DCS设计应用与组态

暖通南社 05-05 8429

前言：

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DCS工程，工作界区基本在控制室内。HG/T20573-2012《分散型控制系统工程设计规范》主要包含四方面内容：

1）可行性研究阶段；

2）基础设计阶段；

3）工程设计阶段；

4）DCS应用软件组态阶段。

1）设计输入文件

包括：合同（包括技术协议）、联络会纪要、工艺介绍、测点、控制要求、基础设计及评审意见、开工报告等。

2）设计接口文件

包括：外专业向自控专业提交的条件、自控专业向外专业提交的条件。

3）设计输出文件

包括：工程文件和组态文件。

工程文件一般包括：说明书、I/O定义表、联锁系统逻辑图、仪表回路图、控制室布置图、端子配线图、控制室电缆敷设图（电缆表）、接地系统图、DCS系统配置图、端子（安全栅）柜布置图等。

组态文件一般包括：工艺流程显示图、DCS操作组分配表、DCS趋势组分配表、DCS生产报表等。

项目设计阶段：

拿到一个项目，首先根据项目的设计输入，（合同、技术协议、联络会纪要、工艺介绍、测点、控制要求、基础设计及评审意见、开工报告等），进行前期设计，具体有：********。主要是从工程设计和DCS应用软件组态两个部分开展的。

硬件排布（如机柜室布置、设备安装、电缆铺设等）；网络结构；对环境等要求；接地；供电；组态；出厂调试。

组态流程：以系统整体构架为基础：I/O组态；控制组态（控制方案的实现）；操作组态（监控画面，如流程图等）；其他组态（如与异构化系统的连接等）；整体调试；工程总结。

形成的相关文档：《DCS系统设备安装图》，包含《控制室布置图》、《 DCS安装尺寸图》、《DCS系统配置图》；《DCS电缆布线规范》；《DCS系统供电图》包含《DCS控制柜电源箱接线原理图》；《DCS系统通讯图》；《DCS系统接地图》；《测点清单》；《卡件布置图》；《端子接线图》；《外配部分接线图》；组态文件、《设计实施方案》；《操作规程》；《维护指导》。

工程实施阶段：

安装：电缆铺设、设备安装、组网、接地、接线、软件安装等。

调试：根据组态内容，运用组态软件对现场的信号调式、回路控制调试、联锁控制调试等。

投运：逐步实现自动控制。

DCS基础：

逻辑分布：即传统DCS中“D”的含义Distributed。

地域分散：现场总线分布式I/O构成的DCS的“D”的还应增加一层含义Decentralized。

满足现状：4-20mA模拟仪表仍占主流。

连通未来：现场总线智能仪表开始缓慢增长。

开放性：主控制器可以挂接其它开放的I/O系统，I/O模块也可以挂接到其它开放的主控制器上。开放性是制造商对用户的责任，它将在未来节省用户大量的后续投资。

物理结构：可独立安装；

上行网络：以太网一统天下；

下行网络：支持多种主流的现场总线；

控制软件：向下独立于I/O采集；

通讯协议：可同时支持多种通讯链路；

混合应用：兼顾流程工业和离散制造业特点；

编程语言：LD、IL、CFC、SFC。

⑴系统网络及计算机配置；

⑵柜盘台选用配置；

⑶DCS模块选用配置；

⑷UPS选用配置；

⑸安全栅选用配置；

⑹继电器选用配置；

⑺端子及线径选用配置；

⑻电源选用配置；

⑼空气开关/转换开关/按钮/指示灯选用配置；

⑽隔离器及转换器选用配置；

⑾网卡交换机及通讯用器材选用配置。

过程控制I/O的发展趋势：2S。

智能化（Smarter)：不仅是加单片机。

支持现场总线，可节省电缆。

支持开放协议，易于集成。

支持软件设定，免跳线，避免更换模块时误操作。

自诊断，便于维护。

小型化（Smaller)：不仅是减小尺寸

抛弃专用机笼，适合现场安装。

一般采用导轨安装方式；模块化、全封闭、小尺寸结构；热插拔，且插拔方便；低功耗；集成更多的功能。

冗余分类：DMR与TMR。

冗余分类：同构冗余与异构冗余。

用不同的物理实现原理来构建冗余个体。目的：防止共因故障。

冗余分类：备用式冗余与表决式冗余。

备用式冗余的三种方式：

备用式冗余系统的关键性能：无扰切换。

理论上如何保证无扰切换：时间相关量处理。

数据周期拷贝；运算周期同步。

如何实现故障安全

冗余：硬件冗余、软件冗余、信息冗余、时间冗余。

表决；同步；重构；诊断；避错；检错；纠错；重试；重启。

故障安全准则：

（1）每个安全性相关的模块必须经过充分的分析和测试。

（2）每个安全相关功能，应该冗余运行（推荐）。

（3）如果软件的正确性不能得到证明，必须由两个以上的多样性设计版本冗余运行。

（4）在合适的时间内，应周期性进行软件数据正确性检查。

（5）每个程序模块在执行前和执行后都应检查确保前导模块和后续模块的顺序确实正确。

（6）采用双份存储、保证安全变量存储的完整性。

（7）所有安全相关的数值，不能由人工输入。

（8）通过读写测试，保证RAM的正确性。

（9）通过校验码测试，保证ROM的正确性。

（10）推荐采取措施，保证CPU指令执行的完整性（针对多字节指令）。

（11）通过比较，保证时钟和定时器的正确。

（12）采用校验码等措施，保证通讯链路的正确性。

（13）保证系统中断执行过程的完整性。

（14）在重要的校验过程中使用的定时器，

（15）防止程序进入死循环或停止运行。

（16） CPU死机不会导致危险侧输出。

（17）所有关系到系统安全的变量应在数据结构中明确其安全侧取值和危险侧取值。

（18）在所有的条件判断语句中，应选择危险侧变量来判别。

（19）同一工艺环节的联锁逻辑不宜分散到各站中运行。

（20）系统检测到失效时，必须严格导向安全侧（如果停机是安全的，则必须停机）。

（21）任何硬件故障必须立即得到反映，不能造成故障积累而发生事故。

主控制器（MCU）的指标：CPU及外围芯片；速度；负荷率；实时性；功耗。

DCS的系统容量：机柜容量；电源容量；网络容量；主控容量；计算DCS系统容量时，必须同时满足上述限制条件。

主控制器容量：程序容量；网络容量。

主控制器容量：程序容量。程序容量一般用控制方案页数量来大致描述，它由固态盘容量、SRAM容量和内存容量决定。

网络容量的基本概念：波特率。波特率(Baud Rate)—也称位速率，是描述通讯线路上位流（0/1流）速度的指标。

波特率定义：波特率等于一段连续的比特流的比特数除以该比特流的持续时间。

波特率的单位：bits/s(比特每秒），即Bits per Second,缩写为bps。

网络容量的基本概念：吞吐率。

网络吞吐率用于衡量计算机能通过网络接收或发送数据信息的最快速度。

网络吞吐率的定义：单位时间片内计算机能接收或发送位信息的数量。

网络吞吐率的单位：一般也为bps。

网络容量：波特率与吞吐率的关系。

吞吐率一般小于波特率：

多任务计算机一般不能处理连续位流；丢包或包冲突重发降低有效速率。

主控制器网络容量计算：

先明确4个基本配置参数：

T1：设定的主控制器与IO通讯的时间（秒）；

B1：该主控制器与IO通讯的位流量（位）；

T2：设定的主控制器与其它站通讯的时间（秒）；

B2：该主控制器与其它站通讯的位流量（位）。

要求：

B1/T1＜控制网吞吐率*0.4＜控制网波特率*0.4；

B2/T2＜系统网吞吐率*0.4＜控制网波特率*0.4。

主控制器速度：控制周期。

单一控制周期与复合控制周期

控制周期根据工艺要求确定，当控制周期在200mS以下时，数字控制系统的采样延迟导致对控制品质的影响可忽略不计，即数字系统几乎可以等价于模拟系统。

对于大多数工艺过程，500mS或1S的控制周期就完全满足要求。

最短控制周期由主芯片速度、程序量和通讯量以及应用程序效率决定。

主控制器负荷率（Load Rate）：

负荷率定义：

实时性（Real-time)：

实时性的概念。

不准确的理解：实时就是“快”。

正确的理解：在预先设定的时间内完成规定的任务能力。

如果在一定条件下能确保在预先设定的时间内完成规定的任务，系统就可称为确定性系统，这是确定性实时（Deterministic)。

与确定性系统相对（不能确保）的是非确定性（Non-deterministic)系统。

硬实时（Hard real-time)：确定性（Deterministic)实时的同义词。

软实时（Soft real-time)：非确定性实时的同义词。

确定性实时和非确定性实时的对比：

实时性：典型任务的响应时间要求。

1 µs：控制器执行一个加法运算的典型时间；

10 µs：控制器执行一个PID运算的典型时间；

30 µs：通讯信号传输9km的时间延迟（信号速度30万公里/秒）；

100 µs：多任务实时系统任务切换时间；

200 µs：从实时数据库（内存）中访问获取一个数据对象的时间；

1 ms：在两个任务之间通过邮箱发送消息的时间；

2 ms：在局域网中发送一个报文的时间；

10 ms：流程工业中的事件分辨率（但目前很多招标书都要求2ms)；

50 ms：控制器中通讯任务的执行时间；

200 ms：操作人员的手感（接近硬接线般的感觉）；

1 s：操作员站画面上的数据刷新速度；

3 s：操作员站画面翻页速度。

什么情况下需要确定性实时？

滚筒式印刷机：在手工清洗过程中，操作人员右手持毛巾清洗转动的滚筒，左手按下“转动”按钮，当毛巾被卡住时，左手立即送开“转动”按钮，滚筒必须在0.5s内停止转动，否则……

实时性的例子：滚筒印刷机信号延迟。

从紧急按钮到马达的总延迟：2+30+32+40+32+40+4=180ms!

什么因素使实时性成为一个系统问题。

一片CPU芯片同一时刻只能做一件事。

一条通讯线路同一时刻只能供一个设备发送信息。

研究实时性，就是设法保证多种任务在公共的硬件资源上得到很好的调度执行。

确定性实时的特征：周期运行。

任务性质：

周期任务：确保关键的周期任务得到及时执行。

异步事件：确保关键的异步事件得到及时处理。

虽然很多确定性系统都采用了抢占式(Preemptive)实时操作系统，但抢占式调度使用不当却是很多系统无法实现确定性的原因之一。

周期循环执行是实现确定性实时的有效方法。

但周期调度的方法对硬件系统的速度要求较高。

非确定性实时的特征：事件驱动。

系统响应时间非确定的原因：

外部异步事件中断系统任务。

访问计算机公共资源：CPU，内存，网络。

使用了时间不确定的设备：如硬盘访问。

任务属于抢占式操作系统中的低优先级任务。

使用了时间不够确定的通讯网络：如以太网。

使用了队列。

事件驱动的任务调度是非确定性实时的主要途径。

事件驱动的调度方法可以有效降低系统对硬件速度的要求。

实时性评价的要点：系统的观点。

确定性是联锁保护等关键应用的基本特性，但其它很多场合下非确定性系统也可满足需要。

确定性系统能确保所有关键数据在规定的时间内传送，如不能就倒向安全态。

确定性系统即使在系统雪崩等最差工况下也能保证系统稳定运行，硬件资源的闲置较多。

系统的各环节都必须是确定性的，才能得到真正的确定性系统。

非确定性系统在进行充分的工况分析和非确定性概率分析的基础上，也是不错的选择。

主控制器的功耗：对功耗的要求，应达到：无需风扇散热。

主控制器应用设计：工艺过程划分。

工艺划分准则：

站间引用越少越好。

对于PID或联锁逻辑控制的控制算法，严禁使用软引用，引用不可避免时应使用硬接线引用。

对于纯粹的数据采集站（DAS），由于没有控制功能，可以使用软引用。

控制周期设定：

200ms：数字系统与模拟系统动态特性基本没有区别。负荷率＜40％。

AI信号的输入处理过程：

AI的几种输入型式：

单端输入(Single Ended Input)：共地型单端输入；共参考点单端输入。

差分输入(Differential Input)：非通道隔离型差分输入；通道间隔离型差分输入。

精密度（Precision)：表示测量结果的随机（偶然）误差的大小。

正确度(Correctness)：表示测量结果的系统误差大小。

准确度(Accuracy)：是系统误差和随机误差的综合表示测量结果阈真值的一致程度，也称精确度或精度。

引用误差：

定义：满量程内的最大绝对误差除以满量程。

精度是仪表多因素的综合体现。

分辨率（Resolution)：测量装置能感知和区分的最小变化量，通常以A/D转换器的位数和量程表示，比如用12位量程为0-5V的A/D，其分辨率为：5V/4096=1.22mV。

采样数据最低位所代表的模拟量的值：

Nbit：8bit / 12bit / 16bit；

电压表示：输入范围/2n；

举例：假如10V的输入信号用12位数据来表示，则最小可分辨的电压为10/212=0.224mV。

稳定度（Stability)：分为短时间稳定度（Short-time Stability)和长时间稳定度（Long-timeStability)。

短时间稳定度：对于同一被测量值，测量值的波动范围（即最大值减最小值）与量程之比。通常以百分比表示。

长时间稳定度：对于同一被测量值，相隔较长时间（比如说1年）用同一测量装置进行测量，其误差漂移量与时间之比。通常单位为ppm/年。

温度漂移：

温漂量纲：ppm/℃，即百万分之一每摄氏度；

温度变化可能导致的误差增大=温度变化量*温漂指标。

例：在环境温度25℃条件下标称引用误差为0.1%的仪表，如果其温漂指标为100ppm/℃，则当环境温度变化到35℃时，其引用误差将可能达到：0.1% + (35-25)*100*10-6=0.2%。

输入阻抗：AI输入电路的输入端等效阻抗。

过低的输入阻抗将导致输入电压信号在信号源端的压降增大到不可忽略。

一般要求100KΩ以上。

AI的隔离：为何需要隔离？

现场设备电气烧毁时不殃及DCS设备；

现场设备对DCS系统之间存在高压时不损坏DCS设备；

限制DCS局部故障或损坏的扩散化；

切断现场设备接地点对DCS系统接地点间因地电位差形成的地环电流，该地环电流导致AI设备输入端存在高共模电压，影响测量精度。

AI隔离的程度：

路间隔离：每个信号通道之间电气隔离，并都控制网络隔离。

模块与模块间隔离：AI模块之间隔离，并都控制网络隔离，但同一模块内的各通道之间不隔离。

一列模块与另一列模块隔离：比方说这5个模块与那5个模块之间隔离，且所有模块都与控制网络隔离，但同一列的5个模块之间不隔离。

站与站之间隔离：两个主控制站（一般装在不同的机柜中）之间隔离，但站内设备之间不隔离。

现场输入与DCS系统隔离：所有现场设备之间不隔离，但都与控制网络隔离。

哪些信号需要隔离？

四线制4－20mA变送器：由于变送器自身有电源，并且可能在现场端接地，所以需要路间隔离。

0－5V/0-10V信号：信号源自身提供电源，在现场端也可能接地或与别的系统连接，需要路间隔离。

现场接地型热电偶：热端与外壳接触，而外壳又接地，这种热电偶很少，需要路间隔离。

非接地型热电偶：在热偶中占绝对多数，不需要路间隔离。

热电阻：不需要路间隔离。

两线制4－20mA变送器：其电源为DCS系统提供，所以变送器内部电路不接地，不需要路间隔离。

交流采样信号：必须用互感器（电流互感器CT和电压互感器PT）在前端隔离。

AI的隔离技术：

隔离放大器隔离(在信号调理阶段隔离，传统的模拟仪表常用的方法)：

变压器隔离型放大器；

电容隔离型放大器(飞越电容或集成型放大器)；

线性光耦隔离型放大器。

数字光耦隔离(转化为数字量后隔离，数字式智能仪表常用的方法)

隔离电压：一般以交流有效值表示，如500Vrms。

过低的隔离电压将导致高压击穿。

一、安全栅的总类：

安全栅分为隔离安全栅，齐纳安全栅两种，隔离安全栅内部用隔离变压器隔离了输入、输出、电源三部分。限制到现场的电流电压在安全防爆的范围内。使现场无法达到火花电压电流。齐纳安全栅内部相当于一个保险丝，当出现过高电流电压时，保险丝烧断，达到保护现场的目的。因此隔离安全栅是重复使用的，齐纳安全栅是一次性使用的。

二、安全栅选型注意事项：

注意本安防爆和隔爆防爆区别，简单地说，本安防爆原理是限能。隔爆原理是密封。仪表都用本安防爆。电气用隔爆。

隔离安全栅有防爆（带EX标志）非防爆，防爆的比非防爆的贵20％（如P+F）。带防爆EX标志表示安全栅本身可安装于危险场所。

齐纳安全栅、隔离安全栅都有带HART和不带HART，带HART安全栅的可将智能仪表信号HART信号从输入端传到输出端。一般只有带变送器的和带调节阀的安全栅需有HART信号。

齐纳安全栅尽量选用国产品牌，因国外齐纳安全栅比国内隔离安全栅还贵。

变压器隔离型放大器：

电容隔离型放大器：

线性光偶隔离型放大器：

三种模拟信号隔离放大器比较：

AI隔离技术：在数字部分隔离。

每路设置独立的A/D；在A/D后将数字量采用光偶隔离。

共模和差模干扰：

在工业应用中，共模电压是个经常存在的威胁。通常需要测量含有大的共模成份的微弱差模信号。这些远距离信号和内部固有的50Hz/60Hz的电网干扰往往对测量造成相当的困难。

直流共模信号的进入也会形成干扰。

电网工频信号以差模形式叠加到输入信号，也会形成干扰。

共模和差模干扰信号：

抑制比的含义：

“一群坏人堵在大门口，有多少会混进去？”

1000个坏人堵在大门口，有1个人混进去，则抑制比=1000：1，用分贝表示就是20log1000=60dB（也就是说有千分之一混进去）；如果1000个坏人中有10人混进去，抑制比=1000：10，用分贝表示就是20log（1000/10）=40dB（也就是说有百分之一混进去）。

共模抑制比或差模抑制比的含义与上述比喻类似，只是“坏人”的定义不一样而已。

共模抑制比（Common Mode RejectionRatio)：用于衡量信号放大处理环节衰减共模信号的能力。

理想放大器：差模信号放大，共模输入信号的输出为零。

实际放大器：共模输入信号的输出不为零，等效为有一定的差模输入信号，二者之比即为CMRR。

实际计算时注意正弦信号峰峰值、峰值、有效值间关系。

共模抑制比CMRR：

Kd：差模放大倍数，即通道增益。

Kc：共模放大倍数。

Vic：共模输入峰值，设Vic为50Hz正弦信号。

Voc：共模输出峰值。

Voc/Kd：共模输入Vic等效的差模输入，所以CMRR值表征了共模“抑制”能力。

Vicrms：Vic的有效值。

Vocpp：Voc的峰峰值。

差模抑制比NMRR：

实际上，在电子学的教科书中是没有差模抑制比（NormalMode Rejection Ratio)这一提法的，因为对于一般仪表系统，50Hz的差模信号不能被定性为干扰信号。

但在实际应用中，我们往往需要将串联叠加到输入端的电网工频信号（50Hz或60Hz)定义为干扰信号。

仿照CMRR的定义和物理意义，工业测量领域定义了NMRR，用于衡量系统对50Hz/60Hz差模信号的抑制能力。

差模抑制比NMRR：

Kd：直流差模放大倍数，即通道增益。

Kn：50Hz差模信号放大倍数。

Vi：50Hz差模输入峰值。

Vo：输出波动交流峰值。

Vo/Kd：50Hz输入Vi等效的有效差模输入，NMRR值表征了差模“抑制”能力。

Virms：Vi的有效值。

Vopp：Vo的峰峰值。

NMRR的物理意义：

NMRR衡量了系统对50Hz输入差模干扰信号转的衰减程度：

Vd：衰减后进入系统的差模信号。

Vn：输入的50Hz差模信号。

假如NMRR=60dB，50Hz差模信号峰值为5V，则5/10（60/20）=5/1000=5mV的差模干扰进入了系统。

没有滤波器的测量系统，NMRR为零。

1阶滤波约贡献20dB NMRR，60dB需要3阶以上滤波。

提高NMRR的方法：滤波。

滤波器阶数与NMRR关系：

没有滤波器的测量系统，NMRR为零。

配备1阶低通滤波器的AI设备，NMRR最多可以做到20dB。

配备2阶低通滤波器后最多可以做到40dB。

要想将NMRR做到60dB，需要3阶以上的滤波器。

如果要想有效滤除50Hz信号，即使设计了3阶低通滤波器，其截止频率（－3dB点）也必须在5Hz以内，才能保证在50Hz（5Hz的10倍频）处衰减达到60dB。

所以，在DCS系统中，AI的采样率不需要做得很高，10Hz以上就可以了。

更高要求的滤波器是梳状滤波器，专门滤50Hz的倍频。

采样率（Sampling Rate)：测量设备每秒钟对输入信号的采集次数，单位为次/秒(SPS:Samples Per Second)。

频率混叠的对策：抗混滤波。

在A/D前加入低通滤波器，将信号中高于Nyquist频率的信号成分滤去,称为抗混叠滤波器。

信号带宽：

测量设备允许通过并能不失真测量的信号频率范围。

一般情况下是低通滤波器的截止频率。

为有效过滤50Hz工频干扰，工业控制领域的一般带宽在5Hz以下。

注意：模拟系统的带宽W(Hz)于数字通讯系统的带宽C(bps)是两个不同的概念，二者之间的关系(S/N为信噪比)：

阶跃响应时间（Step Response Time)：由于其输入发生阶跃变化，使输出由起始值稳定进入目标值的某一规定误差范围(DCS系统通常为+/-10%)所需的时间。

DCS AI阶跃响应时间要求：

4-20mA等高电平信号的阶跃响应时间一般要求在1秒以内。

热电偶和热电阻等低电平信号的阶跃响应时间一般要求在3秒以内。

AI的工程应用：

四线制4-20mA，两线制4-20mA，0－5V/0-10V，RTD，TC等不同类型的AI信号分布在不同的AI模块上。

TC信号需要设置冷端补偿（Cold JunctionCompensation）测温元件，测温元件应靠近TC接入端子。

两线制AI设备应设置现场短路保护措施，避免烧毁其内部采样电阻。

在某些关键回路上，AI设备应该冗余配置。

模拟量输出设备（AO：Analog Output）：

AO设备的技术指标：

精度、分辨率、稳定度、温漂（参见AI）。

带负载能力：在确保最大能输出20mA的条件下，AO的最大电阻负载。对于以24VDC为驱动电源的AO，其理论最大负载24/0.02=1200欧姆。

一般要求AO的带负载能力达到750Ω（一般的负载电阻为250Ω）。

建立时间：DA转换从数字指令下发到AO输出值达到预计的精度范围的响应时间。

AO带负载能力的测量：

先将AO的输出值设置到20mA对应的数字量，然后将输出接到可调电阻器上，并串联电流表，不断增加电阻值，当电流开始随电阻的增大逐渐小于20mA时，该负载电阻即为AO的带负载能力。

AO的隔离要求：

与AI设备不同的是，对于AO电路来说，因为执行器结构上的先天便利，使得现场执行机构的主体电路与AO设备是电气隔离的。这是因为无论是电-气阀门定位器，还是电动执行器，其控制信号（4-20mA电流）一般都是由电感线圈接收的。

基于上述因素，AO系统地和现场仪表地之间是隔离的，不可能形成地环电流，所以AO设备并不需要采取措施去切断DCS系统地和现场仪表地之间的地环电流。

当然，出于其它安全因素的考虑，比如说防止局部故障扩大化，也可以考虑将AO设计成路间隔离的，这时候相当于每个AO通道的输出级与执行器的输入级构成了一个个独立浮空的电路。

AO的工程应用：

驱动负载不要高于AO设备的带负载能力。关键控制回路应考虑选择冗余AO。

开关量输入（DI：Digital Input)：

DI的触点型式：机械开关（干接点）；电子开关；电平接点。

DI的查询电压：24VDC；48VDC；220VAC；220VDC。

DI的电路结构型式：

共地（Sinking）：电流从开关流出，进入DI板后返回到地（对DI设备来说是Sourcing）。

共源（Sourcing）：电流从DI板流出，经开关触点流到地（对DI设备来说是Sinking）。

DI的阈值电平：

逻辑1（State1）：表示接点闭合的状态；

逻辑0（State0）：表示接点断开的状态。

模糊区（Transition Area）：无法确定其逻辑值的过渡区。

DI的去抖动的方法：

硬件去抖动；软件去抖动：去抖动时间（4－15ms）。

DI的工程应用：查询电源分配和保险。

正反触点安排在同一模块（最好DI上不是长时间所有触点全闭合）。

SOE(Sequence of Event)：带时标的DI。

SOE：DI with time-stamp，主要用于事故分析。

SOE处理的基本原理:主控制器负责分钟以上时间，SOE模块负责分钟以下时间60000ms。

对时的基本原理:由同一个时钟源对其操作站、主控制器和SOE模块的时间。

GPS作为标准时钟源。

SOE的对时精度要求：

对时精度的理解：指的是相对时间精度，而非绝对时间，即SOE主要关心事件发生的先后顺序。

站内精度：1ms；站间精度：2ms。

SOE的容量：

单通道SOE容量（在一个控制周期内模块每通道能保存多少个SOE事件）。

模块SOE容量（在一个控制周期内能整个模块能保存多少个SOE事件）。

SOE的工程应用：

SOE信号尽量集中在同一个站内。

SOE站的通讯量要留有余地，在事件几种爆发时才能满足要求。

开关量输出（DO：Digital Output)：

DO：输出开关的类型

机械继电器（SPST，SPDT，DPST，DPDT）：Normal Opened，Normal Closed

固态继电器(Solid State Relay-SSR)，是Photo-Darlinton,PhotoMOS, Thyristor,TRIAC等类型开关的统称。

晶闸管（Thyrister，原来称为可控硅Sillicon Controlled Rectifier—SCR），适用控制直流负载。

双向可控硅(TRIAC：Tri-electrode AC switch)，适用于控制交流负载。

DO：输出电路结构型式

源电流输出（Sourcing）：从开关流出电流供给负载。

沉电流输出（Sinking）：从负载流出电流经开关入地。

DO的基本指标：

开关寿命；开关容量；漏电流（Leakage Current）。

DO工程应用注意事项：

频繁动作的DO应选用电子开关类DO；有漏电流要求的场合，优先选用机械继电器。

脉冲量输入（PI：Pulse Input）：

PI的主要指标：

测频精度；计数精度；输入信号要求；电平范围；脉冲宽度。

AC-DC电源：线性电源。

工频变压器变压；整流电路整流滤波；电压反馈调整输出电压；

高的稳定度，波纹也很小（可以达到5mV）；

没有开关电源具有的干扰与噪音；需要庞大而笨重的变压器；

滤波电容的体积和重量大；电压反馈电路是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的功耗太大。

转换效率低，还要安装很大的散热片。

这种电源不适合计算机等设备的需要，将逐步被开关电源所取代。

AC-DC电源：开关电源。

开关电源的主要优点：体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。

开关电源的主要缺点：由于逆变电路中会产生高频电压，对周围设备有一定的干扰。需要良好的屏蔽及接地。

AC-DC电源的指标：纹波和噪声。

纹波噪声也叫周期与随机偏移。

纹波是指在输出端子间的一种跟输入和开关转换频率同步的脉动成分。用峰-峰值表示。

噪声是指在输出端子间的纹波以外的一种高频尖刺成分。用峰-峰值表示。

纹波噪声一般限制用20Mhz带宽的示波器测量，测量时示波器的电源地线断开，并在表笔上并联0.1uF和10uF两个电容。

AC-DC电源的指标：输出电压精度。

在规定条件（负载，输入，导线长度，温度）下的输出电压相对误差。

有时也指考虑电压调整率、负载调整率和纹波噪声后的电压精度的综合。

AC-DC电源的指标：其它。

过压/欠压保护；过流保护/短路保护；过热保护；输出报警；温度漂移；输出电压可调范围；输出功率温度曲线。

电源冗余：均流冗余。

所有电源平均承担负荷；冗余结构相当于“热”冗余；

可以构成1:1, N:1,N:M(M<N)冗余；体积较小，单个电源成本较高。

如果不是1:1冗余结构，当系统需要双AC220V输入冗余时，需要另外配置双AC冗余装置。

电源冗余：非均流冗余。

非均流冗余电源，工作时输出电压较高的一个承担了绝大部分（90%以上）的负荷。

当主电源故障时，从电源才升级为主工作。

冗余机理相当于“温”冗余。

只能作到1:1冗余，体积较大。

系统需要双AC输入冗余时，分别将两路AC电源接主备电源即可。

DCS电源容量核算：

降额设计：70％；

电源容量限制是DCS系统容量核算的重要条件；

DCS电源容量计算方法：DI，DO，2线制AI，4-20mA AO需要考虑模块的自身功耗和随信号状态变化的附加功耗。

DI：5mA，灯；DO：继电器线圈电流；AI：2线制变送器供电；AO：执行器按全部20mA计。

双路AC电源冗余切换装置：有两路从不同变电所输送过来的供电电源。这两个变电所的送配电系统，一般情况下不会同时停电或同时检修。

UPS（UninterruptiblePower System）：

UPS：即不间断电源系统，是DCS系统中经常需要配备的备用交流电源，在220VAC主电源中断的情况下，可以有UPS给系统供电。

UPS可以分为四种类型：后备式；在线式；在线互动式；Delta变换式。

后备式UPS：后备式是适于微机使用的一种最常用的类型，交流输入电源正常时，UPS只是将输入电源过滤后输出，同时通过充电器为电池充电；交流输入电源中断后，UPS切换为电池和逆变器电路供电。逆变器只有在交流输入电源中断后才开始工作所以称之为后备式。

在线式UPS：一般用于10千瓦以上的产品。除了基本供电电路为电池逆变器电路外，基本原理图与后备式相同。无论交流输入电源是否正常，均通过电池逆变器电路提供电源输出。交流输入电源中断时不需要切换，不存在转为电池供电的切换时间。但是在电池逆变器电路出现故障或者逆变器内部失灵时，都需要切换为旁路供电，这时切换时间与后备式相同。

在线互动式UPS：一般用于较小功率的产品。这种类型采用双向逆变器，而且逆变器总是和输出连着的。交流输入电源正常时，逆变器反相工作给电池充电，停电时转换开关断开，电池提供输出。同后备式相比，逆变器总是和输出相连，因而能对电源起到滤波和削波作用。逆变器还具有稳压、调压作用，否则电压过低会强迫UPS切换为电池供电方式。逆变器还可以保证他本身发生故障时仍能由交流输入电源直接提供输出，不仅可靠而且效率高。

Delta变换式UPS：应该说Delta变换式是在线式的一种，基本电源输出由逆变器提供，但是同时Delta变换器也能向逆变器提供电源。在断电情况下，Delta变换式的工作情况和在线式是完全一样的。在正常供电情况下，由于Delta变换器能向逆变器提供电源，因此不需要对电池充电后再将电池输出通过逆变器变为交流输出，其工作效率要远高于普通在线式UPS。在输出电源质量方面，Delta变换式和在线式一样。

四种UPS性能比较：

UPS的选用种类比较多：

厂家的选择：APC全系列UPS都上门服务维修，山特只有6KVA以上才上门维修，（山特1～5KVA产品是委托生产，很容易坏，但山特6KVA以上产品质量是很好的。）因此1～5KVA尽量选用APC产品，6KVA以上两种产品都可以，考虑到6KVA以上山特比APC便宜，质量也很好，优先选用山特产品，但如果既有1～5KVA，又有6KVA以上，考虑厂家统一便于上门维护，还是选用APC产品。

UPS带两组电池的时间设置修改：

UPS出厂时设置都是按带1组电池的设置放电时间，当带2组电池时，并不是我们认为的电池时间会自动加倍，如一组电池可支持1小时，配2组同样的电池时间并不马上增加为2小时，因UPS的放电时间是根据内部软件设置放电时间的，不是检测电池的电量。因此2组电池放电1小时后，虽然电池还有电，但UPS不知是2组电池，UPS以为没有电了，还是会关掉输出保护电池。因此，要将放电时间的进行修改。具体方法参见APC说明书关于超级终端修改方法，需用UPS自带的串口线连接笔记本和UPS。

可靠性与可用性：可靠性（Reliabilty)：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。主要用产品的无故障运行寿命来衡量。常用的指标是平均故障间隔时间(MTBF),单位是小时。

可用性（Availability)：含义为某一时刻系统无故障工作的概率——MTTF/(MTTF+MTTR)。

MTTF,MTBF,MTTR：

MTTF：Mean Time to Failure平均无故障时间；

MTBF：Mean Time Between Failures平均故障间隔时间；

MTTR：Mean Time to Repair平均维修时间。

MTBF = MTTF + MTTR

如果 MTTR « MTTF：MTBF≈ MTTF。

安全性和可靠性之间的关系：

安全性（Safety)：系统故障情况下不对财产和生命带来危害的性能。

可靠性注重于考虑系统能连续正常工作的程度。

安全性注重于考虑系统故障的防范和处理措施，并不会为了连续工作而冒风险。

可靠性高并不意味着安全性肯定高。

安全性总是要依靠一些永恒的物理外力作为最后一道屏障，比如利用重力不会因停电而消失，往往用于紧急情况下关闭设备。

某些情况下，可靠性与安全性是同义词，比如飞机发动机（这些情况下，停机等于危险）。

IEC61508安全度等级(SIL-SafetyIntegrity Level)：

Low demand mode：非连续使用的系统，每年最多使用一次且y预防性检修周期在半年以内（每年检修不少于两次）。

IEC61508安全度等级(SIL-SafetyIntegrity Level)：

High demand or continuous mode：每年使用2次以上，或者使用1次，预防性检修周期大于半年（每年检修少于两次）。

信息安全：保证信息的完整性、可用性和保密性。

信息安全的三个层面：

网络安全：防止非法进入与访问；

系统安全：防病毒；

数据安全：数据保密。

信息安全常用技术：

防火墙：在内部网与外部网之间设置隔离墙

虚拟专用网：使用加密路由器在公共网上建立专用网络

安全服务器：设置安全服务器管理局域网。

电子签证机构；提供成员身份验证和密钥管理等功能。

用户身份认证：IC卡，数字签名等技术的应用。

安全管理中心：为信息安全建立集中管理机构。

安全操作系统：为系统中的关键服务设计专用操作系统。

安全规范：

CCC：中国安规；CSA：加拿大安规；K-Mark：韩国安规；LCIE：法国安规；KEMA：荷兰安规；CE指令：93／68／EEC 低压电气安全；ANSI／UL1950(IEC60950) 信息产品安全。

目前我国对工业控制设备尚不要求进行3C认证。

气候影响：温度、湿度和气压：

工作环境温度：设备能正常工作时，其外壳以外的空气温度，如果设备装于机柜内，指机柜内空气温度。

存储环境温度：指设备无损害保存的环境温度。

工作环境湿度：设备能正常工作时，其外壳以外的空气湿度，如果设备装于机柜内，指机柜内空气湿度。

存储环境湿度：指设备无损害保存的环境湿度。

商业级、工业级和军用级温度：

一般的器件温度分为商业级、工业级和军用级三种：

商业级0℃~70℃；工业级-40℃~85℃；军用级-55℃~125℃。（不同厂家的划分标准可能不同）。

作为设备，由于必须考虑外壳的存在，所以整机的工作环境温度常用的范围有0-40℃、0-55℃、0-60℃、-25℃~70℃等。

低温对设备的影响：低温指低于0℃的温度。我国境内的最低温度为黑龙江漠河-52.3℃。

低温的危害：电子元器件参数变化；低温冷脆；

低温凝固（如液晶的低温不可恢复性凝固）。

低温严酷等级：-5℃，-15℃，-25℃，-40℃，-55℃，-65℃，-80℃。

高温对设备的影响：一般指高于40℃以上的温度。我国境内的最高温度为吐鲁番47.6℃。

高温的危害：电子元器件性能破坏；高温变形；高温老化。

高温严酷等级：40℃，55℃，60℃，70℃，85℃，100℃，125℃，150℃，200℃。

DCS系统环境温度的要求：

对于PLC和DCS类设备，按照IEC61131-2的要求，带外壳的设备，工作环境温度为5～40℃，无外壳的板卡类设备，其工作环境温度为5～55℃。而在IEC60654-1-1993中，进一步将工作环境进行分类：有空调场所为A级20～25℃，室内封闭场所B级5～40℃，有掩蔽（但不封闭）场所C级-25～55℃，露天场所D级-50~40℃。

相对湿度：

混合比：是水汽质量与同一容积中于空气质量的比值。

相对湿度：相对湿度是空气中实际混合比（r）与同温度下空气的饱和混和比（rs）之百分比。相对湿度的大小可以直接表示空气距饱和的程度。

在描述设备的相对湿度时，往往还附加一个条件——不凝结（Non-condensing)，指的是不结露。因为当温度降低时，湿空气会饱和结露，所以不凝结实际上是对温度的附加要求。

露点温度：在空气中水汽含量和气压不变的条件下，当气温降低到使空气达到饱和时的那个温度称为露点温度，简称为露点。

湿度对设备的影响：

相对湿度超过65%，就会在物体表面形成一层水膜，使绝缘劣化。

金属在高湿度下腐蚀加快。

相对湿度的严酷等级：10%，50%，75%，95%。

气压：

一个标准大气压=气温在0 ℃及标准重力加速度（g＝9.80665米／秒2）下760毫米水银柱所具有的压强，即1个大气压＝1.35951×104×9.80665×0. 76 =101.325kPa。

海拔每升高100米，气压就下降5mmHg（0.67kPa）。

气压对设备的影响：

空气绝缘强度随气压降低而降低（1%每100米升高）。

散热能力随气压降低而降低（海拔每升高100米，元器件的温度上升0.2~1℃)。

气压的严酷等级常用海拔表示,比如海拔3000米。

振动（Vibration)：

指设备受连续交变的外力作用。

可导致设备紧固件松动或疲劳断裂。

设备安装在转动机械附近，即是典型的振动环境。

控制设备的振动分为低频振动（8-9Hz)和高频振动（48-62Hz)两种，严酷等级一般以加速度表示：0.1g,0.2g,0.5g,1g,2g,3g,5g。

振动的位移幅度一般分0.35mm-15mm等级。

冲击(Shock)：

短时间的或一次性的施加外力。

跌落就是典型的冲击。

冲击的严酷等级以自由跌落的高度来表示，一般分25mm,50mm,100mm,250mm,500mm,1000mm,2500mm,5000mm,10000mm。

外壳防护等级：

常用标准IEC529 (等同采用国家标准为GB/T4208-2017 )：外壳防护等级。

上述标准规定了设备外壳的防护等级，包含三方面的内容：对接近危险部件的防护；防固体异物进入；防水。

各种外壳防护等级之间的近似对应：

防腐蚀：

IEC60654-4-1987将腐蚀环境分为几个等级。主要根据硫化氢（H2S）、二氧化硫（SO2）、氯气（CL2）、氟化氢（HF）、氨气（NH3）、氧化氮（NOx）、臭氧（O3）和三氯乙烯，盐雾和油雾，固体腐蚀颗粒三大类腐蚀条件和其浓度进行分级如下：

腐蚀性气体按种类和浓度分为4级：1级为工业清洁空气，2级为中等污染，3级为严重污染，4级为特殊情况。

油雾按浓度分为4级：1级＜5ug/kg干空气，2级<50ug/kg干空气，3级＜500ug/kg干空气，4级＞500ug/kg干空气。

盐雾按距海岸线距离分为3级：1级距海岸线0.5km以外的陆地场所，2级距海岸线0.5km以内的陆地场所，3级为海上设备。

固体腐蚀物未在IEC60654-4-1987标准中分级，但该标准也叙述了固体腐蚀物腐蚀程度的组成因素，主要是空气湿度、出现频率或浓度、颗粒直径、运动速度、热导率、电导率、磁导率等。

防爆：标准。

中国：强制性标准GB3836系列；

欧洲：EN50014系列；

IEC：IEC79系列；

北美：国家防火协会的国家电气代码标准（NEC -National Electrical Code National Fire Protection Association）。

防爆：等级划分。

场所分类：

I类：有甲烷等气体的煤矿井下；

II类：各种易燃易爆气体的工业场所；

III类：有易燃易爆粉尘的场所。

易爆等级：

A,B,C三级依次变得易引爆，按易爆物类型分。其中I类不在分，II类分A,B,C三级，III类分A,B两级。

温度分类(℃)

I,II类分为：T1(450),T2(300),T3(200),T4(135),T5(100),T6(85)；

III类分为：T1-1(270),T1-2(200),T1-3(140)。

防爆：类型及等级标志。

类型：

隔爆型“d”，冲油型“o”，正压型“p”，增安型“e”，冲沙型“q”，特殊型“s”，本安型“i”，无火花型“n”。

其中增安型是在隔爆型的基础上在有采取无火花设计形成的；本安型又分为ia和ib两级，前者安全数更大。

举例1：dIIBT3，隔爆型仪表，可用于乙烯环境中，其表面温度不超过200℃。

举例2: iaIIAT5,本安ia型，可用于乙炔、汽油环境中，温度不超过100℃。

电磁兼容性的定义：

EMC：ElectromagneticCompatibility

电磁兼容性：设备在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中其它设备构成不能承受的电磁骚扰的能力。

研究电磁兼容性，不是处于理论上的目的，而是处于实践上的需要，它是DCS系统电气抗干扰能力的综合体现。

DCS系统的电磁兼容性是通过一些实践性很强的技术手段获得的，这些手段主要有：接地，隔离，屏蔽，双绞，吸收，滤波。

产品电磁兼容性的两个方面：

骚扰（Disturbance)：专指本产品对别的产品的造成的电磁影响——“我捣乱你，祸根”。

干扰（Interference)：或称为抗干扰，专指本产品抵抗别的产品的电磁影响——“我抵抗你,免疫”。

电磁兼容的三个要素：

骚扰源：危害性电磁信号的发射（Emission)者。

传播途径：电磁信号的传播途径。

辐射（Radiated Emission)：通过空间发射。

传导(Conducted Emission)：沿着导体发射。

注意：不要将发射和辐射混淆，辐射和传导都统称为发射。

接收器：收到电磁信号的电路。

消除上述三要素之一，产品间电磁干扰就不存在。

电磁骚扰的种类：

自然噪声：

宇宙射线和太阳辐射（频率大于10MHz）。雷电（频率小于10MHz）。

人为噪声：

故意行为：雷达、电子战发射装置。

无意行为：电焊机、电源、继电器、静电等。

骚扰信号被接收：形成干扰。

通过天线或等效于天线的结构接收；通过机箱接收；通过导线接收。

对于上述三种基本的信号传播机构，可构成9种可能的耦合，其中，天线——天线，天线——导线，导线——导线，是三种最主要的耦合方式，所以电磁兼容性的研究和标准也主要是围绕这三种模式进行的。

机箱——机箱模式除低频磁场外，一般不是主要的。

国际电磁兼容性标准体系：

接地：

接大地的本质：地球是一个巨大的导体和巨大的电容，可以存储海量的电荷，维持最稳定的参考点。

保护接地：防电击接地；防雷接地；防静电接地；防腐蚀接地。

功能接地：逻辑地；屏蔽地；信号地；本安地。

配电型式决定保护接地：

按照GB14050，低压配电系统的接地型式有IT、TT、TN三种基本形式：在TN形式中又分有TN—C、TN—S 和TN—C—S三种派生形式。字母代号含义如下：

第1个字母反映电源中性点接地状态：T——表示电源端（变压器）中性点接地；I——表示电源中性点没有接地(或采用阻抗接地)。

第2个字母反映负载侧的接地状态：T——表示负载保护接地，但独立于电源端（变压器）接地；N——表示电气装置外壳与电源端接地点直接连接。

第3个字母C—表示中性导体与保护导体共用一线；第4个字母S—表示中性导体与保护导体是分开的。

TT型系统的保护接地：

DCS系统的配电型式基本上都是TT系统。

IT型系统保护接地：

TN-C型系统的保护接地：

TN-S型系统的保护接地：

TN-C-S型系统的保护接地：

DCS系统的接地示意图：

DCS系统的各种接地：

DCS系统的接地施工：

本安接地：

DCS接地的形象比喻：百川归海。

隔离：供电系统隔离。

隔离：网络隔离。

现场总线：光电隔离。

采用UTP的以太网：脉冲变压器隔离。

采用光纤隔离。

隔离：IO的隔离。

AI：隔离放大器，光电隔离。

AO：光电隔离；DI：光电隔离；

DO：光电隔离，继电器隔离。

双绞线抑制交变磁场干扰的原理：

每个小绞纽环中会通过交变的磁通，而这些变化磁通会在周围的导体中产生电动势，它由电磁通感应定律决定（如图中导线中的箭头所示）。从图中可以看出，相邻绞纽环中在同一导体上产生的电动势方向相反，相互抵消，这对电磁干扰起到较好的抑制作用。单位长度内的绞数越多，抑制干扰的能力越强。

屏蔽：

要想使屏蔽起到作用，屏蔽层必须接地。

屏蔽层的接地，有时采用单点接地，有时采用多点接地，在多点接地不方便时，在两端接地。

主要的理论依据是：屏蔽层也是一个导线，当其长度与电缆芯线传送信号的四分之一波长接近时，屏蔽层也相当于一根天线。为简便起见，在DCS系统中，对于低频的信号线，只能将屏蔽层的一端接地，否则屏蔽层两端地电位差会在屏蔽层中形成电流，产生干扰；对于信号频率较高（100kHz以上）的信号，比如Profibus-DP电缆，其屏蔽层推荐两端接地。

正确敷设电缆，可减少屏蔽电缆的使用：

使所有的信号线很好地绝缘，使其不可能漏电，这样，防止由于接触引入的干扰；

正确敷设电缆的前提是对信号电缆进行正确分类，将不同种类的信号线隔离铺设（在不同一电缆槽中，或用隔板隔开）。

模拟量信号（特别是低电平的模人信号如热电偶信号，热电阻信号等）对高频的脉冲信号的抗干扰能力是很差的。建议用屏蔽双绞线连接，且这些信号线必须单独占用电线管或电缆槽，不可与其它信号在同一电缆管（或槽）中走线。

低电平的开关信号（干结点信号），数据通信线路（RS232、RS485等），对低频的脉冲信号的抗干扰能力比模拟信号要强，但建议最好采用屏蔽双绞线（至少用双绞线）连接。此类信号也要单独走线，不可和动力线和大负载信号线在一起平行走线。

高电平（或大电流）的开关量的输入输出以及其它继电器输入输出信号，这类信号的抗干扰能力又强于以上两种，但这些信号会干扰别的信号，因此建议用双绞线连接，也单独走电缆管或电缆槽。

供电线（AC 220V/380V），以及大通断能力的断路器、开关信号线等，这些线的电缆选择主要不是依抗干扰能力，而是由电流负载和耐压等级决定，建议单独走线。

防雷危害：直击雷和感应雷。

当10KA的雷电流通过下导体入地时，我们假设接地电阻为10欧姆，根据欧姆定律，我们可知在入地点A处电压为100KV。因A点与C、D点相连，所以这几点电压都为100KV。而E点接地，其电压值为0，设备的D点与E点间有100KV的电压差，足以将设备损坏。

三种雷电危害的发生比例统计：

（1）控制雷击点（采用大保护范围的避雷针）

（2）安全引导雷电流入地网

（3）完善的低阻地网

（4）消除地面回路

（5）电源的浪涌冲击防护

（6）信号及数据线的瞬变保护

通讯线防雷：采用RJ45的以太网。

通讯线路的雷击模拟测试，现普遍采用的是国际电联ITU-TK20（局端使用）和ITU-T K21（用户端使用）标准，测试方法为10/700uS;1KV和10/700uS；4KV，正反向各打5次。

外部采用防雷管(Q1-Q3)，内部采用TVS。

信号线的防雷：

①对于非架空信号线，可用金属电缆管或槽铺设信号线，电缆管或金属槽有很好的接地。

②对于架空信号线（一般是不允许的），在信号进入DCS之前应连接专门的防雷器。其原理与通讯线防雷相似。

电源系统的防雷：

根据GB50057，防雷区分为几个区，按由外及内雷电能量大小分布分为LPZ0，1，2，n区。其中LPZ0区又分这A、B两区。对某一建筑而言：LPZ0A区指不在避雷保护范围以内的外部裸露区域；LPZ0B区指虽然在避雷保护范围内，但裸露在建筑外没有任何屏蔽在区域（如窗户）。这个区的电气设备最易遭受雷电波侵入，之后向内每增加一屏蔽层，划分一个区域，如LZP1、2等区。

对应于不同的防雷区，电源系统防雷分为多级保护：

（1）在LPZ0～LPZ1区的交界处、电源总进线处安装电源第一级防雷保护产品。

（2）在LPZ1～LPZ2区的交界处、电源分配电箱处安装电源第二级防雷保护产品。

（3）在LPZ2～LPZ3区的交界处、重要用电设备插座处安装电源第三级防雷保护产品。

电源系统防雷器：

第一级电源防雷：安装高能量电源防雷器，目的是吸收高能量。安装在UPS配电箱进线端。

第二级电源防雷：安装过电压保护器，目的是吸收第一级过后的过电压，在机房的三相电源进线端，安装过电压防雷箱。

第三级电源防雷：安装浪涌抑制器，目的是吸收二级保护后的微小能量。在服务器和网络交换机等重要设备的电源接入端分别安装一套插座式防雷器，作为其电源的末级保护。

电源防雷器的接线图（第1，2级）：

系统网络及计算机配置标准：

系统网络是规划是整个DCS设计的整体框架。如果系统网络框架前期没用规划好，就会在后期运行中出现莫名其妙的问题，而且问题时有时无，时好时坏，很难查出，更严重的是，因牵涉到整个系统硬件软件的改变问题，想在开车后更正也非常难，造成的不良影响也非常巨大。

1-2个控制站（1000点以下），1-4个操作员站：用一层以太网网络结构。用2台交换机，操作员站兼服务器，服务器、工程师站用2网卡。系统网络图如下：

3-4个控制站（1000－2000点），5-8个操作员站：用两段以太网网络结构。用4台交换机，操作员站兼服务器，服务器、工程师站用4网卡。系统状态图如下：

5个以上控制站（4000点以上），5个以上操作员站：用两段以太网网络结构。用4台交换机，用专用服务器DELL 专用PE2900服务器（联想T350塔式，R350机架式）、工程师站用4网卡。系统状态图如下：

柜盘台选用配置：

模块选用配置：

端子及线径选用配置：

继电器选项注意事项：

继电器种类繁多，工程经常用的主要是LY2NJ和MY2NJ。易出错问题注意如下:

带指示灯的继电器注意灯的正负极，因指示灯是发光二极管发光，正负极接反继电器可工作但灯不亮，常用带灯的继电器型号如下：

端子及线径选用配置：

线缆型号说明：如室外电缆KKVVRP-24x1.5表示：K-控制电缆，K-带铠装,V-外绝缘（聚氯乙稀）， V-内绝缘（聚氯乙稀）R-软多芯,P-带屏蔽，24－24芯，1.5-1.5mm。

如室内电缆KVR-1.5表示：K-控制电缆， V-内绝缘（聚氯乙稀）R-软多芯， 1.5-1.5mm。

常用室内线型号如下：

阻燃型电线电缆在型号前加ZR-，例ZR-BVV，耐火型电线电缆在型号前加NH- 例NH-BVV。

标准线缆颜色如下：

计算电源线线径公式：S=∑I ×L /(△u ×k)其中：

∑I-- 流过导线总电流（A）

L-- 导线回路长度（电缆长度*2）（米）

△u-- 本段导线上允许的压降（V）

K-- 导电系数 K铜＝57，K铝＝34一般△u取0.3V。

常用线径可流电流如下(铜质,取允许流量1/3)：

参考《通用橡套软电缆的最大允许载流量（θn=65℃）》：

注：3芯电缆中一根线芯不载流时，其载流量按2芯电缆数据。

常用线槽容量：

8035线槽：可装线空间：72×30。设每根线径为4mm。则每层可放72/4=18；

可放层数为30/4=8，则可装线数：18×8=144根。

8060线槽：可装线空间：72×56。设每根线径为4mm。则每层可放72/4=18；

可放层数为56/4=14，则可装线数：18×14=252根。

8080线槽：可装线空间：72×76。设每根线径为4mm。则每层可放72/4=18；

可放层数为76/4=19，则可装线数：18×19=342根。

空气开关/转换开关/按钮/指示灯选用配置：

常用空气开关的种类:

梅兰日兰C65N-1P,XA，宽*长：18*82，单极空气开关.(火线经开关,中线共用) C曲线；

梅兰日兰C65N-2P,XA，宽*长：36*82，2极空气开关.( 火线/中线经开关) C曲线；

梅兰日兰C65N-3P,XA，宽*长：54*82，3极空气开关.(三向电源开关用) C曲线；

梅兰日兰C65N-4P,XA，宽*长：72*82，3+1极空气开关. (三相四线电源开关用) C曲线；

常用空气开关电流：1A,2A,4A,6A,10A,16A,32A,40A,63A,100A。

注意：C65N是C45N的替代产品,外形尺寸都一样,都是施耐德公司的产品,品牌梅兰日兰.但C65N是三级限流保护,分断能力比C45N强.不要再提C45N的计划。

C型曲线与D曲线的区别主要是瞬时脱扣动作范围不同。C型曲线大概为额定电流的5倍；D型曲线大概为额定电流的10倍.

C型曲线：用于配电。

D型曲线：用于电机.变压器,防止启动时冲击电流大误分断。

隔离器及转换器选用配置：

选用隔离器场合：

该类信号有：变频器转速、变频器电流、电容式物位计、超声波物位计、雷达液位计、电磁流量计、电流变送器、分析仪表、电导分析仪、可燃气体报警器（三线制）、有毒气体报警器（三线制）。

选用转换器场合：

RTD信号转换为4_20MA，进冗余模块，

交流电压电流互感器0-5A信号转换为4-20MA信号。

MV毫伏(非热电偶)转换为4-20MA。

网卡交换机及通讯用器材选用配置：

推荐常用网卡：

台式机/服务器以太网卡PCI：Intel，PRO/100M,PILA8460M,10/100M单电口；

光纤网卡PCI：FE1450-FX 光纤网卡,PCI,光纤接口,10/100M多模(SC口)。

五类双绞线网线做法：

网卡交换机及通讯用器材选用配置：

推荐常用交换机：

以太网交换机 D-LINK,DES-1016D 桌面安装,16口,10/100M全双工；

以太网交换机 D-LINK,DES-1024D 桌面安装,16口,10/100M全双工；

以太网交换机 D-LINK,DES-1016R+ 机架安装,16口+1光口（1200元）,10/100M全双工；

以太网交换机D-LINK,DES-1024R+，机架安装,24口+1光口（1200元）,10/100M全双工；

DES-1226G,1150元VLAN功能24口百兆电口，可扩展2个千兆口SFP（光2400元，电1800元），光电任选；

以太网交换机3COM,3C16470， 16口,10/100M 交换机,全双工,可堆叠；

以太网交换机3COM,3C16471, 24电口,10/100M全双工；

以太网交换机3COM,3C16477A, 8口 10/100/1000M交换机 Switch2808；

以太网交换机Carat1008FC2快速以太网,6个电 ,2个100M光口（用于远程带主控机柜）；

带光口的交换机：3COM,3C17304A, 24口10/100M+2口1000M-T+2个SFP二层网管交换机 Switch 4228G；

特点：其他公司型号都是千兆光口/电口复用，即不能同时使用。但这种型号可以千兆光口/电口同时用。

配套光口SFP模块：3CSFP91千兆模块（550米）,多模,3COM/1000Base-SX SFP；

3CSFP92千兆模块（10公里）,单模,3COM/1000Base-LX SFP；

3CSFP92（单模）

配套电口SFP模块：3CSFP93千兆铜介质模块（275米）

电口接口标准：百兆100Base-TX（100米）, 千兆1000Bbase-T（100米）

公司常用光口接口标准：多模百兆100Base-FX（2000米）, 多模百兆100Base-LX（550米）单模百兆100Base-LX（9/10um=5公里）

常用千兆：多模千兆1000Bbase-SX（62.5um=275米,50um=550米）单模千兆1000Bbase-LX（9/10um＝10公里）多模千兆1000Bbase-LX（50/62.5um=550米）

光纤收发器决定了波长SX,LX，光纤类型决定了单模，多模。

推荐常用光纤收发器，光缆：

1．光纤收发器：尽量用AC220V电源，否则要配DC24V电源。

光纤收发器尽量采用DI-LINK公司的DFE-855/CN （产品正规，采购价260元），必须注意需包括一个中国标准交流电源适配器（物料2070300006已带交流开关电源适配器），该光纤收发器为SC(方口)不建议采用合成光纤的TSC光纤收发器。而且接口一部分SC(方口)，一部分ST(圆口)，质量不稳定，经常弄错。如高端用户，可采用MOXA的MOXA,IMC-21-M-SC光纤收发器。

2.多模光纤：距离2000米以内。常用直径62.5um(内径)/125um(外径).配多模交换机，多模收发器，多模跳线。常用合成,四芯多模室外,GYXTW-4A1b。

3.单模光纤：距离2000米以外，常用直径9um(内径)/125um(外径)。配单模交换机，单模收发器，单模跳线。常用合成,四芯单模室外, GYXTW-4b1。

4.光纤接口类型：SC口（方口接头）；ST口（圆口接头）将交换机，光纤收发器，光纤跳线统一在同一接口上。尽量用SC口（方口接头）。SC口（方口接头）通用主流产品，市面上D-LINK,3COM交换机全是是方口为主。

补充说明1：还有多模光纤直径50um(内径)/125um(外径) 和利时公司不常用，可用到千兆550米，而多模光纤直径62.5um(内径)/125um(外径)千兆只能用到275米。

补充说明2：还有单模光纤直径10um(内径)/125um(外径) 不常用。

常用通讯串口设备：原理：扩充COM口到计算机。

说明：每个串口设备的每个口可带32个设备，但这32个设备必须是相同通讯协议的设备，尽量同一种设备挂在同一口上，不同的设备在不同的串口上。

1.MOXA通讯卡（带数据线） CP-114IS/PCI,4口RS232,RS422/485串口卡,921.6kbps，带光电隔离防浪涌。

2.将串口信号转为以太网的设备（不依赖于一台机器）――串口服务器 MOXA卡,NPort 5430I，4口RS232,RS422/485。该设备带液晶屏，有按钮设置网络地址。

3.将串口信号转为以太网的设备（不依赖于一台机器）――MOXANport5232 rs485,2串口转以太网串口服务器。该设备同NPort 5430I不同，Nport5232无液晶屏，无按钮。

NPort 5430I串口服务器RS485接线：9针串口的1――R+D+,9针串口的2――R-D-,9针串口的5――GND.网络地址可用软件配置，出现问题时按复位键5秒才能复位到出厂设置。

常用RS232/RS485转换设备。