過程控制工程設計—控制室的設計原則

1、1,控制室的設計原則,機電學院自動化研究所：許素安仰儀南樓310 電話：86914549,2,概述常規(guī)儀表控制室的設計采用DCS系統(tǒng)的控制室設計,3,概述,控制室的設計是自控工程設計中顯示自動化水平的一個側面。在進行控制室設計時，不僅要為儀表及其它自動化工具（計算機）正?？煽康倪\行創(chuàng)造必要的條件，還必須為操作人員的工作開辟一個適宜的環(huán)境?？刂剖彝菂⒂^采訪的一個重要場所，所以搞好控制室的設計，也是向外界表征

2、這個工業(yè)生產過程操作控制水平的一個重要方面。,4,,大慶石化報警管理系統(tǒng)中控室,5,常規(guī)儀表控制室的設計,控制室設計的一般要求控制室的平面布局儀表盤的設計 儀表連接設計,6,1. 控制室的位置應位于安全區(qū)域內，選擇在接近現(xiàn)場和方便操作的地方。2. 控制室的面積主要考慮到長度、進深以及盤前、盤后區(qū)大小的分配，以便于安裝、維修及日常操作。3. 建筑要求是提出對吊頂和封頂、層高、地面、墻面、門、窗及色彩等方面的要求。4.

3、控制室的采光和照明。5. 控制室的空調主要用于采用電子式儀表為主的大、中型控制室和儀表設備對濕、溫度有較高要求的場合。6. 控制室的進線方式和電纜、管纜的敷設方式。7. 控制室的供電及安全保護措施。,控制室設計的一般要求,7,控制室的位置,8,控制室內儀表盤的平面布置的形式主要分為兩類：單面布置，適合儀表盤較少的場合。多面布置，使用儀表盤較多。,控制室的平面布局,9,單面布置，適合儀表盤較少的場合。,10,儀表盤柜,儀表操

4、作臺,11,多面布置，使用儀表盤較多,12,儀表盤的選型儀表盤的正面布置報警器燈屏的布置半模擬盤的正面布置,儀表盤的設計 P122,13,通道式儀表盤,常用儀表盤 :屏式、框架式、柜式、通道式,框架式儀表盤,14,儀表盤上儀表的排列順序，應按照工藝流程和操作崗位進行排列。儀表的布局應方便于操作，盤上儀表可采取高密度安裝。對于相同的生產工序或多條生產線，盤上儀表的布置應一致。在一個控制室內，儀表盤之間的排列順序，同樣應

5、按工藝流程順序從左到右進行。 盤面上儀表可分三段布置： 上段儀表：距地面標高1700-2000mm，掃視類儀表中段儀表：距地面標高1100-1700mm，經(jīng)常監(jiān)視和調整的重要儀表下段儀表：距地面標高850-1100 mm，操作類儀表,儀表盤的正面布置 P123,15,在整個儀表組的盤面上，一定要注意同類儀表相互位置的對應關系。儀表排列要盡量成排成行，可按中心線取齊，也可按儀表外殼邊緣取齊。總之，一定要在使用的基礎上

6、注意整齊、美觀。 盤上儀表的排列，疏密程度要適度，應留有增加儀表的位置，甚至配備無表空盤，供今后技術改造的需要。,儀表盤的正面布置 P124 圖7-11,16,如果工藝流程中設有參數(shù)越限報警，還需繪出“閃光燈報警器燈屏布置圖”（或“報警器燈屏布置圖”），在圖中表示出閃光燈報警器各報警窗口的排列、報警儀表位號和注字內容。,報警器燈屏的布置,17,在圖中應畫出裝置的主要流程，包括主要工藝設備、管道和檢測控制系統(tǒng)的圖示。根據(jù)需要

7、設置動設備和控制閥運行狀態(tài)的燈光顯示裝置。,半模擬盤的正面布置,控制盤（屏）之上方有過程示意圖并可有顯示過程狀態(tài)的信號裝置的盤（屏）。,18,,19,儀表的連接-信號制,信號制即信號標準，是指儀表之間采用的傳輸信號的類型和數(shù)值。 　　目的：達到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同廠家生產的儀表能夠共同使用在同一控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。,20,我國國家標準GB777《化工自動化儀表模擬氣動信號》規(guī)定了氣動儀表信號的下限值

8、和上限值，該標準與國際IEC382是一致的。,氣動儀表的信號標準,21,序號1的規(guī)定與國際標準IEC381 A一致。序號2考慮到DDZ-Ⅱ系列單元組合儀表當時仍在廣泛使用而設置的。模擬直流電流信號及其負載電阻表,電動儀表的信號標準(GB339),22,電動儀表信號標準的使用,現(xiàn)場與控制室儀表之間采用直流電流信號 優(yōu)點：直流比交流干擾少直流信號對負載的要求簡單電流比電壓更利于遠傳信息　要求：接收儀表輸入電阻小。 缺點：

9、多個儀表接收同一電流信息，它們必須串聯(lián)。,23,△ 任何一個儀表在拆離信號回路之前首先要把該儀表的兩 個輸入端短接，否則其它儀表將會因電流中斷而失去信號△ 儀表無公共接地點，須浮空工作,控制室內部儀表連接,問題？,24,控制室內部儀表之間采用直流電壓信號,優(yōu)點： △ 任何一個儀表拆離信號回路都不會影響其它儀表的運行。 △ 各個儀表具有公共接地點，可以共用一個直流電源。要求：接收儀表的輸入

10、阻抗要足夠高,25,控制系統(tǒng)儀表之間典型聯(lián)接方式,,,Io：發(fā)送儀表的輸出電流Ro：發(fā)送儀表的輸出電阻Ri：接收儀表的輸入電阻R ：電流∕電壓轉換電阻，Io=4～20mA時R取250Ω。,26,,在某些生產現(xiàn)場存在著各種易燃、易爆氣體。安裝在這種危險場所的儀表如果產生火花，就容易引起爆炸，因而必須具有防爆性能。,氣動儀表從本質上來說具有防爆性能（不可能產生火花）。電動儀表必須采取必要的防爆措施才具有防爆性能，其防爆措施不同，防爆

11、性能也將不同，適合應用的危險場所也不同。,27,防爆儀表的分類,II類(工廠用)電氣設備又分為8種類型。其標志如下：,,按照國標GB3836.1規(guī)定，防爆電氣設備分為兩大類： I 類：煤礦井下用電氣設備 II類：工廠用電氣設備,28,過程控制儀表的防爆措施,過程控制儀表主要有: 隔爆型防爆儀表 本質安全型防爆儀表,29,隔爆型防爆儀表,特點：儀表的電路和接線端子全部置于防爆殼體內 防爆措施：采用耐壓80～100N/cm2以

12、上的表殼表殼外部的溫升不得超過由易爆性氣體或蒸汽的引燃溫度所規(guī)定的數(shù)值表殼接合面的縫隙寬度及深度，應根據(jù)它的容積和易爆性氣體的級別采用規(guī)定的數(shù)值使用注意：*揭開儀表表殼后，將失去了防爆性能 *長期使用會逐漸降低防爆性能,30,本質安全型防爆儀表,本質安全型防爆儀表也稱安全火花型防爆儀表。這種儀表，在正常狀態(tài)下或規(guī)定的故障狀態(tài)下產生的電火花和熱效應均不會引起規(guī)定的易爆性氣體混合物爆炸。,正常狀態(tài)指在設計規(guī)定條件下

13、的工作狀態(tài)，故障狀態(tài)指電路中非保護性元件損壞或產生短路、斷路、接地及電源故障等情況。,31,本質安全型防爆儀表,ia 等級　在正常工作、一個故障和兩個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物的電氣設備。,ib 等級　在正常工作和一個故障時不能點燃爆炸性氣體的電氣設備。,本質安全型ia和ib兩個等級分別表示：,32,安全火花型防爆儀表所采取的措施主要有：　 1. 儀表采用低工作電壓和小工作電流。通常，正常工作電壓不大于24VDC，電流不大于20

14、mADC；故障時電壓不大于35VDC，電流不大于35mADC； 2. 在線路設計上，對處于危險場所的電路，選擇適當大小的電阻、電容和電感參數(shù)，使其只產生安全火花；同時在較大的電容、電感回路中并聯(lián)雙重化二極管，以消除不安全火花。 設計中如何防爆？,本質安全型防爆儀表,33,控制系統(tǒng)的防爆措施,要使整個測量或控制系統(tǒng)的防爆性能符合安全火花防爆要求，必須滿足：　1.在危險場所使用安全火花型防爆儀表　2.在控制室儀表與危險場

15、所儀表之間設置安全柵,接在本質全電路和非本質安全電路之間。將供給本質安全電路的電壓或電流限制在一定安全范圍內的裝置。,34,1.必須正確地安裝安全柵和布線。 （1）安全柵必須有良好的接地。　?。?）安全柵的輸入、輸出端的接線，應該分別布設，不能走同一條線槽。 （3）對由安全柵通向現(xiàn)場儀表的信號線的分布電容和分布電感有一定的限制 （4）因為信號線與穿線管管壁之間存在的分布電容也具有儲能作用。穿管安裝時，

16、穿線管的直徑宜足夠大。,要真正實現(xiàn)安全火花防爆，必須做到,2.安全火花型現(xiàn)場儀表在危險場所時，雖然允許打開表殼進行檢查, 攜帶到現(xiàn)場的檢修用的儀器儀表必須是安全火花型的。,35,采用DCS系統(tǒng)控制室的設計,位置選擇 布局和面積環(huán)境條件建筑條件其它,36,控制室的布局 1〉 DCS控制室的建筑物一般應設置以下區(qū)域 操作控制室 機柜室 計算機室

17、 其他工作室 2〉 各工作室位置的設置要求 3〉 操作控制室的布置 4〉 機柜室的布置,布局和面積(圖7-2至圖7-5示例）,控制室的面積 1〉 操作控制室 2〉 機柜室 3〉 計算機室,37,1. 濕度、溫度的要求2. 空氣凈化的要求3. 振動要求4. 防靜電措施5. 噪聲、電磁干擾要求,環(huán)境條件,1.抗爆要求2.防火標準2.控制室面積3.

18、控制室的墻、吊頂、門、窗,建筑要求,38,照明人機界面高級管理功能其他注意事項,其它方面,39,照明控制室應以人工照明為主。 距地面0.8m 工作面上不同區(qū)域照度標準值（lx），應符合下列要求：操作室為300、機柜室為500、一般區(qū)域為300。 燈具的選擇與布置應符合下列要求：照明燈具宜用熒光燈；光源不應對顯示屏幕直射和產生炫光；燈具的布置宜為暗裝、吸頂、格柵式，可以按區(qū)域或按組分別設置開關以適應不同照明的需要。必

19、須設置事故應急照明系統(tǒng)，照度標準值宜為30～50 lx。,40,1. 豐富多彩的圖形圖畫 模擬流程圖顯示畫面 變量的跟蹤和歷史信息顯示畫面 工藝報警監(jiān)視畫面 表格顯示畫面2. 人機界面設計原則 一致性 提供完整的信息反饋 合理利用空間，保持界面的簡潔 操作流程簡單快捷 工作界面舒適性設計,人機界面,41,實時信息系統(tǒng)質量分析系統(tǒng)設備維護管理系統(tǒng)能源管理

20、系統(tǒng)批量管理系統(tǒng)生產成本核算系統(tǒng)生產調度系統(tǒng),高級管理功能,42,控制室的空調應單獨自成系統(tǒng)?？刂剖业倪M線宜采用地溝進線或架空進線DCS電源應采用保安電源（UPS不間斷電源）控制室內應設置火災報警和滅火系統(tǒng)控制室內有地下積水可能時，應設置濕度檢測報警器,其它注意事項,43,,課堂作業(yè)：1 舉例說明一簡單的PLC順序控制系統(tǒng)2 說明以下圖例符號的含義TRC—201 TRCA—205 LRCA—20