第9章控制室設(shè)計(jì)(終)課件

控制室的工作環(huán)境設(shè)計(jì)徐義亨編

1控制室的工作環(huán)境設(shè)計(jì)11概述1.1問題的提出

1）根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)[可編程序控制器（IEC61131）]，影響控制系統(tǒng)工作的條件如下表所示?？刂剖业脑O(shè)計(jì)就是在允許的經(jīng)濟(jì)條件下，給DCS的運(yùn)行提供一個(gè)良好的工作條件。21概述2

2）控制室也是操作人員的工作場所，它的設(shè)計(jì)也應(yīng)該符合人體物理學(xué)、心理學(xué)、人體工程學(xué)的特征，為操作人員的工作創(chuàng)造一個(gè)適宜的環(huán)境。

3）控制室又是生產(chǎn)裝置的一個(gè)部分，它應(yīng)該保證人--機(jī)交互作用下生產(chǎn)監(jiān)控操作能夠安全、有效。

本講主要內(nèi)容系針對(duì)控制室的抗干擾設(shè)計(jì)，干擾包括自然環(huán)境條件、電氣工作條件和機(jī)械工作條件等。電氣工作條件中的供電、接地分別在專門的講座里討論。機(jī)械工作條件應(yīng)包括振動(dòng)、沖擊和自由跌落，本講座重點(diǎn)討論振動(dòng)。32）控制室也是操作人員的工作場所，它的設(shè)計(jì)也應(yīng)一個(gè)典型的控制室平面布置圖4一個(gè)典型的控制室平面布置圖41.2控制室的范圍和一個(gè)實(shí)例

控制室是對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中控制、監(jiān)視的場所。它分“常規(guī)儀表控制室”和“分散型控制系統(tǒng)控制室”兩類（這里主要指后者）。分散型控制系統(tǒng)控制室主要包括：操作室、機(jī)柜室、工程師站室、UPS電源室等。在可能的情況下應(yīng)設(shè)置諸如交接班室、維修室、空調(diào)機(jī)室、消防間及衛(wèi)生間等輔助房間。

（本內(nèi)容僅適用于新建控制室的設(shè)計(jì)，舊裝置控制室的改造可酌情參考。）51.2控制室的范圍和一個(gè)實(shí)例52控制室的環(huán)境氣候條件2.1環(huán)境氣候條件對(duì)DCS的影響

DCS受環(huán)境影響而失效或性能降低，往往是由于下列的環(huán)境氣候條件導(dǎo)致內(nèi)部元器件性能衰退。

A.低溫溫度過低，影響電子元器件的電性能，元器件的塑料封裝材料也容易脆化。

B.高溫容易造成電子元器件絕緣老化、性能變壞，材料容易變形，尺寸改變以致活動(dòng)件卡死。對(duì)模擬量卡件，溫度每變化10度，精度將降低0.1%。對(duì)DCS元器件的表面溫升，在有些標(biāo)準(zhǔn)里（如富士）規(guī)定不得超過20攝氏度。

C.溫度變化率過大的溫度變化率因元器件的脹縮導(dǎo)致引力、變形、開裂、密封失效及保護(hù)層脫落。62控制室的環(huán)境氣候條件6

D.濕度若相對(duì)濕度超過65%，就會(huì)在物體表面形成一層水膜，使絕緣劣化；潮濕會(huì)加快腐蝕。相對(duì)濕度太低合成材料容易變脆、收縮、表面龜裂；絕緣材料表面容易積累靜電。

E.陽光輻射陽光輻射中的紅外線使物體升溫，材料老化，壽命縮短，紫外線不但對(duì)有機(jī)物有加速老化的作用，在有氧和水時(shí)，對(duì)絕緣材料和有機(jī)涂料也有劣化作用。

F.大氣壓力大氣壓力降低時(shí)，空氣絕緣強(qiáng)度下降，海拔每升高100m，絕緣強(qiáng)度將降低1%；大氣壓力降低時(shí)，空氣的熱容量減小，因而對(duì)DCS系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)熱元件的冷卻能力下降，海拔每升高100m，元器件溫升增加0.2-1攝氏度。我公司的DCS產(chǎn)品可以在62-106kPa的大氣壓力下正常工作，62kPa對(duì)應(yīng)的海拔高度為4000米。7D.濕度若相對(duì)濕度超過65%，就會(huì)在物體表2.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境氣候條件如果我們將控制室看成是“GB/T17214.1-1998（idtIEC654-1:1993)工業(yè)過程測量和控制裝置工作條件第1部分：氣候條件”中規(guī)定的屬于“有氣候防護(hù)的場所”中的B1級(jí)：升溫和（或）降溫的封閉場所，那么其氣候條件參數(shù)和嚴(yán)酷度應(yīng)滿足下表所示。注：表中紅字為“HG/T20508-2000控制室設(shè)計(jì)規(guī)定”。82.2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境氣候條件82.3控制室設(shè)計(jì)應(yīng)采取的對(duì)策

1）控制室宜座北朝南，其次是朝北或朝東，不宜朝西，如不能避免時(shí)，應(yīng)采取遮陽措施。

2）操作室和機(jī)柜室不宜開窗或只開少量雙層密封金屬窗。

3）控制室應(yīng)采用空氣調(diào)節(jié)，并應(yīng)設(shè)置門斗或前室。

4）控制室內(nèi)氣流組織，應(yīng)根據(jù)空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況確定。對(duì)設(shè)備布置密度大、設(shè)備發(fā)熱量大的機(jī)柜間通風(fēng)宜采用活動(dòng)地板下送上方式；其出口風(fēng)速不應(yīng)大于3m/s.92.3控制室設(shè)計(jì)應(yīng)采取的對(duì)策93控制室的空氣潔凈條件3.1空氣潔凈條件對(duì)DCS的影響

污染物對(duì)DCS的影響是與濃度、溫度和暴露時(shí)間成正比的，并往往因濕度的增加而加劇。

A.鹽霧等腐蝕氣氛會(huì)引起對(duì)金屬的強(qiáng)烈腐蝕。由于氯離子半徑極小，很容易穿透保護(hù)涂層到底部，又很容易被受潮金屬表面所吸附，所以對(duì)其要求更嚴(yán)格。此外，硫化氫能迅速腐蝕銅、銀和鐵合金，二氧化硫同樣對(duì)DCS也有腐蝕作用。

B.灰塵與沙塵灰塵是指直徑1-150um的顆粒，沙塵是指直徑100-1000um的顆粒?；覊m與沙塵對(duì)DCS設(shè)備的機(jī)械沖刷造成磨損；沉降在絕緣表面后吸潮而降低絕緣性能；吸潮或吸附腐蝕性氣體而加速化學(xué)腐蝕。103控制室的空氣潔凈條件103.2IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)性環(huán)境（腐蝕氣氛）的分級(jí)方法根據(jù)污染物和銅起反應(yīng)的速率來確定工業(yè)環(huán)境的嚴(yán)酷度。這種方法需要將事先制備好的銅試樣放置到被監(jiān)測場所，經(jīng)一定暴露時(shí)間（1個(gè)月）后，對(duì)銅試樣進(jìn)行腐蝕膜厚度的測定或外觀檢查，而后可以按下表中三種嚴(yán)酷度進(jìn)行分級(jí)。

對(duì)DCS而言，由于存在大量的銅質(zhì)線路板，為了避免腐蝕對(duì)其性能的影響，所以控制室的反應(yīng)性環(huán)境要求應(yīng)按1級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即為受嚴(yán)格控制的環(huán)境。113.2IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)性環(huán)境（腐蝕氣氛）的分級(jí)方法113.3IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)1級(jí)（工業(yè)清潔空氣）控制室內(nèi)的腐蝕氣氛要求注：1）單位ppm為[立方厘米/立方米]；

2）本要求引自“JB/T9237.1-1999（EQVIEC654-4:1987)工業(yè)自動(dòng)化儀表工作條件腐蝕和侵蝕影響”。123.3IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)1級(jí)（工業(yè)清潔空氣）控制室內(nèi)的腐蝕氣氛要3.4控制室內(nèi)的空氣含塵量要求根據(jù)[電工電子產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境條件（GB4798.1）]和[過程測量和控制系統(tǒng)環(huán)境條件空氣中的污染物（ISAS71.04）]的規(guī)定，控制室內(nèi)含塵量應(yīng)小于0.2毫克/立方米（粒徑小于10微米）。3.5控制室設(shè)計(jì)應(yīng)采取的對(duì)策

1）在有腐蝕性介質(zhì)或塵埃的生產(chǎn)裝置內(nèi)，控制室宜布置在本地區(qū)常年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)或全年主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)。

2）控制室不應(yīng)直接位于有腐蝕性液體的樓層下，不應(yīng)與有腐蝕性生產(chǎn)的廠房直接相通，也不應(yīng)與化學(xué)藥品庫、化驗(yàn)室毗鄰布置。

3）控制室內(nèi)不得安裝有腐蝕性介質(zhì)的在線分析一次儀表。133.4控制室內(nèi)的空氣含塵量要求13

4）控制室地面應(yīng)平整、光潔，不起灰塵；墻面應(yīng)平整，不積灰，易于清潔；窗戶應(yīng)采用金屬窗，并應(yīng)有良好的氣密性。

5）控制室不宜設(shè)在工廠主要交通干道旁邊，以防揚(yáng)塵的危害。

6）對(duì)灰塵量較大的生產(chǎn)裝置，為了防塵，控制室可以采用清潔空氣的正壓通風(fēng)系統(tǒng)，它應(yīng)滿足：

A.室內(nèi)門窗關(guān)閉時(shí)，壓力不低于25Pa；

B.室內(nèi)門窗全開時(shí)，通過門窗的氣流速度不低于0.3m/s；

C.正壓通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警；

D.正壓通風(fēng)系統(tǒng)的電源應(yīng)采用獨(dú)立的電源回路。144）控制室地面應(yīng)平整、光潔，不起灰塵；墻面應(yīng)4控制室的機(jī)械工作條件——振動(dòng)

機(jī)械工作條件應(yīng)包括振動(dòng)、沖擊和自由跌落。沖擊和自由跌落一般發(fā)生在設(shè)備的運(yùn)輸和安裝過程中，因本講座是相對(duì)于控制室的防干擾，故只討論振動(dòng)。4.1振動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)的影響振動(dòng)是交變的機(jī)械外力。如果控制系統(tǒng)的安裝地點(diǎn)附近有強(qiáng)烈振動(dòng)的設(shè)備，例如球磨機(jī)、粉碎機(jī)、攪拌機(jī)，重型機(jī)床設(shè)備，它們產(chǎn)生的機(jī)械力會(huì)通過支架和地面?zhèn)鞯娇刂葡到y(tǒng)，影響控制系統(tǒng)的工作，長時(shí)間的機(jī)械振動(dòng)力作用對(duì)控制系統(tǒng)的危害十分嚴(yán)重。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。154控制室的機(jī)械工作條件——振動(dòng)

機(jī)械工作條件應(yīng)

1）高頻率、高加速度的振動(dòng)能損壞集成電路的內(nèi)部接頭。

2）繼電器是控制系統(tǒng)中最不耐振動(dòng)的部件，它的簧片在振動(dòng)時(shí)很容易發(fā)出錯(cuò)誤的通斷信號(hào)，或者由于疲勞而損壞。

3）振動(dòng)可以使零件疲勞，出現(xiàn)裂縫，強(qiáng)度下降。當(dāng)振動(dòng)頻率同于零部件的固有頻率時(shí)，會(huì)發(fā)生諧振，振幅顯著增大，容易招致嚴(yán)重破壞。

4）振動(dòng)還可以使插接件松動(dòng)，接觸面磨損，粘接面脫落。

5）振動(dòng)將使永磁零件退磁，壓電元件產(chǎn)生有害的電信號(hào)，開關(guān)和電位器接觸不良。

6）控制系統(tǒng)中的易碎器件，如CRT顯示管、光學(xué)零件、數(shù)碼管更經(jīng)不起強(qiáng)烈的振動(dòng)。161）高頻率、高加速度的振動(dòng)能損壞集成電路的內(nèi)部接頭4.2振動(dòng)的限制條件控制室地面振動(dòng)的幅度、頻率和加速度應(yīng)該滿足DCS制造商提出的限制條件。根據(jù)“GB/T18271.3-2000過程測量和控制裝置通用性能評(píng)定方法和程序第3部分：影響量影響的試驗(yàn)”，DCS應(yīng)低于如下表所示的振動(dòng)條件。如果AI模塊的精確度為a,在這樣的振動(dòng)條件下，模擬量的示值變化如小于0.5a%F.S是允許的。

頻率范圍HZ位移峰幅值mm加速度g10-1500.0751174.2振動(dòng)的限制條件頻率范圍HZ位移峰幅值mm加速度

但不同的DCS制造商對(duì)控制室會(huì)提出不同的振動(dòng)要求，見下表。制造商頻率范圍HZ加速度g位移峰幅值mmHoneywell14-15012.5橫河小于140.5大于14小于0.2Rosemount30-600.20.753-1000.5Fisher5-7.110.57.11-1500.118但不同的DCS制造商對(duì)控制室會(huì)提出不同的振動(dòng)要求，見4.3

控制室設(shè)計(jì)應(yīng)采取的對(duì)策

1）控制室的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)使其的振動(dòng)條件低于前述標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2）控制室宜單獨(dú)設(shè)置。當(dāng)組成綜合建筑物時(shí)，控制室宜設(shè)在一層平面，避免設(shè)在振動(dòng)較大的場所（如泵房、球磨機(jī)房、壓縮機(jī)房的附近）。

3）控制室不宜設(shè)在工廠主要交通干道旁邊，以免車輛振動(dòng)的影響。如不能避免，控制室最外邊軸線距主干道中心的距離不應(yīng)小于20米。

4）控制室地面為水磨石時(shí)，機(jī)柜應(yīng)通過地腳螺釘或其它予埋件的方式固定。

5）控制室地面為活動(dòng)地板時(shí)，機(jī)柜應(yīng)固定在型鋼制作的支撐架上，該支撐架固定在基礎(chǔ)地面上。

194.3控制室設(shè)計(jì)應(yīng)采取的對(duì)策194.4控制柜的抗震要求

控制系統(tǒng)還可能會(huì)受到來源于地震的影響，這種影響的大小不僅取決于地震本身的強(qiáng)弱，而且還與安裝裝置的建筑物、管道或廠房的結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般而言，地震的頻率很低，很少超過10Hz，所以甚至在很低的加速度下，都能達(dá)到很大的運(yùn)動(dòng)振幅。其次，發(fā)生地震時(shí)，既有水平方向的振動(dòng)，也有垂直方向的振動(dòng)。垂直方向的振動(dòng)影響通?？扇∷椒较蛴绊懙囊话搿Ｔ谟行┬袠I(yè)里（如核電）往往會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)會(huì)提出抗地震的要求。這除了在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要采取一定的措施外，還必須在控制系統(tǒng)的盤柜設(shè)計(jì)和其安裝上采取一定的措施，如：

1）控制柜應(yīng)使用厚度不小于3.2mm厚的重型冷軋?zhí)妓劁摚?/p>

2）機(jī)柜的前后門和側(cè)壁應(yīng)焊加強(qiáng)筋；

3）機(jī)柜內(nèi)凡使用螺栓處均應(yīng)加彈簧墊；

4）應(yīng)使用直徑大于18mm的地腳螺栓。