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Shenzhen Jiwei Automations Ltd.

深圳计为自动化技术有限公司

01 .带你理清SIS、ESD、DCS、PLC的区别

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。

SIS与DCS之间的差异解析

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。

SIS与ESD之间的区别

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。

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。

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。

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。

SIL2/3认证的音叉液位开关应用于SIS系统中

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。

DCS与PLC的区别主要体现在以下几个方面：

1. 发展背景：

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。

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。

2. 系统可扩展性和兼容性：

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。

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。

3. 数据库管理：

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。

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。

4. 时间调度：

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。

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。

5. 网络结构：

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。

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。

6. 应用规模：

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。

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。

现在，我们来讨论一下彼此的相同（似）之处。

1）功能方面：

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。

2）系统结构方面：

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。

3）PLC和DCS的发展方向：

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。

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）。

02.仪表的“线制”学问有多深？

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。

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。

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。

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。

03.4-20mA信号究竟能够传输多远？

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？

4-20mA电流信号的传输距离主要与以下几个因素有关：

1. 信号的激励电压Ue；

2. 仪表的最低工作电压Umin；

3. 接收设备的负载（采样）电阻RL；

4. 导线电阻r。

图3：二线制变送器电流信号传输回路

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。

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：

已知：Ue=24V，I=20mA，RL=250Ω，Umin=12V。求出r的最大值为175Ω：

ρ——电阻率(铜电阻率=0.017，铝电阻率=0.029)

L——线的长度(单位：米)

S——线的截面(单位：平方毫米)

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。

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）。

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。

04. 自动化仪表“沟通”的十一种“语言”！

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。

通讯协议分类

常用的仪表通讯协议有：

modbus通讯协议

RS-232通讯协议

RS-485通讯协议

HART通讯协议。

MPI通信

串口通信

PROFIBUS通信

工业以太网

ASI通信

PPI通信

远程无线通信

TCP

UDP

S7

profibus

pofinet

MPI

PPI

Profibus-DP

Devicenet

Ethernet

05. SIS安全系统下，用户、设计院、厂家应该如何看待SIL认证！

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。

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。

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;

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。

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。

06. 无需洪荒之力，九个步骤轻松判断DCS故障！

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。

DCS系统故障诊断的基本步骤如下：

分析故障原因：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。

检查使用不当：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。

审查操作错误：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。

区分故障来源：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。

硬件与软件故障：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。

硬件故障处理：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。

软件故障处理：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。

系统软件故障：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。

应用软件故障：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。

利用自诊断功能：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。

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文字丨袁工

图片来源丨华仔，小凯，MJ

封面丨云峰

封面审核丨栗子

文章审核 |黄工、盛工

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