过程自动检测与控制技术_CHAPT9_自动化工程设计基础讲解

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1、第九章自动化工程设计基础 第一节、工程设计的基本概念 1项目（Project） 工程工程 工程 工程 工程 工程 项目 图101-1项目组成示意图 例如天然气进京项目中包括土 建工程； 管道铺设工程； 数据采集与监控工程等。自动 化工程是这些工程中的一项。 第九章自动化工程设计基础 2工程设计是技术方案的工程表达 根据目的不同、表述对象的不同，对技术方案可有各种各 样的表述。例如科学概念的表述、实施过程的表述、动态投资 表述等等。工程表述是从技术实施方面对一个工程的表述。 工程设计是工程实施过程的一个阶段。工程实施包括可行 性研究、项目报批、工程设计、工程实施、阶段验收、开车、 试生产、总体验

2、收投产等阶段。 可行性研究项目报批工程实施 阶段验收开车、试生产总体验收投产 工程设计 第九章自动化工程设计基础 3工程设计必须按专业标准规定进行 不同的行业有不同的行业标准。例如石油行业标准、机械 工业标准、化工行业标准、冶金行业标准等。 根据采用化工行业标准不同，设计阶段可分为初步设计、 施工图设计，对于大型工程或采用新技术的工程，可将初步设 计划分为初步设计和扩大初步设计（老设计体制）；或分为基 础工程设计和详细工程设计（国际通用设计体制）。 初步设计施工图设计扩大初步设计 基础工程设计详细工程设计 老体制 国际通用设计体制 第九章自动化工程设计基础 4自动化工程设计是整体工程设计的一部

3、分 化工工程设计过程中，以工艺设计为主导，其他各个专业 相配合。设计过程中根据设计进程的需要，各个专业相互交换 技术数据， 工艺专业 仪表专业 动力专业 公用专业 土建专业 设备专业 电气专业 第九章自动化工程设计基础 5过程自动化工程特点 （1）集中控制方式 过程工业中（如化工、石化等），自动化工程（习惯叫作 自控工程）大多采用集中控制方式，也就是绝大部分工艺参数 都在中央控制室进行指示、纪录、控制的，与之相对应的是就 地控制方式，例如数控加工、包装、成型等，这些生产过程大 多是在现场完成指示、纪录、控制的。 （2）流体形态的生产物料 流体形态的生产物料，会影响安装在现场的检测装置、执 行装

4、的选择。另一方面，由于泄漏、挥发等因素，现场极易形 成危险场所。所以过程自动化工程必须考虑安全问题，通常会 采取隔离方法实现 第九章自动化工程设计基础 第二节 自控工程设计的任务 按照国际通用设计体制要求，自控专业工程设计阶段的工作 可归纳为六个方面内容： 根据工艺专业提出的监控条件绘制工艺控制图（PCD:Process Control Diagram）； 配合系统专业绘制各版管道仪表流程图（P&ID: Piping and Instrumentation Drawing）； 征集研究用户对P&ID及仪表设计规定的意见； 编制仪表请购单，配合采购部门开展仪表和材料的采购工作； 确定仪表制造商的

5、有关图纸，按仪表制造商返回的技术文件， 提交仪表接口条件，并开展有关设计工作； 编（绘）制最终自控工程设计文件。 第九章自动化工程设计基础 第三节 自控工程设计的方法和程序 一、自控工程设计的方法 1熟悉工艺流程 自动化设计人员熟悉工艺流程，收集工艺中有关的物性参 数和重要数据。 2确定自控方案，完成工艺控制流程图（PCD） 了解工艺流程，和工艺人员充分协商后，定出各检测点、控 制系统，确定全工艺流程的自控方案，在此基础上可画出工艺 控制流程图（PCD），并配合工艺系统专业完成各版管道仪表 流程图（P&ID）。 第九章自动化工程设计基础 3仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件 根据控制方案中确

6、定的检测点，按照工艺提供的数据，选 定检测、变送、显示、控制等各类仪表的规格、型号。并编制 出自控设备表或仪表数据表等有关仪表信息的设计文件。 4控制室设计 5节流装置和调节阀的计算 6仪表供电、供气系统的设计 7完成控制室与现场间联系的相关设计文件 8根据自控专业有关的其他设备、材料的选用等情况，完成 有关的设计文件 9编写设计文件目录等文件 第九章自动化工程设计基础 二、自控工程设计的程序 石油化工项目设计过程，大体上可划分为： *PFD:Process Flow Diagram 工艺包设计（ 专利方） 工艺流程图设 计（PFD） 工艺控制流程图 设计（PCD） 仪表流程图设计 （P&ID

7、） 第九章自动化工程设计基础 第四节 图例符号的统一规定 工程设计文件中包括两种符号，即图形符号和文字代号。 该标准名称为过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号 （HG/T 205052000） 图形符号： 1测量点、控制系统表示 测量点、控制系统表示由三部分组成：测量点、圆圈、圆 圈内的功能代号。 a测量点的一般表示用一个小的实心圆点表示，从该原点引 出一条直线到圆圈。如果需要表示出不同的测量元件，则根据 规定采用不同的符号表示。 第九章自动化工程设计基础 b 圆圈为一个10毫米或12毫米圆。根据不同的需要，中间可 有实线、双实线、虚线、双虚线、或没有线。 如果采用的是非常规仪表（例如DCS

8、系统、FCS系统、 PLC系统等），需要用在圆形外面加一个矩形框表示（该矩形 框的内切圆为10毫米或12毫米）。 第九章自动化工程设计基础 c 功能表示由两部分组成，一是用圆内线段表示，即：实线 表示中央控制室仪表盘盘面集中功能、虚线中央控制室仪表盘 盘后集中功能、或没有线现场功能。二是用文字代号表示，文 字代号由两部分组成，线段上部表示功能组合，线段下部表示 位号。文字代号的第一位表示被测变量：T表示温度；P表示压 力；L表示物位；F表示流量。A表示成分。此外还有三个修饰 字母：D表示差值；F表示比值；Q表示累积值。后面的文字代 号表示功能组合。例如I表示指示；R表示记录；C表示控制；A 表

9、示报警；S表示联锁等。如果有多个功能代号，则按 IRCTQSA顺序排列。功能代号最多不能超过4个，如果超过4 个则需要按多功能仪表表示（两个以上的相切圆）。 位号表示该点的标号，该标号在所有设计文件中都是唯一 的。它由两部分组成，第一位表示工序号；第二位表示顺序号 。 第九章自动化工程设计基础 例如： TIS PN FRCQ 101 211 456 这是几种基本的图形标识。 该圆中间有五种情况，分别表示： 现场 中央控制室 中央控制室 仪表盘后面 仪表盘正面 现场控制室 现场控制室 仪表盘后面 仪表盘正面 还有一些变形符号。 DCS功能 PLC功能 计算功 能 这些图形中间也可以没有线、有虚线

10、、 有细实线；可以是双线，也可以是单线。 表示被测变量和仪表功能的字母代号 第一位字母第二位字母 读出变量, 引发变 量 修饰词读出功能输出功能修饰词 A 分析报警 B 烧嘴,火焰供选用供选用供选用 C 电导 率控制 D 密度差 E 电压检测 元件 F流量比(分数) G 供选用视镜 ,观察 H 手动高 I电流指示 J功率扫描 表示被测变量和仪表功能的字母代号_续 第一位字母第二位字母 读出变量, 引发变 量 修饰词读出功能输出功能修饰词 K 时间 ,时序变化速率操作器 L物位灯低 M 水分,湿度瞬动中,中间 N 供选用供选用供选用供选用 O 供选用节流孔 P 压力,真空连接,测试 点 Q 数量

11、积算,累计高 R 核辐射记录 S 速度,频率安全开关,联锁 T温度传送 表示被测变量和仪表功能的字母代号_续 第一位字母第二位字母 读出变量 ,引发变 量 修饰词读出功能输出功能修饰词 U多变量多功能多功能多功能 V振动,机械 监视 阀,风门 ,百叶窗 W 重力,力套管供选用供选用 X未分类X轴未分类未分类未分类 Y事件,状态Y轴继动 器,计算器,转换 器 Z位置,尺寸Z轴驱动 器,执行机构未 分类的最终执 行元 件 2。数字部分。数字部分的第一部分是工序号，由1到 2位组成，最大可表示0到99个工序。数字部分的第二 部分是序号，由1到3位组成，最大可表示0到999个变 量。位号编排的原则是必

12、须保证位号的唯一性。 即相同变量不能有相同编号，即便是功能要求 不同也不能重号。但不同变量可有相同编号。例如 TRC201与TIA201就是相同的温度标号，即2工 序01号温度分配给了两个温度。但是TRC201与 PRC201则是合法的。 同种变量应从小到大顺序编号，必要时中间可不 连续。 字母部分与数字部分之间用连接。 例： TRC201 2工序01号温度记录控制； TRCA205 2工序05号温度记录控制报警； LRCA205 2工序05号液位记录控制报警； FI301 3工序01号流量指示累计； FQI301 3工序01号流量总量指示。 3。系统位号与仪表位号 上面所讲的是系统位号，即表

13、达一个系统 （注意包括控制，检测等）的要求。构成该系 统会有很多仪表，相应的各个仪表也都一个位 号，即仪表位号。 系统的仪表位号中，变量部分和数字编号 部分与系统位号相同，区别在于变量字母后面 所跟字母的不同。 例如： E：传感器；Q：积算器； T：变送器；S：联锁发讯 N：安全栅； X：配电器； Y：计算装置； V：控制阀； R：记录仪； Z：执行器； I：指示仪； B：指示灯； A：报警仪； P：取压管头。 例：TRC201系统仪表位号有： 1。TE201 2。TT201 3。TN201A 4。TR201 5。TIC201 6。TN201B 7。TV201 TE 201 TV 201 TI

14、C 201 TE 201 TV 201 TIC 201 FT 202 FIC 202 第九章自动化工程设计基础 确定方案时应当遵循几个原则： 1首先应当确定一个控制方案的安全要求。生产安全性要求 主要是指生产现场的安全条件。据此确定防爆等级，确定采用 何种防爆仪表。 2需要确定整体自控方案的水平。自控方案的水平涉及到总 预算情况，工艺生产线的先进程度，生产的总控制要求等内容 。应当综合诸多因素确定一个适当的自控方案的水平。 3方案确定过程中应当遵循宜简不宜繁的原则，尽量减少所 用仪表的数量，即可用简单方法解决的问题不采用复杂方法。 可测可不测的变量不测；可控可不控的变量不控；可测的不控 ；可简

15、单控制的不复杂控制。控制系统越复杂越容易出现故障 。 第九章自动化工程设计基础 4工艺上需要测量或控制的变量是有条件的。首先该变量是 可测的，或测量代价适当。控制某个变量需要有适当的操纵变 量与之相配合，如果没有则该变量不能实现控制。一般来说不 能采用改变生产负荷来控制某个变量。 5除了测量那些与产品产量、产品质量有关的参数之外，还 需要测量那些关系到人身安全情况（有毒介质）、设备安全情 况（设备内压力）、设备运行状况（例如泵出口压力）的参数 。 6应测量那些关系到环境保护的参数。例如三废排放量等。 7应测量那些与技术经济指标有关系的参数。例如蒸汽消耗 量、冷却水消耗量、导热油流量、原料消耗量、最终产品及中 间产品量等。 第九章自动化工程设计基础 与工艺相关的设计文件 P&ID图 现场仪表位置图 DCS监控数据表 监控条件表(温度、压力、流量、液位) 控制阀条件表 联锁条件表格