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 <p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2F4c25e3b6j00sm49eg007zd200u000ngg00u000ng.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE00">仪器仪表</p><p id="34LVBE01">知识分享</p><p id="34LVBE0A">Shenzhen Jiwei Automations Ltd.</p><p id="34LVBE0D"><strong>深圳计为自动化技术有限公司</strong></p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fb2c8ec49j00sm49eh00n1d200u000lzg00u000lz.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE19"><strong>01 .带你理清SIS、ESD、DCS、PLC的区别</strong></p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fc42e291fj00sm49ei00dgd200o1008sg00o1008s.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE1H">在化工领域，SIS、ESD、DCS和PLC这四个术语常常让人混淆。本文将从它们的基础概念出发，深入探讨它们之间的联系与区别，助力电气仪表专业人士深入理解并掌握这些关键知识。</p><p id="34LVBE1J"><strong>SIS与DCS之间的差异解析</strong></p><p id="34LVBE1L">在石油和石化行业，SIS与DCS扮演着各自独特的角色。以下图表展示了生产设施从安全角度划分的三个层次：第一层是生产过程层，第二层是过程控制层，第三层为安全仪表系统停车保护层。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fdb2f3f7fj00sm49ek00g4d200o000ewg00o000ew.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE1P"><strong>SIS与ESD之间的区别</strong></p><p id="34LVBE1R">SIS代表了一种系统化的理念，它侧重于整体性安全，涵盖了从现场检测设备（包括变送器、仪表、传感器）到安全型控制器，再到安全型现场执行器件（如安全关断阀、泄压阀、保护器等）的全方位安全保障。</p><p id="34LVBE1T">与此相对，ESD通常指的是由安全控制系统制造商生产的安全型控制器，包括CPU和IO等，这是一个纯粹的控制系统概念。</p><p id="34LVBE1V">从根本上来说，SIS的硬件系统不仅包括SIS控制器及其IO模块（如Triconex、HIMA、西门子400FH），还应该涵盖所有与控制器相连接的其他输入组件，例如那些获得TUV SIL认证的传感器、变送器和检测装置。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fa22bc02dj00sm49ek0025d200p800deg00p800de.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE27">同样，它也应该包括所有输出组件，比如获得TUV SIL认证的执行器（液压、气动和电动型安全执行器），以及经过认证的现场设备。在一些要求极为严格的场合，阀门本体也必须持有TUV证书。以核电厂的安全阀为例，它们不仅要通过锅炉和压力容器的质量检验，还必须具备核安全证书和TUV的安全规范证书，并明确标注其SIL等级。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fbfj00sm49ek001sd200u000gvg00u000gv.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE2E">SIL2/3认证的音叉液位开关应用于SIS系统中</p><p id="34LVBE2G">ESD作为生产厂家提供的安全型控制器，根据不同的应用场景和需求，有着不同的名称和用途。理论上，仅有ESD并不足以构成一个完整的SIS控制系统。实际上，ESD只是SIS系统中的一个环节，尽管在实体硬件中，它是至关重要的一环。</p><p id="34LVBE2I"><strong>DCS与PLC的区别主要体现在以下几个方面：</strong></p><p id="34LVBE2K"><strong>1. 发展背景：</strong></p><p id="34LVBE2M">DCS起源于传统的仪表盘监控系统，因此它在设计上更注重仪表控制，例如YOKOGAWA CS3000 DCS系统对PID（比例-积分-微分算法）的数量几乎没有限制，这直接影响了可使用的调节阀数量。</p><p id="34LVBE2O">PLC则起源于传统的继电器回路，最初甚至不具备模拟量处理能力，因此从一开始就强调逻辑运算能力。</p><p id="34LVBE2Q"><strong>2. 系统可扩展性和兼容性：</strong></p><p id="34LVBE2S">PLC系统通常针对特定设备，扩展需求较少，且兼容性要求不高，资源共享较为困难。PLC系统往往采用专用网络结构，如西门子的MPI总线，增加操作员站可能成本较高。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fe80601d5j00sm49el002cd200u000irg00u000ir.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE34">大多数DCS系统，如YOKOGAWA、霍尼维尔、ABB等，虽然过程级通讯协议各异，但操作级网络平台普遍采用以太网和TCP/IP协议，提供了便捷的扩展能力。控制器和计算机作为网络节点，可以根据网络覆盖范围灵活增减和布置节点。</p><p id="34LVBE36"><strong>3. 数据库管理：</strong></p><p id="34LVBE38">DCS系统通常提供统一的数据库，数据一旦录入，可在任何情况下被引用，无论是在组态软件、监控软件、趋势图还是报表中。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2F3e16b2d9j00sm49el00ajd200jn00c3g00jn00c3.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE3G">PLC系统的数据库通常不统一，组态软件、监控软件甚至归档软件都有自己的数据库。西门子S7 400及以上型号的PCS7系统使用统一数据库，这是其被称为DCS的原因之一。</p><p id="34LVBE3I"><strong>4. 时间调度：</strong></p><p id="34LVBE3K">PLC程序通常不能按预设的循环周期运行，而是从头到尾执行后再从头开始。新型PLC虽有所改进，但任务周期数量仍有限制。</p><p id="34LVBE3M">DCS可以设定任务周期，合理调度控制器资源，如快速任务等，根据不同传感器的特性设定不同的采样周期。</p><p id="34LVBE3O"><strong>5. 网络结构：</strong></p><p id="34LVBE3Q">DCS通常采用两层网络结构：过程级网络和操作级网络。过程级网络使用专用总线协议，如Modbus、Profibus等，而操作级网络则采用以太网和TCP/IP协议。</p><p id="34LVBE3S">PLC系统任务相对简单，数据传输量不大，因此多为单层网络结构，过程级和操作级网络可能合并或简化。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2F184d605ej00sm49em0011d200hs00cug00hs00cu.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE44"><strong>6. 应用规模：</strong></p><p id="34LVBE46">PLC多用于小型自控场所，如设备控制或少量模拟量控制及联锁，而大型应用多采用DCS。习惯上，超过600点的系统称为DCS，小于这个规模的称为PLC。</p><p id="34LVBE48">尽管如此，PLC和DCS的发展使得两者之间的界限越来越模糊，它们在很多方面都在相互融合，难以简单划分。</p><p id="34LVBE4A">现在，我们来讨论一下彼此的相同（似）之处。</p><p id="34LVBE4C"><strong>1）功能方面：</strong></p><p id="34LVBE4E">PLC现已具备模拟量控制功能，部分PLC系统的模拟量处理能力极为强大，例如横河FA-MA3、西门子S7 400、ABB的ControlLogix以及施耐德的Quantum系统。同样，DCS也展现出强大的逻辑处理能力，我们在CS3000上实现了所有可能的工艺联锁和设备联动启停功能。</p><p id="34LVBE4G"><strong>2）系统结构方面：</strong></p><p id="34LVBE4I">PLC与DCS的基本结构相似。现代PLC已全面转向计算机系统控制，传统编程器已被淘汰。小型PLC应用通常采用触摸屏，而大型应用则全面采用计算机系统。与DCS相似，PLC的控制器与IO站通过现场总线（通常基于RS485或RS232异步串口通讯协议）连接，控制器与计算机之间在单计算机使用情况下也使用此总线通讯。若系统需要多台计算机，其结构将与DCS相似，上位机平台采用以太网结构。这是PLC大型化后与DCS概念逐渐模糊的原因之一。</p><p id="34LVBE4K"><strong>3）PLC和DCS的发展方向：</strong></p><p id="34LVBE4M">小型PLC将向更专业化的方向发展，例如功能更具有针对性、更适应特定应用环境等。大型PLC与DCS之间的界限将逐步模糊，直至完全融合。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fece18beaj00sm49em001dd200u000j1g00u000j1.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE4U">DCS将继续向FCS（现场总线控制系统）方向发展。FCS的核心在于控制系统的进一步分散化，尤其是仪表的重要性。FCS在国外的应用已发展至仪表级别，控制系统仅需处理信号采集、提供人机界面及逻辑控制，模拟量控制分散至现场仪表，仪表与控制系统之间无需传统电缆连接，而是通过现场总线连接整个仪表系统。（例如，横河在中海壳牌石化项目中采用了FCS，仪表级别采用了智能化仪表如EJX等，代表了世界最先进的控制水平）。</p><p id="34LVBE53"><strong>02.仪表的“线制”学问有多深？</strong></p><p id="34LVBE5A">关于二线制、三线制和四线制变送器的接线方式是否可以互换，以及如何进行转换，让我们来详细探讨。</p><p id="34LVBE5C">首先，各种线制变送器的存在都有其合理性，否则市场上不会有那么多不同的线制。对于用户来说，改变线制不仅困难，而且在实际应用中意义不大。</p><p id="34LVBE5E">如果我们考虑将一个输出信号为0-10mA DC的四线制变送器转换为二线制，首先会面临的问题就是其起始电流为零。在电流为零的状态下，变送器的电子放大器无法建立工作点，这使得变送器难以正常工作。如果使用直流电源，并保持仪表原有的恒流特性，当变送器在负载电阻为0-1.5KΩ时，与其串联的反馈动圈电阻大约需要2KΩ。在输出为10mA的情况下，这两部分的电压降将超过24V。这意味着，如果使用24V DC供电，且负载为0-1.5KΩ，要维持恒流特性是不可能的，因此也就无法实现二线制传输。</p><p id="34LVBE5G">综上所述，虽然理论上可以探讨不同线制之间的转换，但在实际操作中，由于技术限制和成本考虑，这种转换并不常见，也不推荐用户自行尝试。每种线制都有其特定的应用场景和优势，选择适合的线制对于确保变送器性能和系统稳定性至关重要。</p><p id="34LVBE5L"><strong>03.4-20mA信号究竟能够传输多远？</strong></p><p id="34LVBE5S">我国电气自动化仪表从技术发展角度分类，主要分为DDZ-Ⅰ型、DDZ-Ⅱ型、DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型等几个类型，目前基本上都是电3型和电4型仪表，分别是指DDZ-Ⅲ型和DDZ-S型。4-20mA电流信号究竟能够传输多远？</p><p id="34LVBE5U"><strong>4-20mA电流信号的传输距离主要与以下几个因素有关：</strong></p><p id="34LVBE60">1. 信号的激励电压Ue；</p><p id="34LVBE61">2. 仪表的最低工作电压Umin；</p><p id="34LVBE62">3. 接收设备的负载（采样）电阻RL；</p><p id="34LVBE63">4. 导线电阻r。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fc951d2bfj00sm49en000ad200i0007og00i0007o.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE66">图3：二线制变送器电流信号传输回路</p><p id="34LVBE68">其中，Uo是变送器的供电电压，必须在满载时（电流I=20mA）保证Uo≥Umin。</p><p id="34LVBE6A">根据这个公式，可以计算出在变送器处于最低工作电压时，最大的导线电阻。假设：</p><p id="34LVBE6C">已知：Ue=24V，I=20mA，RL=250Ω，Umin=12V。求出r的最大值为175Ω：</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2F1113e9e1j00sm49en0007d200e1002mg00e1002m.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE6G">ρ——电阻率(铜电阻率=0.017，铝电阻率=0.029)<br/></p><p id="34LVBE6H">L——线的长度(单位：米)</p><p id="34LVBE6I">S——线的截面(单位：平方毫米)</p><p id="34LVBE6K">注：电阻值与长度成正比，与截面积成反比。导线越长，电阻越大， 导线越粗，电阻越小。</p><p id="34LVBE6M">以铜线为例，ρ= 0.017 Ω·mm2/m，即：横截面积1mm2，长度1m的铜线电阻为0.017Ω。那么175Ω对应1mm2的导线长度为175/0.017=10294（米）。</p><p id="34LVBE6O">因此，理论上4-20mA信号传输可达上万米，但实际应用中需要考虑多种因素，包括导线电阻、环境干扰等，以确保信号的准确传输。</p><p id="34LVBE6T"><strong>04. 自动化仪表“沟通”的十一种“语言”！</strong></p><p id="34LVBE74">每种仪表都配备了其特有的通信协议，其中包括但不限于Modbus通信协议、RS-232通信协议、RS-485通信协议以及HART通信协议等。这些通信协议的运作机制是什么？它们各自又具备哪些优势和劣势？本文将详细解读几种目前广泛应用的通信协议，旨在助力仪表专业人员的学习与理解。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2Fb3b5cac3j00sm49eo00brd200u000qig00u000qi.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE7C"><strong>通讯协议分类</strong></p><p id="34LVBE7E"><strong>常用的仪表通讯协议有：</strong></p><p id="34LVBE7G">modbus通讯协议</p><p id="34LVBE7H">RS-232通讯协议</p><p id="34LVBE7I">RS-485通讯协议</p><p id="34LVBE7J">HART通讯协议。</p><p id="34LVBE7K">MPI通信</p><p id="34LVBE7L">串口通信</p><p id="34LVBE7M">PROFIBUS通信</p><p id="34LVBE7N">工业以太网</p><p id="34LVBE7O">ASI通信</p><p id="34LVBE7P">PPI通信</p><p id="34LVBE7Q">远程无线通信</p><p id="34LVBE7R">TCP</p><p id="34LVBE7S">UDP</p><p id="34LVBE7T">S7</p><p id="34LVBE7U">profibus</p><p id="34LVBE7V">pofinet</p><p id="34LVBE80">MPI</p><p id="34LVBE81">PPI</p><p id="34LVBE82">Profibus-DP</p><p id="34LVBE83">Devicenet</p><p id="34LVBE84">Ethernet</p><p id="34LVBE89"><strong>05. SIS安全系统下，用户、设计院、厂家应该如何看待SIL认证！</strong></p><p id="34LVBE8G">自安监局116号文件发布以来，SIS安全系统成为了仪表厂家和用户关注的焦点。对于仪表厂家而言，如何在SIS系统中进行仪表的选型成为了一个关键问题；对于仪表用户来说，确定在什么情况下需要部署SIS系统也是一个重要议题。</p><p id="34LVBE8I">SIS安全仪表系统在功能、规范以及安全认证方面有着严格的要求。例如，TUV认证和SIL认证就是两个非常重要的安全标准。TUV认证，即德国莱茵认证，是一种国际公认的安全认证标志。当产品获得TUV标志认证时，意味着该产品已经通过了TUV南德或TUV莱茵的独立测试和工厂审查，并证实其满足相关的欧洲或国际安全标准。</p><p id="34LVBE8K"><strong>TUV 标志在欧洲乃至全球受到生产厂商和各国认证机构的广泛认可;</strong></p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2F3dae86e0j00sm49ep008yd200o100fxg00o100fx.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE8O">SIL英文全称：Safety integrity Level——安全完整性等级，是新引进的标准，SIL认证，国际上公认的一种功能安全认证，是根据国际电工委员会IEC颁布的功能安全标准IEC 61508（已转化为国标GB/T 20438归口标委SAC/TC124/SC10）中对相关产品进行考核的认证的要求。SIL认证分为四个等级，其中SIL4等级要求最高，通常应用于铁路的ATP系统和石化电力的SIS系统等对安全要求极高的场合。需要做SIL认证的产品，都是使用可能对人、环境或财产造成较高危害的场合，考核的主要目的也是，不能因为产品本身的功能问题，引起人员的伤害、环境污染和财产损失。</p><p id="34LVBE8Q">现在国内化工企业对于SIL或者TUV基本上是知之甚少，导致了安监局让做安全系统的时候手忙脚乱，根本不知在哪里入手。</p><p id="34LVBE8V"><strong>06. 无需洪荒之力，九个步骤轻松判断DCS故障！</strong></p><p id="34LVBE96">DCS系统在工业生产中的广泛部署使得其可靠性和稳定性变得尤为重要，同时也提高了人们对系统性能的期望。用户不仅希望DCS系统能够最大限度地减少故障发生，还期望在系统出现故障时能够迅速定位问题并修复，以确保系统能够快速恢复正常运行。以下是对DCS系统故障分类和诊断方法的简要介绍。</p><p id="34LVBE98"><strong>DCS系统故障诊断的基本步骤如下：</strong></p><p id="34LVBE9A"><strong>分析故障原因：</strong>首先，需要根据经验和故障发生时的环境及现象，确定故障部位和原因。不同品牌的DCS系统在诊断方法上可能存在差异。</p><p id="34LVBE9C"><strong>检查使用不当：</strong>许多故障是由于操作不当引起的，例如供电电源错误、端子接线错误、模板安装不当或现场操作失误等。</p><p id="34LVBE9E"><strong>审查操作错误：</strong>DCS系统的操作错误也可能导致故障，例如参数设置不正确或状态设定错误。</p><p id="34LVBE9G"><strong>区分故障来源：</strong>确认故障是由现场仪表设备引起还是DCS系统本身的问题。如果是现场仪表故障，需要对相关仪表进行修复。</p><p id="34LVBE9I"><strong>硬件与软件故障：</strong>如果确定是DCS系统本身的故障，接下来需要区分是硬件问题还是软件问题。</p><p id="34LVBE9K"><strong>硬件故障处理：</strong>如果是硬件故障，需要识别具体的硬件部位并更换相应的模板。</p><p class="f_center"><img src="https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2024%2F1029%2F9fbc229ej00sm49eq00cjd200kd00b0g00kd00b0.jpg&thumbnail=660x&quality=80&type=jpg"/><br/></p><p id="34LVBE9S"><strong>软件故障处理：</strong>若是软件故障，需要进一步确认是系统软件还是应用软件的问题。</p><p id="34LVBE9U"><strong>系统软件故障：</strong>对于系统软件的故障，可以尝试重新启动系统看是否能够恢复，或者重新安装系统软件。</p><p id="34LVBEA0"><strong>应用软件故障：</strong>若是应用软件的问题，需要检查用户编写的程序和配置的所有数据，以找出故障的具体原因。</p><p id="34LVBEA2"><strong>利用自诊断功能：</strong>DCS系统的各个部分都设计有自诊断功能，这一功能在系统发生故障时极为重要，应充分利用以分析和确定故障的部位和原因。</p><p id="34LVBEAB">嵌入：液面水位食品颗粒食用油石油土豆泥番茄酱米盐生抽酱油醋铁粉铅粉面粉高温高压防爆本安固体颗粒炭黑锰矿沙子污水自来水玻璃石英砂石灰石纯碱长石水泥原煤活性焦硫酸盐酸花生酱树脂泡沫颗粒二氧化硅柴油啤酒溶剂白酒尿素酸液化工冷凝水液化天然气煤炭法兰过程连接卡箍冶金蒸汽锅炉港口音叉振棒超声波液氯雷达磁翻板射频导纳浮球阻旋液位计液位开关料位计料位开关有机储罐浆液氧化铝电厂钢铁厂煤厂焚烧站垃圾处理站腐蚀热熔胶粉认证SIL3C隔爆不锈钢L哈氏合金超低密度</p><p id="34LVBEB2"><strong>文字</strong><strong>丨</strong>袁工</p><p id="34LVBEB3"><strong>图片来源丨</strong>华仔，小凯，MJ</p><p id="34LVBEB4"><strong>封面丨</strong>云峰</p><p id="34LVBEB5"><strong>封面审核</strong>丨栗子</p><p id="34LVBEB6"><strong>文章审核 |</strong>黄工、盛工</p><p id="34LVBEBJ"><strong>解密行业仪表知识</strong></p><p id="34LVBEBK"><strong>掌握技术，创新未来</strong></p><p id="34LVBEC0"><strong>关注深圳计为</strong><strong>订阅号</strong></p>