过程控制工程设计—控制室的设计原则

《过程控制工程设计》课件1控制室的设计原则机电学院自动化研究所：许素安仰仪南楼310电话：86914549《过程控制工程设计》课件2概述常规仪表控制室的设计采用DCS系统的控制室设计《过程控制工程设计》课件3概述控制室的设计是自控工程设计中显示自动化水平的一个侧面。在进行控制室设计时，不仅要为仪表及其它自动化工具（计算机）正常可靠的运行创造必要的条件，还必须为操作人员的工作开辟一个适宜的环境。控制室往往是参观采访的一个重要场所，所以搞好控制室的设计，也是向外界表征这个工业生产过程操作控制水平的一个重要方面。《过程控制工程设计》课件4大庆石化报警管理系统中控室《过程控制工程设计》课件5常规仪表控制室的设计控制室设计的一般要求控制室的平面布局仪表盘的设计仪表连接设计《过程控制工程设计》课件61.控制室的位置应位于安全区域内，选择在接近现场和方便操作的地方。2.控制室的面积主要考虑到长度、进深以及盘前、盘后区大小的分配，以便于安装、维修及日常操作。3.建筑要求是提出对吊顶和封顶、层高、地面、墙面、门、窗及色彩等方面的要求。4.控制室的采光和照明。5.控制室的空调主要用于采用电子式仪表为主的大、中型控制室和仪表设备对湿、温度有较高要求的场合。6.控制室的进线方式和电缆、管缆的敷设方式。7.控制室的供电及安全保护措施。控制室设计的一般要求《过程控制工程设计》课件7控制室的位置《过程控制工程设计》课件8控制室内仪表盘的平面布置的形式主要分为两类：单面布置，适合仪表盘较少的场合。多面布置，使用仪表盘较多。控制室的平面布局《过程控制工程设计》课件9单面布置，适合仪表盘较少的场合。《过程控制工程设计》课件10仪表盘柜仪表操作台《过程控制工程设计》课件11多面布置，使用仪表盘较多《过程控制工程设计》课件12仪表盘的选型仪表盘的正面布置报警器灯屏的布置半模拟盘的正面布置仪表盘的设计P122《过程控制工程设计》课件13通道式仪表盘常用仪表盘:屏式、框架式、柜式、通道式框架式仪表盘《过程控制工程设计》课件14仪表盘上仪表的排列顺序，应按照工艺流程和操作岗位进行排列。仪表的布局应方便于操作，盘上仪表可采取高密度安装。对于相同的生产工序或多条生产线，盘上仪表的布置应一致。在一个控制室内，仪表盘之间的排列顺序，同样应按工艺流程顺序从左到右进行。盘面上仪表可分三段布置：上段仪表：距地面标高1700-2000mm，扫视类仪表中段仪表：距地面标高1100-1700mm，经常监视和调整的重要仪表下段仪表：距地面标高850-1100mm，操作类仪表仪表盘的正面布置P123《过程控制工程设计》课件15在整个仪表组的盘面上，一定要注意同类仪表相互位置的对应关系。仪表排列要尽量成排成行，可按中心线取齐，也可按仪表外壳边缘取齐。总之，一定要在使用的基础上注意整齐、美观。盘上仪表的排列，疏密程度要适度，应留有增加仪表的位置，甚至配备无表空盘，供今后技术改造的需要。仪表盘的正面布置P124图7-11《过程控制工程设计》课件16如果工艺流程中设有参数越限报警，还需绘出“闪光灯报警器灯屏布置图”（或“报警器灯屏布置图”），在图中表示出闪光灯报警器各报警窗口的排列、报警仪表位号和注字内容。报警器灯屏的布置《过程控制工程设计》课件17在图中应画出装置的主要流程，包括主要工艺设备、管道和检测控制系统的图示。根据需要设置动设备和控制阀运行状态的灯光显示装置。半模拟盘的正面布置控制盘（屏）之上方有过程示意图并可有显示过程状态的信号装置的盘（屏）。《过程控制工程设计》课件18《过程控制工程设计》课件19仪表的连接-信号制信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。目的：达到通用性和相互兼容性的要求，以便不同系列或不同厂家生产的仪表能够共同使用在同一控制系统中，实现系统的功能。《过程控制工程设计》课件20我国国家标准GB777《化工自动化仪表模拟气动信号》规定了气动仪表信号的下限值和上限值，该标准与国际IEC382是一致的。100kPa(1Kgf/cm2)20kPa(0.2Kgf/cm2)上限下限模拟信号的下限值和上限值表气动仪表的信号标准《过程控制工程设计》课件21序号1的规定与国际标准IEC381A一致。序号2考虑到DDZ-Ⅱ系列单元组合仪表当时仍在广泛使用而设置的。模拟直流电流信号及其负载电阻表0-10mA４－２０mA电流信号２５０－７５０欧１０－１０００欧０－３０００欧２负载电阻序号电动仪表的信号标准(GB339)《过程控制工程设计》课件22电动仪表信号标准的使用现场与控制室仪表之间采用直流电流信号优点：a.直流比交流干扰少b.直流信号对负载的要求简单c.电流比电压更利于远传信息要求：接收仪表输入电阻小。缺点：多个仪表接收同一电流信息，它们必须串联。《过程控制工程设计》课件23△任何一个仪表在拆离信号回路之前首先要把该仪表的两个输入端短接，否则其它仪表将会因电流中断而失去信号△仪表无公共接地点，须浮空工作控制室内部仪表连接问题？《过程控制工程设计》课件24控制室内部仪表之间采用直流电压信号优点：△任何一个仪表拆离信号回路都不会影响其它仪表的运行。△各个仪表具有公共接地点，可以共用一个直流电源。要求：接收仪表的输入阻抗要足够高《过程控制工程设计》课件25控制系统仪表之间典型联接方式Io：发送仪表的输出电流Ro：发送仪表的输出电阻Ri：接收仪表的输入电阻R：电流∕电压转换电阻，Io=4～20mA时R取250Ω。《过程控制工程设计》课件26在某些生产现场存在着各种易燃、易爆气体。安装在这种危险场所的仪表如果产生火花，就容易引起爆炸，因而必须具有防爆性能。气动仪表从本质上来说具有防爆性能（不可能产生火花）。电动仪表必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能，其防爆措施不同，防爆性能也将不同，适合应用的危险场所也不同。《过程控制工程设计》课件27防爆仪表的分类II类(工厂用)电气设备又分为8种类型。其标志如下：S特殊型n无火花型q充沙型O充油型P正压型i本质安全型e增安型d隔爆型按照国标GB3836.1规定，防爆电气设备分为两大类：I类：煤矿井下用电气设备II类：工厂用电气设备《过程控制工程设计》课件28过程控制仪表的防爆措施过程控制仪表主要有:隔爆型防爆仪表本质安全型防爆仪表《过程控制工程设计》课件29隔爆型防爆仪表特点：仪表的电路和接线端子全部置于防爆壳体内防爆措施：采用耐压80～100N/cm2以上的表壳表壳外部的温升不得超过由易爆性气体或蒸汽的引燃温度所规定的数值表壳接合面的缝隙宽度及深度，应根据它的容积和易爆性气体的级别采用规定的数值使用注意：*揭开仪表表壳后，将失去了防爆性能*长期使用会逐渐降低防爆性能《过程控制工程设计》课件30本质安全型防爆仪表本质安全型防爆仪表也称安全火花型防爆仪表。这种仪表，在正常状态下或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不会引起规定的易爆性气体混合物爆炸。正常状态指在设计规定条件下的工作状态，故障状态指电路中非保护性元件损坏或产生短路、断路、接地及电源故障等情况。《过程控制工程设计》课件31本质安全型防爆仪表ia等级在正常工作、一个故障和两个故障时均不能点燃爆炸性气体混合物的电气设备。ib等级在正常工作和一个故障时不能点燃爆炸性气体的电气设备。本质安全型ia和ib两个等级分别表示：《过程控制工程设计》课件32安全火花型防爆仪表所采取的措施主要有：1.仪表采用低工作电压和小工作电流。通常，正常工作电压不大于24VDC，电流不大于20mADC；故障时电压不大于35VDC，电流不大于35mADC；2.在线路设计上，对处于危险场所的电路，选择适当大小的电阻、电容和电感参数，使其只产生安全火花；同时在较大的电容、电感回路中并联双重化二极管，以消除不安全火花。设计中如何防爆？本质安全型防爆仪表《过程控制工程设计》课件33控制系统的防爆措施要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要求，必须满足：1.在危险场所使用安全火花型防爆仪表2.在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅接在本质全电路和非本质安全电路之间。将供给本质安全电路的电压或电流限制在一定安全范围内的装置。《过程控制工程设计》课件341.必须正确地安装安全栅和布线。（1）安全栅必须有良好的接地。（2）安全栅的输入、输出端的接线，应该分别布设，不能走同一条线槽。（3）对由安全栅通向现场仪表的信号线的分布电容和分布电感有一定的限制（4）因为信号线与穿线管管壁之间存在的分布电容也具有储能作用。穿管安装时，穿线管的直径宜足够大。要真正实现安全火花防爆，必须做到2.安全火花型现场仪表在危险场所时，虽然允许打开表壳进行检查,携带到现场的检修用的仪器仪表必须是安全火花型的。《过程控制工程设计》课件35采用DCS系统控制室的设计位置选择布局和面积环境条件建筑条件其它《过程控制工程设计》课件36控制室的布局1〉DCS控制室的建筑物一般应设置以下区域操作控制室机柜室计算机室其他工作室2〉各工作室位置的设置要求3〉操作控制室的布置4〉机柜室的布置布局和面积(图7-2至图7-5示例）控制室的面积1〉操作控制室2〉机柜室3〉计算机室《过程控制工程设计》课件371.湿度、温度的要求2.空气净化的要求3.振动要求4.防静电措施5.噪声、电磁干扰要求环境条件1.抗爆要求2.防火标准2.控制室面积3.控制室的墙、吊顶、门、窗建筑要求《过程控制工程设计》课件38照明人机界面高级管理功能其他注意事项其它方面《过程控制工程设计》课件39照明控制室应以人工照明为主。距地面0.8m工作面上不同区域照度标准值（lx），应符合下列要求：操作室为300、机柜室为500、一般区域为300。灯具的选择与布置应符合下列要求：照明灯具宜用荧光灯；光源不应对显示屏幕直射和产生炫光；灯具的布置宜为暗装、吸顶、格栅式，可以按区域或按组分别设置开关以适应不同照明的需要。必须设置事故应急照明系统，照度标准值宜为30～50lx。《过程控制工程设计》课件401.丰富多彩的图形图画模拟流程图显示画面变量的跟踪和历史信息显示画面工艺报警监视画面表格显示画面2.人机界面设计原则一致性提供完整的信息反馈合理利用空间，保持界面的简洁操作流程简单快捷工作界面舒适性设计人机界面《过程控制工程设计》课件41实时信息系统质量分析系统设备维护管理系统能源管理系统批量管理系统生产成本核算系统生产调度系统高级管理功能《过程控制工程设计》课件42控制室的空调应单独自成系统。控制室的进线宜采用地沟进线或架空进线DCS电源应采用保安电源（UPS不间断电源）控制室内应设置火灾报警和灭火系统控制室内有地下积水可能时，应设置湿度检测报警器其它注意事项《过程控制工程设计》课件43课堂作业：1举例说明一简单的PLC顺序控制系统2说明以下图例符号的含义TRC—201TRCA—205LRCA—205FIQ—301FQI—3013简述正确合理的自控方案（什么样的方案称之为正确合理的自控方案）4简述检测仪表(元件)及控制阀选型的一般原则5试阐述常规仪表控制室与DCS系统控制室设计的的要点并比较其异同