仪表控制系统设计及设计文件

1.5 电气仪表在危险区域内的安全设计
在含有可燃性气体的场合中电气仪表引起火灾和爆炸的危险。 根据 GB 50058-92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范将爆炸危险区域划分如下。 0 区：连续或长期出现爆炸性气体场所。 1 区：正常运行时可能出现爆炸性气体场所。 2 区：正常运行时不可能出现爆炸性气体，即使出现也是短时间存在。 在爆炸危险区域内使用的电气仪表也应选择相应的防爆型式。 0 区: 本安型（ia） 。 1 区：本安型(ia/ib)。 防爆型（d） 。 正压型（p） 。
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H 2 S 10 pps ； S 02 50 pps ； CI 2 1 pps 。
② 室内噪声不大于 55dB(A)。 ③ 采取防静电措施（如防静电地板及防静电接地） 。 (3) 仪表控制室建筑、结构要求 ① 对于存在爆炸危险的生产装置，仪表控制室建筑物应按抗爆结构设计。面向生产装 置一侧应不开门窗，采用防爆墙。 ② 仪表控制室建筑物耐火等级不应低于二级。 ③ 仪表控制室应包括：操作室及辅助间（机柜室、工程师室、维修值班间、空调室、 UPS 电源室等） 。 ④ 机柜室基础地面为水磨石地面，上位活动地板（防静电） 。操作室地面一般为水磨石 地面。 ⑤ 控制室长度超过 15m，应设置两个方向的两个通向室外的门，并设置门斗作为缓冲 区。 (4) 仪表控制室采光与照明要求 ① 工作面上的照明要求 操作室、工程师室：300lx。机柜室：500lx。其他域：300lx。 ② 必须设计有事故应急照明系统。 (5) 仪表控制室采暖、空调要求 ① 操作室、机柜室、工程师室 A. 温度： 20 %± 2%（冬天） ，26%± 2%（夏天） 。 B. 相对湿度：50%± 10%。 ② 采用活动地板下方送风口，出口风速不大于 3m/s。 ③ 当仪表控制室采用正压通风系统时，室内压力不大于 25Pa；室内应设置可燃气体检
防止静电干扰的措施有两条：一是防止静电产生，如采用防静电活动地板及穿不易产生、静 电的衣服、器具等。二是尽快泄放静电，而泄放静电的办法是静电接地。 仪表控制系统的接地可以分成安全接地和工作接地。 安全接地主要为了保护人和设备的 安全，静电接地就是一种安全措施。工作接地包括屏蔽接地、信号接地、本安接地等。屏蔽 接地包括电线保护管、电缆槽接地及电缆屏蔽层单点接地。其中热电偶、热电阻、pH 电极 等在现场侧有接地，其他模拟信号、脉冲及数字信号都应该在控制室侧接地。 仪表信号接地可分两种情况：隔离信号，如变送器则可不接地；非隔离信号则应以 DC24V 电源负端为参考点接地。信号回路中应避免形成接地回路。在同一个仪表回路中若 信号与接收端都不可避免地接地，则应通过隔离器将其接地分隔开。DCS 系统信号接地目 的是为了使 DCS 系统信号有一个共同的基准点电位。通常做法是把 DC24V 电源负端接在 这个基准点上，它同时也能起到排除干扰噪声的作用。 信号接地的好坏，常常也会影响到模拟信号的精度。 本安接地是专为采用齐纳安全栅的本按仪表回路而设置的接地系统。 本安接地系统设计 不好，齐纳安全栅形同虚设。 DCS/PLC 控制系统都可分成信号处理部门和数据处理部分。信号处理部分（I/O）与控 制仪表一样，属仪表信号接地。数据处理部分（操作站、工程师站）设备应属保护接地。 设计接地系统应注意的几点如下。 ① 本安接地与系统接地可共用接地极，但必须是无电位差的等电位。 ② 工作接地不能喝保护接地连在一起。 ③ 屏蔽层接地只能单点接地，决不能和本安接地、系统接地连接在一起，共用一个接 地体。 ④ 电缆的屏蔽层要作屏蔽接地。 ⑤ 齐纳安全栅接地应与 DC24V 直流电源负端相连，以确保本安回路安全。 ⑥ 保护接地和静电接地可共用一个接地系统，仪表用电保护接地包括 UPS 接地应接至 电气专业大接地网。 ⑦ 按化工自控设计规定，仪表控制系统各类接地应汇结到总接地极。电气专业的全厂 性大接地网可使整个接地系统处于等地为。
1.3 仪表供气系统设计
① 仪表用气源一般采用洁净干燥压缩空气。 含尘粒径不大于 3µm。 含尘量小于 1mg/m³ 。
含油小于 10mg/m³ 。 ② 仪表气源系统容量可按仪表耗气总量估算。 A. 控制阀：1~2m³ /h。 B. 气动仪表：1m³ /h。 C. 正压通风型仪表盘：换气次数大于 6 次/h。 ③ 仪表供气系统设计时供气总管、支管、分配器上都应留 10%~20%的备用口。 ④ 供气总管、支管可用镀锌钢管或不锈钢管，控制阀供气管宜用紫铜管。
1.4 仪表控制系统的接地设计
仪表控制系统接地设计目的是为了保护电气设备安全。 控制设备的屏蔽及内部滤波都要 求以大地为环路。接地设计的好坏，将影响到信号噪声的抑制效果。 仪表信号噪声的发生：电网上引入高频噪声；各种电源都有一定内阻，电路间电源通过内阻 耦合，形成彼此的噪声源；高电压、大电流元件产生的噪声源；空间的电磁波。 噪声通过信号线、电源线传输，也可通过电磁波形式传播。噪声一般通过以下方式进入 设备。 A. 电容性耦合（电耦合） 。 B. 电感性耦合（磁耦合） 。 C. 电磁辐射耦合。 D. 公共阻抗耦合。 噪声一般以串模噪声、 共模噪声形式进入设备， 一般对于共模噪声可采用隔离方式来解 决，对于串模噪声则用滤波方式。对噪声源加一个屏蔽体，保持一点接地也是抑制噪声的方 法 。噪声隔离，可减少线间杂散电容及回路间互感。采取的措施如下。 ① 尽量避开强信号线。若无法避免与电源线平行走线，则应拉开距离（40 倍内径） 。 多芯电缆绝对不能将强信号线与电源线放在一根电缆内。 ② 在控制设备的信号接收端采用信号隔离卡（变压器隔离/光电隔离） ，将同一信号的 发送端和接收端进行隔离。 ③ 控制设备的信号接收端之间未隔离， 为了避免信号污染， 信号接收端应采用隔离卡。 噪声干扰对 DCS/ESD(PLC)系统影响如下。 ① 噪声干扰通信系统，造成通信异常，影响仪表控制系统正常工作。 ② 噪声干扰进入 AI/AO 单元的信号波动。 ③ 噪声干扰进入 DI/DO 单元的信号误动作。 ④ 强干扰电压会造成模块损害。 ⑤ 强磁场/静电干扰会造成 CRT 图像干扰，无法正常显示。 抗噪声干扰的设计措施如下。 ① 阻止噪声信号进入系统。 A.噪声源设备加屏蔽外罩。对静电或高频干扰可选用铜、铝等材料，对磁场屏蔽则 可选用碳钢作为外罩材料。 B.屏蔽电缆屏蔽层接地。 ② 进入设备的干扰信号尽量衰减，如通过滤波、浪涌吸收装置。 ③ 减少或降低干扰信号强度。仪表信号传输尽量采用低阻抗方式，尽量采用电流，最 好是数字信号传输，尽量不采用电压信号传输。仪表信号引线应尽量短，合理布置，防止互 相干扰。 引线尽可能采用双绞线， 减少共模干扰。 现场变送器尽量采用内部供电 （二线制） 。 据有关资料表明， 屏蔽电缆只对因静电感应引起的干扰有用， 而采用对绞方式则对防止 电磁感应而引起干扰有用。 为防止静电感应而引起的噪声干扰， 电缆可以选择钢带铠装电缆、 铅包电缆、铜丝编织屏蔽电缆。对电磁感应引起的噪声干扰，电缆可选择对绞电缆、对绞多 对电缆。 静电干扰对 DCS 硬件有极大地危害， 电子元器件中对静电干扰最敏感的是 CMOS 器件。
仪表控制系统设计及文件设计
1.1 仪表控制室设计
(1) 仪表控制室位置选择 ① 仪表控制室位置应选择在非爆炸、无火灾危险区域，符合《石油化工企业设计防火 规范》要求。如受条件限制不能满足规定要求，应采取有效安全措施。 ② 仪表控制室应尽可能靠近主要生产装置。 ③ 对于含有易燃、易爆、有毒、粉尘、水雾或腐蚀性介质的工艺生产装置，应布置在 本地区全年主导风的上风侧。 ④ 仪表控制室应远离高噪声源、振动源及较大的电磁干扰场所。 (2) 仪表控制室环境要求 ① 仪表控制室应为净化的空气。净化要求：尘埃 0.2mg / m （颗粒直径<10µm） ；
测器；正压通风系统发生呢个故障时应有报警；正压通风系统应有独有的供电回路。 (6) 仪表控制室安全设计 ① 仪表控制室必须设置火灾自动报警装置。 ② 仪表控制室周围可能出现可燃或毒性气体时应设置可燃/毒性气体检测装置。 ③ 大型仪表控制室应考虑装设自动灭火系统。
1.2 仪表控制系统供电系统
(1) 仪表控制系统供电范围 仪表用电设备主要指：现场仪表设备； DCS/Eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱD/SCA-DA
C. 保证大型动设备安全停车。 D. 保证可燃气体/毒性气体检测报警系统供电。 E. 火灾报警系统供电。 仪表供电系统设计要点如下。 A. 采用总供电箱/分供电箱二级供电方案，分供电箱保留不小于 20%的备用回路。 B. 不间断供电装置技术要求。 i. 交流不间断供电装置技术指标。 输入电压：三相 380V± 15%或单相 220V± 15%。 输入频率： （50± 2.5）Hz。切换时间小于 0.3ms。 输出电压：220V± 5%。整机效率不小于 90%。 输出频率： （50± 2.5）Hz。 过载能力不小于 150%（5s 之内） 。 后备供电时间：15~30min。 后备电池选择：免维修铅酸电池/镍铜电池。 具有故障报警及自保护措施。 平均无故障时间（MTBF）不小于 5500h。 ii. 直流不间断供电装置技术指标。 输入电压：三相 380V± 15%或单相 220V± 15%。 输入频率： （50± 2.5）Hz。 输出电压 2.4V± 0.3V。 纹波电压小于 0.2%。 直流分量（有效值） ：<40mV。 长期漂移：<1%。 平均无故障时间大于 16000h。 生产装置中泵、阀、电机都使用较多，这类负载启动电流会给 UPS 带来巨大的尖峰和 脉冲影响。电机、DCS 都带有较强的磁辐射，都可能干涉逆变器工作。 UPS 从主回路向旁路切换、主回路向蓄电池切换的时间皆应小于 8ms。 UPS 应配有隔离保护设备，以克服市电尖峰脉冲等的干扰影响。
系统；信号报警器；可燃气体/毒性气体检测报警系统；火灾报警系统；在线分析系统；工 业电视系统；仪表电伴热系统；旋转设备监视系统。 (2) 仪表供电分类形式 ① 重要负荷供电——双回路供电。 ② 一般负荷供电——单回路供电。 ③ 安全供电——不间断供电装置（UPS）/柴油发电机。 仪表用电负荷大多属于有特殊供电要求的负荷。 电源事故会打乱正常生产操作， 甚至造 成生产人员或设备的损害。因此，仪表控制系统的供电应采用不间断供电电源。 (3) 仪表供电质量要求 ① 普通电源供电质量要求 ~220V± 10%， （50± 1）Hz。 ② 直流电源质量要求 24V± 1V； 纹波电压小于 5%； 交流分量（有效值） 小于 100mV。 ③ 不间断供电电源质量要求 交流电源：~220V± 5%， （50± 0.5）Hz，波形失真率小于 5%。 直流电源：24V± 0.3V，纹波电压小于 0.2%，交流分量（有效值）小于 40mV。 电源瞬断时间不大于 3ms。 电压瞬间跌落不大于 10%。 不间断供电装置容量可按 DCS/ESD 等系统用电总量的 1.5 倍设计。 电源瞬时扰动主要考虑用电仪表设备对电源瞬时扰动或中断一个允许时间要求， 如继电 器分别为 5ms、10ms、20ms、30ms；电磁阀（切换时间）10~50ms；电动仪表、调节器， 直流小于 10ms，交流不大于 100ms；DCS 不大于 3ms，智能变送器直流不大于 5ms；ESD （英 Regent）停电时间不大于 11ms。电源瞬时扰动时间应小于设计采用仪表电源最小允许 舒适扰动时间。电压瞬间跌落：一般仪表系统小于 27%，DCS 小于 10%。 ④ 安全电源装置 安全电源主要是采用静止型不间断供电装置，一般由外供工作电源 并网浮充电运行。他包括直流蓄电池装置、逆变器等。 ，根据仪表负荷、供电要求、运行方 式选择 UPS 产品。 由于生产装置的重要性， 也可选择其他的安全电源装置， 如柴油发电机。 仪表安全供电要求主要指一下几方面。 A. 保证紧急停车系统所需供电。 B. 保证生产过程中紧急事故时压力泄放及物料排放。