控制室的设计原则课件.ppt

7-1 概述 过程工业常常采取集中控制方式，即所有现场信号进入到中央控制室内。一部分信号经过控制计算返回到生产装置上以干预、调整生产过程，一部分信号在中央控制室内进行显示、趋势记录、报警。这里所说控制室是指中央控制室。控制室是生产操作人员运用自动化工具（DCS、FCS、PLC、智能仪表）对生产过程实行集中监视、控制的核心操作岗位。进行控制室设计时，不仅要为自动化工具正常地运行提供良好的条件，还要为生产操作人员提供良好的工作环境。当前，在一些中、小企业，采用常规仪表实现对生产过程的监控。此时在控制室内，见到矗立的仪表盘，盘上安装显示仪表、控制器等。这就是传统的采用常规仪表控制的控制室。随着计算机在过程控制中应用日趋广泛，分散控制系统DCS已被大量使用在生产过程控制的领域中。因此，除了常规的控制室外，又出现了一类全新的控制室，称为DCS控制室。本章以DCS控制室的设计为主，兼顾常规仪表控制室设计并进行讨论。控制室全景图7-2 采用DCS系统的控制室设计一、位置选择 控制室设计的一般要求有如下几个方面：控制室的位置选择；控制室的面积；控制室的建筑要求；控制室的采光、照明；控制室的空调和采暖；控制室的进线方式及电缆、管缆敷设；控制室的供电及安全保护等。设计时可参阅行业标准控制室设计规定(HG/T 205082000)、化工厂控制室建筑设计规范(HG 2055693)、石油化工控制室和自动分析器室设计规范(SH 30061999)。图7-1为控制室位置选择示例。对于高压和易爆的生产装置，宜背向装置。要避免接近振动源和电磁干扰的场所。对易燃、易爆和有毒及腐蚀性介质的生产装置，控制室应在主导风向的上风侧，或选在全年下风侧概率最小一侧。中央控制室宜单独设置。当组成综合建筑物时，中央控制室宜设在一层平面，并且应为相对独立的单元，与其他单元之间不应有直接的通道。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。允许开窗的中央控制室的坐向宜坐北朝南，其次是朝北或朝东，不宜朝西，如不能避免时，应采取遮阳措施。图7-1 控制室位置选择示例 控制室不宜与高压配电室毗邻布置，如与高压配电室相邻，应采取屏蔽措施。中央控制室不宜靠近厂区交通主干道，如不可避免时，控制室最外边轴线距主干道中心的距离不应小于20m。二、布局和面积中央控制室需设置安装DCS硬件和仪表盘的操作室、机柜室、计算机室或工程师站室、UPS电源室。如果设置UPS电源室，则需要连带设置电池房，电池房应与UPS分开，并做房间的防腐处理。如果全厂已经设置了相应的保障电源，可不设置UPS室。除上述设置外，还应为操作人员设置必要的辅助房间，诸如操作人员交接班室、仪表维修室、空调机室、消防间及卫生间等。房间布置的位置应符合下列要求：a.操作室与机柜室、计算机室、工程师站室应相邻设置，并应有门直接相通；b.机柜室之间宜用墙隔开，操作控制室和计算机室之间可用玻璃隔断或墙隔开；c.UPS电源室单独设置时，若在中央控制室区域布置，宜与机柜室相邻；d.单独设置的空调机室不得与操作室、机柜室直接相通。如相邻时必须采取减震和隔音措施。操作室面积确定可做这样的估算，两个操作站（台）的操作室，其建筑面积宜为4050m2，每增加一个操作站再增加610m2，尚应符合下列要求：a.操作室的面积还应根据其他硬件和仪表盘的数量以及布置方式等加以修正；b.操作站（台）前面离墙的净距离宜为3.55m，操作站（台）后面离墙的净距离宜为1.52.5m；c.操作站（台）侧面离墙的净距离宜为22.5m。图7-2图7-5所示为几个DCS控制室的平面布置。图72 DCS控制室平面布置示例一图73 DCS控制室平面布置示例二图74 DCS控制室平面布置示例三图75 DCS控制室平面布置示例四 三、环境条件(一)温度、湿度的要求 DCS及计算机系统对温度、湿度及其变化率的要求如下。DCS 温度：(213)oC(冬季)，(243)oC(夏季)；温度变化率：3oC/h；相对湿度:50 10%；相对湿度变化率：6/h；计算机 温度：(221)oC；温度变化率：2oC/h；相对湿度：40 50%；相对湿度变化率：6/h。使用计算机系统的DCS控制室按计算机要求设计。(二)空气净化的要求 尘埃200g/m3(粒径10m),H2S10PPb,SO250PPb,Cl21PPb(三)振动要求 机械振动频率在14Hz以上时，振幅在0.5mm（峰峰值）以下，操作状态振动频率在14Hz以上时，加速度在0.2g以下。(四)防静电措施 控制室设计需考虑防静电措施，室内相对湿度应符合上述要求，控制室地面宜用防静电地板或防静电地毯。(五)噪声、电磁干扰要求 控制室的噪声应限制在55dB(A)以下，控制室的朝向、布置与高度应有利于隔声要求。DCS设备的电磁场条件按制造厂要求。功率在5W以上的步话机，离开DCS设备至少在3m以外，在正常操作时，室内不使用步话机。室内宜使用集中的通讯设备并安装室外天线。四、建筑要求(一)控制室的抗爆要求 对于存在爆炸危险的工艺装置，中央控制室建筑物的抗爆结构设计应符合如下要求：联合装置的中央控制室建筑物应采用抗爆结构设计；单一的工艺装置，根据存在的爆炸危险程度，中央控制室建筑物应采取相应的抗爆结构设计措施，如面向工艺装置一侧的墙采用防爆墙等；非抗爆结构设计的中央控制室的外墙宜采用砖墙；对于按抗爆结构设计的墙，根据不同的抗爆要求，可采用配筋墙或钢筋防爆墙。（二）防火标准 控制室应按防火建筑物标准设计，耐火等级不低于二级。(三)控制室的吊顶和顶封、层高、地面、墙面、门、窗及色彩要求 控制室一般宜做吊顶，但需考虑敷设风管、电缆管的吊顶层应有充足的空间。设有半模拟盘和仪表盘为框架式的大、中型控制室可做封顶。采取自然通风的控制室不宜做封顶。控制室层高吊顶下净空高度：有空调装置时，宜为3.03.3m；无空调装置时，不宜小于3.3m。控制室地面应平整和不起灰尘，可采用水磨石地面，盘后为敷设电缆可用活动木板。地坪标高应高于室外地面300mm以上，当控制室处于爆炸危险场所内，则应高出室外地面0.50.7m。控制室墙面应平整、不易积灰，易于清扫和不反光。控制室门的大小由控制室内设备的最大尺寸来确定。控制室的门应向外开，大、中型控制室宜采用双向弹簧门，其门应通向无危险的场所。大、中型控制室与寒冷地区宜设门斗，控制室长度超过12m，宜设置两个门。盘前通向盘后的门，大、中型控制室宜设两个，小型只设一个。盘后不宜设置单独通向室外的门。控制室开窗面积应按自然采光面积确定。窗一般也应开向无危险的场所，对处于危险的场所，开窗应符合防火、防爆的有关规定。不采用空调时，盘前区宜大面积开窗。采用空调或正压通风的控制室，宜装密闭的固定窗或两层玻璃窗。控制室的墙面、地面、顶棚和封顶等的色调应柔和明快，并与仪表盘和半模拟盘的颜色协调。五、照明及其他控制室的采光和照明。采用自然采光的控制室，采光面积和盘前区地面面积比不应小于1/5，一般取1/31/4。自然采光不应直射仪表盘上，不要产生眩光，应有遮阳措施。人工照明的照度标准为：a.盘面及操纵台台面不小于300lx(勒克斯)，b.盘后区不小于200lx，c.控制室外通道、门廊不应小于100lx。d.对于事故照明，盘前区不低于50lx，盘后区不低于30lx。照明方式和灯具布置应使仪表盘盘面和操纵台得到最大照度，光线柔和，操作人员近盘监视仪表时，不应出现阴影。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。冬季室外采暖计算温度0oC的地区需设置采暖。控制室的进线方式和电缆、管缆的敷设方式。常用的有架空进线和地沟进线两种方式。进线密封问题需慎重考虑，地沟进线室内沟底应高出室外沟底300mm以上，并考虑排水。电缆、管缆的敷设应符合仪表配管、配线设计规定(HG 20512-2000)。控制室的供电及安全保护措施。供电与接地应分别符合仪表供电设计规定(HG 20509-2000)、仪表系统接地设计规定(HG 20513-2000)的标准。控制室有可能出现可燃、有毒气体时，应设置可燃或有毒气体泄漏报警器。当位于火灾、爆炸危险场所时，宜采用正压通风，在所有通道关闭时，能维持3050Pa压力，当未采用空调时，换气次数不应小于6次小时。DCS控制室设计后，根据化工装置自控工程设计规定的要求，需绘制“控制室布置图”。图7-6所示为采用DCS系统的“控制室布置图”的示例。图7-6 DCS系统的“控制室布置图”示例1-DCS操作站 2-辅助操作台 3-彩色拷贝机 4-打印机 5-DCS机柜6-辅助机柜 7-端子柜 8-继电器柜 9-配电盘 10-备用7-3 常规仪表控制室的设计一、控制室设计的一般要求 与DCS系统控制室设计一样，采用常规仪表的自控工程，其控制室设计的一般要求有如下几个方面：控制室的位置选择；控制室的面积；控制室的建筑要求；控制室的采光、照明；控制室的空调和采暖。由于采用的是常规仪表，控制室设计中要考虑：仪表盘平面布置；控制室的供电及安全保护 控制室的进线方式及电缆、管缆敷设等问题。设计时可参阅行业标准控制室设计规定(HG 205082000)、化工厂控制室建筑设计规范(HG 2055693)。主要问题概述如下。（1）控制室的位置的选择与采用DCS系统相同。（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。具体要求如下。控制室的长度：根据仪表盘的数量和布置形式来确定。如仪表盘为直线型排列，其长度一般等于仪表盘总宽度加门屏的宽度。控制室的进深：有操纵台时不宜小于7.5m；无操纵台时不宜小于6m；大型控制室长度超过20m时，进深宜大于9m；小型控制室仪表盘数量较少时，进深可适当减少。盘前区：不设操纵台时，盘面至墙面距离一般不小于3.5m；有操纵台时操纵台至盘面距离一般取2.5 4m。盘后区：包括仪表盘的进深和仪表盘后边缘至墙面的距离。盘后边缘至墙面的距离一般不小于1.5m。采用框架式仪表盘可取1.52m；屏式仪表盘宜取1.52.5m；通道式仪表盘宜取0.8m。若盘后有其他辅助设备，则要加辅助设备的宽度。（3）控制室的吊顶和封顶、层高、地面、墙面、门、窗等建筑要求与采用DCS系统相同。由于采用常规的二次仪表，控制室内要布置若干块仪表盘和半模拟盘，控制室内墙面、地面、顶棚和封顶等的颜色、色调应柔和明快，并与仪表盘和半模拟盘的颜色协调。(4)控制室的采光和照明。采用自然采光的控制室，采光面积和盘前区地面面积比不应小于1/5，一般取1/31/4。自然采光不应直射仪表盘上，不要产生眩光，应有遮阳措施。人工照明的照度标准为：盘面及操纵台台面不小于300lx(勒克斯)，盘后区不小于200lx，控制室外通道、门廊不应小于100lx。对于事故照明，盘前区不低于50lx，盘后区不低于30lx。照明方式和灯具布置应使仪表盘盘面和操纵台得到最大照度，光线柔和，操作人员近盘监视仪表时，不应出现阴影。(5)控制室内的环境要求与采用DCS系统相似，应当依据所采用仪表的技术要求进行设计。(6)控制室的进线方式和电缆、管缆的敷设方式、控制室的供电及安全保护措施。与采用DCS系统相似，由于采用的是常规仪表，控制室内电缆相对会多一些，且不会出现通信电缆。二、控制室的平面布置 控制室内仪表盘的平面布置的形式很多，图77 所示为几种常用的布置情况，可分为两类。单面布置(a)直线型、(b)型、(c)折线型、(d)型、(e)弧线型多面布置(f)、(g)、(h)图77 控制室内仪表盘的布置形式其中：1 图(a)这种直线型布置，适用于仪表盘较少的场合。2 对于工艺流程长的一些生产装置，仪表盘用量较多，此时仪表盘的排列可采用型、折线型、型以及弧线型等形式。分别如图7-7中的(b)、(c)、(d)、(e)所示。3 当使用仪表盘较多时，也可采用图7-7中的(f)、(g)、(h)等多面布置的方式。在确定了仪表盘的布置形式后，根据化工装置自控工程设计规定的要求，绘制常规仪表设计文件中的“控制室布置图”。图7-8所示为“控制室布置图”的示例。图78 控制室布置图示例IP-仪表盘三、仪表盘的设计 采用常规仪表的自控工程，由于二次仪表采用的是常规仪表，这些仪表需要安装在仪表盘上，所以还需要进行仪表盘设计。仪表盘的设计主要是仪表盘的选型、仪表盘的正面布置、盘后仪表的布置，并确定是否采用半模拟盘及考虑半模拟盘的设计。此外还需考虑仪表盘内配线、配管，操纵台的设置及仪表盘的安装等问题。本节侧重介绍：仪表盘的选型、仪表盘的正面布置及半模拟盘的设计等内容。(一)仪表盘的选型 常用仪表盘有框架式仪表盘(KK)、柜式仪表盘(KG)和通道式仪表盘(KA)及其变型品种。根据工程设计的要求应选用定型仪表盘，有特殊要求时也可采用非定型仪表盘。下面是常用的通道式仪表盘和框架式仪表盘的基本结构。图79是两侧敞开的通道式仪表盘(KA一33)基本结构，图710是两侧敞开的框架式仪表盘(KK一33)的基本结构。框架式仪表盘（KK）是用型钢（角钢、U形钢和扁钢）构成一个框架，然后在其正面加上一块钢板组成框架式仪表盘。框架式仪表盘的左右侧面有各种不同的机构变化，可以是钢板封闭的侧面，可以是带门的侧面，也可以是敞开的侧面。框架式仪表盘强度较高，价格适中，防护性能差，自然通风性能好。该种仪表盘可安装在中央控制室或清洁的现场控制室内，可在其上安装重量较重的仪表并且可以高密度安装仪表，盘后面可以安装架装仪表、电源箱以及电源装置等设备。该种仪表盘是使用最多的一种仪表盘。通道式仪表盘（KA）由两部分组成，即盘前部和盘后部，前后两部分都是用型钢构成一个框架，再将这两部分连接在一起，前面用钢板作为盘面，有时盘后部的前面也加装钢板作为盘后部的盘面。与框架式仪表盘相似，左右侧面可以是钢板封闭的侧面，可以是带门的侧面，也可以是敞开的侧面。通道式仪表盘强度高，价格较高，防护性好，自然通风性能差，占用控制室面积大。该种仪表盘通常安装在中央控制室，一般不在现场安装使用。这种仪表盘上可安装重量较重的仪表并且可以高密度安装仪表，盘前部的后面、盘后部的前面和后面都可以安装架装仪表、电源箱以及电源装置等设备。一般大中型生产装置的中央控制室内多采用这种仪表盘。柜式仪表盘（KG）是用钢板做成封闭式的柜，面板上安装仪表，柜后面或侧面设有门以便于进行仪表维护。这种仪表盘强度较好，防护性能好，价格适中，但自然通风性能不好。该种仪表盘可安装在中央控制室、现场控制室内以及现场室外。该种仪表盘的应用场合与框架式盘相似，其上可安装重量较重的仪表并且可以高密度安装仪表，盘内可以安装架装仪表、电源箱等，由于其自然通风性能不好，通常不将电源装置等易发热设备安装其内。(二)仪表盘的正面布置 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 距地面标高在17002000mm范围内，宜布置比较醒目的供扫视类的仪表，如指示仪表(色带、光柱指示仪)、闪光报警器、信号灯等。中段仪表 距地面标高在11001700mm范围内，宜布置需经常监视和调整的一类重要仪表，如记录仪表、控制仪表等。下段仪表 距地面标高在8501100mm范围内，宜布置操作类仪表，如操作器、遥控板、切换器和开关、按钮等。在整个仪表盘组的盘面上，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，一定要在实用的基础上注意整齐、美观。装置中的复杂控制回路，如串级、比值、选择性等控制系统，应让同一回路的仪表排在一起，并按其自然顺序加以组合排列。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。根据上述盘面排列的基本原则，可以绘制“仪表盘布置图”(“仪表盘正面布置图”)，在绘制中尚需注意以下规定：一般用1：10的比例绘制，布置图应以盘上仪表、电气设备、元件的正视最大外形尺寸画出，对于外形不规则的取近似几何形状。需注意的不是仪表的开孔尺寸，也就是说正面布置图不是开孔图。仪表盘正面尺寸线一般应在盘外标注，必要时也可标注在盘内。横向尺寸线应从盘的左边向右边或中心线向两边标注；纵向尺寸线应自上而下标注。所有尺寸线均不封闭(封闭尺寸应加注括号)。盘上安装的所有仪表、电气设备、元件，需要在其图形内(或外)中心线上标注仪表位号或电气设备、元件的编号，中心线以下标注仪表、电气设备、元件的型号，当仪表型号过长，可酌情简化。另均需绘出铭牌框。仪表盘需要装饰边时，应在图上绘出。图上线条表示方法：仪表(包括仪表盘)、电气设备、元件粗实线；尺寸线细实线。当控制室内安装的仪表盘多于4块时，还应绘制包括所有仪表盘的“仪表盘布置图”(或“控制室仪表盘正面布置总图”)。此图可不标注仪表、电气设备、元件的型号，尺寸线只注主要尺寸，设备表也只列仪表盘、半模拟盘及侧门。图711所示（P124）为单块仪表盘的“仪表盘布置图”的示例，按上述的原则和要求绘制而成的。可以看出在图中设备表上，列出了仪表盘以及仪表盘上所有仪表的名称、规格、型号以及数目、也列出了铭牌框的数量。图711的那块仪表盘(4IP)所在控制室，共有4块仪表盘，因此还需绘制控制室全部仪表盘的总体布置图。图712（P125）所示即为该控制室的全部仪表盘的“仪表盘布置图”(或“控制室仪表盘正面布置总图”)示例。图711 单块仪表盘的“仪表盘布置图”示例GP 半模拟盘图7-12 控制室全部仪表盘的“仪表盘布置图”示例(三)报警器灯屏的布置 如果工艺流程中设有参数越限报警，还需绘出“闪光报警器灯屏布置图”(或“报警器灯屏布置图”)，在图中表示出闪光报警器各报警窗口的排列、报警仪表位号和注字内容。图713所示为“闪光报警器灯屏布置图”(或“报警器灯屏布置图”)示例。图713“闪光报警器灯屏布置图”（或“报警器灯屏布置图”）示例(四)半模拟盘的正面布置图 当采用半模拟盘时，需绘制“半模拟盘流程图”，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。图714（P127）所示为半模拟盘流程图(或半模拟盘正面布置图)。半模拟盘：一般安装在控制盘上方，具有能显示过程运行状态的信号装置，并有能示意生产过程的盘。