工厂控制室环境课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,控制室环境对控制系统的影响,徐义亨 编,2011,年,4,月,1控制室环境对控制系统的影响,2,1,概述,1.1,问题的提出,1,）根据,IEC,标准,可编程序控制器（,IEC 61131,）,，影响控制系统工作的条件如下表所示。控制室的设计就是在允许的经济条件下， 给,DCS,的运行提供一个良好的工作条件。,21概述,3,2,）控制室也是,操作人员的工作场所,，它的设计也应该符合人体物理学、心理学、人体工程学的特征，为操作人员的工作创造一个适宜的环境。,3,）控制室又是生产装置的一个部分，,它应该保证人,-,机交互作用下生产监控操作能够安全、有效。,本讲主要内容系针对控制室的抗干扰设计，干扰包括自然环境条件、电气工作条件和机械工作条件等。,电气工作条件中的供电、接地分别在专门的讲座里讨论。,机械工作条件应包括振动、冲击和自由跌落，,本讲座重点讨论振动。,3 2）控制室也是操作人员的工作场所，它的设计也,4,2,控制室的环境气候条件,2.1,环境气候条件对,DCS,的影响,DCS,受环境影响而失效或性能降低，往往是由于下列的环境气候条件导致内部元器件性能衰退。,A.,低温,温度过低，影响电子元器件的电性能，元器件的塑料封装材料也容易,脆化,。,B.,高温,容易造成电子元器件绝缘,老化,、性能变坏，材料容易变形，尺寸改变以致活动件卡死。,对模拟量卡件，温度每变化,10,度，精度将降低,0.1%,。对,DCS,元器件的,表面温升,，在有些标准里（如富士）,规定不得超过,20,摄氏度。,C.,温度变化率,过大的温度变化率因元器件的,胀缩,导致引力、变形、开裂、密封失效及保护层脱落。,42 控制室的环境气候条件,5,D.,湿度,若相对湿度超过,65%,，就会在物体表面形成一层水膜，使,绝缘劣化,；潮湿会加快腐蚀。相对湿度太低合成材料容易变脆、收缩、表面龟裂；绝缘材料表面容易积累静电。,E.,阳光辐射,阳光辐射中的红外线使物体升温，材料,老化,，寿命缩短，紫外线不但对有机物有加速老化的作用，在有氧和水时，对绝缘材料和有机涂料也有劣化作用。,F.,大气压力,大气压力降低时，,空气绝缘强度下降,，海拔每升高,100m,，绝缘强度将降低,1%,；大气压力降低时，空气的热容量减小，因而对,DCS,系统内的发热元件的冷却能力下降，海拔每升高,100m,，元器件温升增加,0.2-1,摄氏度。,此外海拔高了对,电解电容的性能,有影响。因为海拔高，压力小，设备中的电解电容因介质损耗而发热，,内部压力大,外部压力小就容易爆裂,。如果电容发热不大，降额裕度大，一般可以避免这个问题。,5 D.湿度 若相对湿度超过65%，就会在物体,6,2.2,标准规定的环境气候条件,如果我们将控制室看成是,“,GB/T 17214.1-1998,（,idt IEC 654-1:1993),工业过程测量和控制装置工作条件 第,1,部分：气候条件,”,中规定的属于,“,有气候防护的场所,”,中的,B1,级：升温和（或）降温的封闭场所，那么其气候条件参数和严酷度应满足下表所示。,注：表中,红字,为,“,HG/T 20508-2000,控制室设计规定,”,。,62.2 标准规定的环境气候条件,7,2.3,控制室设计应采取的对策,1,）控制室宜,座北朝南,，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。,2,）操作室和机柜室,不宜开窗,或只开少量双层密封金属窗。,3,）控制室应采用,空气调节,，并应设置门斗或前室。,4,）控制室内气流组织，应根据空气调节设计规范并结合现场实际情况确定。对设备布置密度大、设备发热量大的机柜间通风宜采用活动地板下送上方式；其出口风速不应大于,3m/s.,72.3 控制室设计应采取的对策,8,3,控制室的空气洁净条件,3.1,空气洁净条件对,DCS,的影响,污染物对,DCS,的影响是与浓度、温度和暴露时间成正比的，并往往因湿度的增加而加剧。,A.,盐雾等腐蚀气氛,会引起对金属的强烈腐蚀。由于氯离子半径极小，很容易穿透保护涂层到底部，又很容易被受潮金属表面所吸附，所以对其要求更严格。此外，硫化氢能迅速腐蚀铜、银和铁合金，二氧化硫同样对,DCS,也有腐蚀作用。,B.,灰尘与沙尘,灰尘是指直径,1-150um,的颗粒，沙尘是指直径,100-1000um,的颗粒。灰尘与沙尘对,DCS,设备的机械冲刷造成磨损；沉降在绝缘表面后,吸潮而降低绝缘性能,；,吸潮或吸附腐蚀性气体而加速化学腐蚀。,83 控制室的空气洁净条件,9,3.2 IEC,标准对反应性环境（腐蚀气氛）的分级方法,根据污染物和铜起反应的速率来确定工业环境的严酷度。这种方法需要将事先制备好的铜试样放置到被监测场所，经一定暴露时间（,1,个月）后，对铜试样进行腐蚀膜厚度的测定或外观检查，而后可以按下表中三种严酷度进行分级。,对,DCS,而言，由于存在大量的铜质线路板，为了避免腐蚀对其性能的影响，,所以控制室的反应性环境要求应按,1,级进行设计,，即为受严格控制的环境。,93.2 IEC标准对反应性环境（腐蚀气氛）的分级方法,10,3.3 IEC,标准对,1,级（工业清洁空气）控制室内的腐蚀气氛要求,注：,1,）单位,ppm,为,立方厘米,/,立方米,；,2,）本要求引自,“,JB/T 9237.1-1999,（,EQV IEC 654-4:1987),工业自动化,仪表工作条件 腐蚀和侵蚀影响,”,。,103.3 IEC标准对1级（工业清洁空气）控制室内的腐蚀气,11,3.4,控制室内的空气含尘量要求,根据,电工电子产品应用环境条件（,GB 4798.1,）,和,过程测量和控制系统环境条件空气中的污染物（,ISA S71.04,）,的规定，,控制室内含尘量应小于,0.2,毫克,/,立方米,（粒径小于,10,微米）。,3.5,控制室设计应采取的对策,1,）在有腐蚀性介质或尘埃的生产装置内，控制室宜布置在本地区常年,最小频率风向的下风侧,或全年,主导风向的上风侧,。,2,）控制室不应直接位于有腐蚀性液体的楼层下，不应与有腐蚀性生产的厂房直接相通，也不应与化学药品库、化验室毗邻布置。,3,）控制室内不得安装有腐蚀性介质的在线分析一次仪表。,113.4 控制室内的空气含尘量要求,12,4,）控制室地面应平整、光洁，不起灰尘；墙面应平整，不积灰，易于清洁；窗户应采用金属窗，并应有良好的气密性。,5,）控制室不宜设在工厂主要,交通干道旁边,，以防扬尘的危害。,6,）对灰尘量较大的生产装置，为了防尘，控制室可以采用清洁空气的正压通风系统，它应满足：,A.,室内门窗关闭时，压力不低于,25Pa,；,B.,室内门窗全开时，通过门窗的气流速度不低于,0.3m/s,；,C.,正压通风系统发生故障时，应发出报警；,D.,正压通风系统的电源应采用独立的电源回路。,12 4）控制室地面应平整、光洁，不起灰尘；墙,13,4,控制室的机械工作条件,振动,机械工作条件应包括振动、冲击和自由跌落。冲击和自由跌落一般发生在设备的运输和安装过程中，因本讲座是相对于控制室的防干扰，故只讨论振动。,4.1,振动对控制系统的影响,振动是交变的机械外力,。如果控制系统的安装地点附近有强烈振动的设备，例如球磨机、粉碎机、搅拌机，重型机床设备，它们产生的机械力会通过支架和地面传到控制系统，影响控制系统的工作，长时间的机械振动力作用对控制系统的危害十分严重。具体表现在如下几个方面。,134 控制室的机械工作条件振动 机械工作条,14,1,）高频率、高加速度的振动能,损坏集成电路的内部接头,。,2,）继电器是控制系统中,最不耐振动的部件,，它的簧片在振动时很容易发出错误的通断信号，或者由于疲劳而损坏。,3,）振动可以,使零件疲劳,，出现裂缝，强度下降。当振动频率同于零部件的固有频率时，会发生谐振，振幅显著增大，容易招致严重破坏。,4,）振动还可以使插接件松动，接触面磨损，粘接面脱落。,5,）振动将,使永磁零件退磁,，压电元件产生有害的电信号，开关和电位器接触不良。,6,）控制系统中的易碎器件，如,CRT,显示管、光学零件、数码管更经不起强烈的振动。,14 1）高频率、高加速度的振动能损坏集成电路的内部,15,4.2,振动的限制条件,控制室地面振动的幅度、频率和加速度应该满足,DCS,制造商提出的限制条件。,根据,“,GB/T 18271.3-2000,过程测量和控制装置通用性能评定方法,和程序 第,3,部分：影响量影响的试验,”,，,DCS,应低于如下表所示的振动,条件。,如果,AI,模块的精确度为,a,在这样的振动条件下，模拟量的示值变化如小于,0.5a%F.S,是允许的。,频率范围,H,Z,位移峰幅值,mm,加速度,g,10-150,0.075,1,154.2 振动的限制条件频率范围HZ位移峰幅值 mm加速,16,但不同的,DCS,制造商对控制室会提出不同的振动要求，见下表。,制造商,频率范围,HZ,加速度,g,位移峰幅值,mm,Honeywell,14-150,1,2.5,横河,小于,14,0.5,大于,14,小于,0.2,Rosemount,30-60,0.2,0.75,3-100,0.5,Fisher,5-7.11,0.5,7.11-150,0.1,16 但不同的DCS制造商对控制室会提出不同的振动要求,17,4.3,控制室设计应采取的对策,1,）控制室的建筑结构设计，应使其的振动条件低于前述标准的规定。,2,）控制室宜单独设置。当组成综合建筑物时，控制室宜设在一层平面，避免设在振动较大的场所（如泵房、球磨机房、压缩机房的附近）。,3,）控制室不宜设在工厂主要交通干道旁边，以免车辆振动的影响。如不能避免，控制室最外边轴线距主干道中心的距离不应小于,20,米。,4,）控制室地面为水磨石时，机柜应通过地脚螺钉或其它予埋件的方式固定。,5,）控制室地面为活动地板时，机柜应固定在型钢制作的支撑架上，该支撑架固定在基础地面上。,174.3 控制室设计应采取的对策,18,4.4,控制柜的抗震要求,控制系统还可能会受到来源于地震的影响，这种影响的大小不仅取决于地震本身的强弱，而且还与安装装置的建筑物、管道或厂房的结构有关。一般而言，,地震的频率很低，很少超过,10Hz,，所以甚至在很低的加速度下，都能达到很大的运动振幅,。其次，发生地震时，既有水平方向的振动，也有垂直方向的振动。垂直方向的振动影响通常可取水平方向影响的一半。,在有些行业里（如核电）往往会对控制系统会提出抗地震的要求。这除了在建筑物的结构设计上要采取一定的措施外，还必须在控制系统的盘柜设计和其安装上采取一定的措施，如：,1,）控制柜应使用厚度不小于,3.2mm,厚的重型冷轧碳素钢；,2,）机柜的前后门和侧壁应焊加强筋；,3,）机柜内凡使用螺栓处均应加弹簧垫；,4,）应使用直径大于,18mm,的地脚螺栓。,184.4 控制柜的抗震要求,19,谢谢大家,19,