示画面组态、动态流程组态、控制策略组态、报警组态、报表生成组态和网络组态等应用软件的设计。设计好的系统应用软件必须反复运行检查，不断修改至正确为止，最后生成正式的系统应用软件。

（1）应用软件组态的任务

应用软件组态就是在系统硬件和系统软件的基础上，将系统提供的功能块以软件组态的方式连接起来，以达到对过程进行控制的目的。例如一个模拟回路的组态就是将模拟输入卡与选定的控制算法连接起来，再通过模拟输出卡将输出控制信号送至执行器。应用软件具体组态的内容包括数据点的组态、控制程序的编号、用户画面、报警画面、动态流程画面以及报表生成等的组态。随着集散控制系统硬件和系统软件的发展，集散控制系统应用软件的组态方式也在不断更新，从早期的填表式组态，发展到提供图形式的过程控制策略组态。它利用生成工具，使复杂的控制问题能用直观的图形来进行组态，这样既简化了程序开发，又容易维护和查错。

（2）应用软件的组态途径

一般有两种途径：一种是直接在集散控制系统上，通过操作站进行组态；另一种是通过PC进行组态。

1）在操作站上进行组态。应用软件在操作站上组态比较直接、方便，但是常常受生产厂交货时间的影响。如果产品交货拖延，或者施工现场受条件的限制，就会影响用户在操作站上组态的时间，势必拖延开工期限。

2）在PC上组态。用户在集散控制系统尚未进场的情况下，先在PC上进行模拟组态，可为工厂调试赢得时间。模拟组态有如下几种情况：

①生产厂为用户提供一整套软件和转换设备，使用户在PC上组态的结果转换成集散控制系统能直接接收的编码，省去了编译、调试和组态键入的过程。

②有的集散控制系统硬件处理器采用Intel公司的80386，就为使用IBMPC及其兼容机进行软件模拟组态提供了方便。例如FOXBORO公司I/AS的系统软件可装入IBMPC及其兼容机中，通过PC完成集散控制系统应用软件的组态，包括用户画面的编制。

③较多工厂提供的模拟组态软件仅能进行数据点的组态，而不能在PC上进行编译和调试。借助CAD手段进行用户画面编制是一个发展方向。

（3）TDC—3000应用软件的组态途径

TDC—3000应用软件的组态途径有两条：一条是通过万能操作站（US）和万能工作站（UWS）直接进行组态；另一条是通过Honeywell公司提供的一套能在IBMPC及其兼容机上使用的模拟组态软件——LCNWORKBOOK和转换设备进行组态。

3.集散系统的控制室设计

根据系统性能规范中关于环境的要求，仪表、电工和土建部门的设计人员应合作完成目标系统的控制室设计，应考虑DCS控制室的位置选择、房间配置要求、照明和空调要求，以及供电电源、接地和安全各个方面。

（1）控制室位置确定

集散控制系统控制室应位于非防爆区域，其位置应符合有关技术规范的要求。对于有粉尘，有易燃、易爆物质，有腐蚀性介质的车间装置，控制室必须布置在主导风向的上游侧。控制室要求设置在远离振动源、强噪声和强电磁干扰的场所。控制室对振动和电磁干扰的限制条件为：

1）振动幅度小于0.1mm（双振幅）。

2）振动频率小于25Hz。

3）电磁场强度小于250A/m。

4）噪声小于60dB。

（2）控制室房间配置

集散控制系统控制室应包括操作控制室、机柜室、软件工作室、集散控制系统控制系统及仪表不间断电源（UPS）室和空调机室。此外，还应根据需要设置DDC维修间、值班室、仪表维修间、备件间以及更衣卫生间等。为保证机柜和操作室清洁度，通常需设外操作室以作缓冲间。

1）操作控制室：主要放置操作站、打印机、火灾报警盘、对讲电话和广播系统盘、特殊仪表盘等。一般操作站前的操作空间净距离应大于6m，后面留作维修空间的净距离应大于2m，火灾报警盘等一般以靠墙设置为宜。

2）机柜室：放置各种机柜、辅助仪表柜、电源分配盘、端子柜和继电器柜等，还可布置工业色谱盘、可燃气体报警等。机柜和盘一般分开排列，为便于机柜前后开门，所以前后各需留1.5m空间，便于安装和维修。

3）工程师站：集散控制系统与管理站连接的专用卡件均安装在工程师站。另外，集散控制系统的AM、HM、NIM和CM等均安装在工程师站的LCN机柜中。

4）上位机室：带有上位机的集散控制系统，还应专门配置一间计算机室，把上位机及屏幕显示器、打印机等放在里面。

5）软件工作室：专供组态或编制软件用。(www.xing528.com)

所有各类用房的设备及面积应根据人员配置、设备多少和系统要求而定。

（3）控制室建筑要求

集散控制系统控制室内机柜室、操作控制室、计算机房应按《建筑设计防火规范》防火等级一级标准执行，其他房间按三级标准执行。机柜室、计算机房和软件室应采用抗静电活动地板，且应确保足够强度，以保证能承受机柜和其他可能进场设备的全部重量。活动地板负荷约为0.4～0.8kg/m²，高度在0.4～0.6m为宜。室内地板平面应高于室外0.4～0.8m。操作控制室内一般采用水磨石地面，操作站底部设置电缆沟，并与机柜室的抗静电活动地板隔层相通，所以常用双向弹簧门；它与机柜室间应有推拉门直接相通。操作室与机柜室门的尺寸应考虑设备的搬运要求。现场电缆从室外埋地进入抗静电活动地板夹层时，在入口处应进行防水、防鼠害等密封处理。

（4）照明要求

控制室内应采用人工照明，保证室内光线柔和，照度均匀，照射方向适当，灯具一般宜采用吸顶格栅内附反光板的灯具，光线不直接照在操作站CRT上，不产生强光和阴影。工作照明在离地面0.8m处，要求CRT周围照度为250～300Lx，打印机周围和机柜室照度为400～500Lx。事故照明要求离地面1m处照度不低于50Lx。

（5）空调要求

操作站控制室、机柜室、计算机房、软件工作室、外操作室和UPS电源室等应采用集中空调，其余可采用分散空调。下面是具体要求。

1）温、湿度要求：

夏季温度为23±2℃；

冬季温度为20±2℃；

在南方，建议一年四季为23±2℃；

相对湿度为40%～60%；

室内温度变化率不能大于4℃/h。

2）空调的新鲜气体应取自无害的洁净环境。空调气体洁净度要求：

尘埃粒度小于0.5/m；

平均含尘量为0.2mg/m。

（6）供电及接地要求

DCS应采用双回路自动切换的不中断电源供电，蓄电池应保证停电后能继续供电30min以上。

集散控制系统接地是关系到人身安全、系统抗干扰能力以及通信畅通的重要环节，必须倍加重视。集散控制系统的接地要求一般为：

本安系统接地电阻小于1Ω；

安全保护接地电阻小于1Ω；

避雷保护接地电阻小于1Ω。

接地系统的施工必须严格按照制造厂的要求进行。另外，现场信号电缆的屏蔽地应与机柜室端子柜的地汇于一点接地。

（7）安全设施

操作控制室外、机柜室、机房和UPS电源间的吊顶上方及活动地板下方，均应设置火灾报警探测器，以便在火灾危险发生时自动关闭空调系统，启动灭火装置。

4.各类专业人员的分工

集散控制系统设计阶段牵涉的专业较多，各类人员的协调配合是很重要的。合理分工，将使工作效率得到提高。

1）工艺人员的职责。工艺人员应从头至尾参与整个项目的设计，开工前应作为测试人员，参加制造厂产品的出厂验收和生产开工前的回路测试，开工时参加系统投运。工艺人员还要提供工艺流程图、回路名称及说明表、流程图画面设计书和操作（编程）设计书。在应用软件设计中，工艺人员应参加画面组态与报表生成工作。因此，工艺人员必须具备基本的计算机知识，并积极学习集散系统的知识，以了解和熟悉集散控制系统的设计。

2）计算机人员的职责。计算机人员应完成集散控制系统与全厂信息管理系统的联网设计，完成生产控制与全厂信息管理一体化的设计文件。计算机人员应协助工艺、仪表和自控人员完成应用软件的设计和应用软件的调试和生成。计算机人员还应向其他专业人员介绍系统中有关计算机方面的知识，并负责有关问题的答疑。

3）仪表控制人员的职责。仪表控制人员应熟悉集散控制系统的应用功能及系统与现场的接口，他们同时又是系统投运后的系统维护人员，因此系统安装和调试中应充分掌握硬件维护方法，负责完成网络组态数据文件、I/O地址分配表、组态数据表、硬件连接电缆表和硬件及备品备件清单的设计，参与出厂验收、系统安装及开工前的现场测试。按工艺人员提供的各路数据，进行控制策略的组态，参与系统应用软件的设计、调试和系统投运的工作。仪表控制人员应设计完成控制回路说明书、联锁设计文件和系统操作手册。

4）电工人员的职责。电工人员应负责完成机房和系统的供电、照明和空调。电工人员应提供UPS电源供电图、机房接地图和机房配电图。

5）土建人员的职责：土建人员应提供机房平面图、设备的平面布置图和机房电缆走线图，完成机房和环境的建设。

5.集散控制系统的项目组织

集散控制系统的应用是一个系统工程。它从系统设计、制造、调试一直到投运，整个过程涉及到多个部门、多个专业，必须协同作战才能完成。因此要把这些千头万绪的事情一件件有序地展开，必须合理地组织和管理。这里推荐一种工作流程图和一种工作计划表供参考使用。

（1）工作流程图

图6-18是集散系统应用工作流程图。此图把集散系统应用工程中涉及的各项工作按其展开和完成的先后进行排列，从初步设计开始一直到开工投运，应用软件的再开发都列入在内。由图可清晰地看到，哪些工作应该先做，哪些可以并行开展。对工作流程图中的每一项还可细化，如负责人、参加人、工作内容和前后衔接的工作范畴等，以利于明确职责，加强管理。

图6-18 工作流程图

（2）工作计划表

集散系统应用工程从立项开始到正式投运可能要经过1～2年的时间，因此必须在时间上作好计划安排，做到管理人员和工作人员都心中有数，便于分阶段检查，以保证全局按时完成。表6-11是一张按工作内容排列的计划表，表中A、B、…M表示不同的工作内容，其水平短划表示完成此项工作的起止时间，例如C项工作是从3月1日开始至3月21日完成。

表6-11 工作计划表