ch63 自动化控制系统.docx
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ch63自动化控制系统
第3章自动化控制系统
第1节一般规定
3.1.1适用范围
3.1.1.1本章要求适用于授予UMS符号浮式装置的设计、安装和检验。
3.1.1.2其他自动化系统可参照本章进行设计和安装，但不作入级的检验要求。
3.1.2定义
3.1.2.1自动控制：
系指具有自动调节特性，无须操作人员参与即可按预定指令对设备进行操作的控制。
3.1.2.2遥控：
系指由操作人员通过机械、电气、电子、气动、液压、电磁（无线电）及光学方式或组合方式远距离对设备进行操作的控制。
3.1.2.3就地控制：
系指位于机器设备近旁，由操作人员对设备进行直接的人工操作的控制。
3.1.2.4控制站（室）：
系指具有监视功能且能够对安全设备、生产处理设备及通用机电设备实施控制的处所。
在本章中的控制站（室）主要有以下3类：
（1）主控制站：
系指所有自动化设备的监控设施集中布置并在正常工作实施操作监控的处所；
（2）就地控制站：
系指对机电设备旁或附近实施就地控制的控制站；
（3）其他控制站：
系指除上述两种以外的控制站。
3.1.2.5安全系统：
系指当发生危及电站及其他重要机电设备的严重故障时，能使发生故障的设备按下列3种类型自动产生保护性动作的系统：
a类：
立即停止运行，如锅炉紧急停炉、紧急切断用电设备电源等，且非经人工复位该设备不应再投入运行；
b类：
暂时调节到可以勉强运行状态，如降低功率或转速等；
c类：
起动和投入备用设备以恢复正常的运行状态。
3.1.2.6报警：
系指当受监控的机电设备或系统运行超出预定参数范围时，所发出的听觉和视觉信号。
3.1.2.7组合报警：
系指受监控的机电设备或系统处于任何非正常状态下，所发出的公共报警。
3.1.2.8安全通信：
系指为保证整个装置和人员生命安全而设置的单向声、光警报和语音广播以及双向的声、光和语音通信。
3.1.2.9故障安全原则：
系指当1个元件或1个系统出现故障或误动作时，该元件或系统的输出能自动处于预定的安全状态而不使故障扩大。
3.1.2.10越控：
系指越过控制过程中的某一程序或某一安全保护功能，在短时间内强制机电设备继续运行，以保证设备安全或减少损失的特殊控制措施。
3.1.2.11紧急停止装置：
系指独立于自动化系统而设置的，在紧急状况下用人工来切断机电设备运行的装置。
3.1.2.12局域网：
系指一般用途的用于小范围几个场所的计算机通信网。
通过该网能进行数据的交换和传递，且能与互联于网络的设备公用。
3.1.3工作条件
3.1.3.1自动化系统应能在表3.1.3.1所述环境空气温度下正常工作。
环境空气温度表3.1.3.1
安装位置
温度℃
一般围蔽处所和有空调的围蔽处所
+5~+55
有散热设备且无空调的围蔽处所
+5~+70
开敞甲板、无保温措施的甲板室
-25~+70
3.1.3.2自动化系统应能在下列相对湿度下正常工作:
温度达+45℃时:
95%±3%;
温度高于+45℃时:
70%±3%。
3.1.3.3自动化系统应能在表3.1.3.3所述振动条件下正常工作,如果在下述频率范围内发生共振,当振动超过下述规定值时,应采取适当措施予以抑止。
振动表3.1.3.3
安装位置
振动参数
一般处所
2.0Hz~13.2Hz
振幅±1mm
13.2Hz~100Hz
加速度±0.7g
往复机械上（例如柴油机、空压机上）及其他类似处所
2.0Hz~25Hz
振幅±1.6mm
25Hz~100Hz
加速度±0.7g
其他特殊部位,例如柴油机（特别是中、高速柴油机）的排气管上
40Hz~2000Hz
加速度±10.0g（温度600℃）
3.1.3.4自动化系统应能在表3.1.3.4所述电源电压和频率偏离额定值的波动条件下正常工作。
当电源的谐波成分不大于5%时，自动化系统应能正常工作。
3.1.3.5自动化系统的液压和气动设备，应能在动力源压力变化额定值的±20%时正常工作，在设计压力值的1.5倍时不损坏。
电压和频率波动表3.1.3.4
设备
参数
变化范围
稳态（%）
瞬态
%
恢复时间（s）
一般设备
电压
交流：
+6∽-10
直流：
±10
±20
1.5
频率
±5
±10
5
由蓄电池供电的设备：
充电期间接于蓄电池者
充电期间不接于蓄电池者
电压
电压
±30∽-25
±20∽-25
---
---
3.1.3.6自动化系统应能适应船上盐雾、油雾、霉菌及灰尘等环境。
3.1.3.7自动化系统应具有必要的电磁兼容性。
3.1.4故障安全
3.1.4.1控制系统、报警系统和安全系统应按故障安全的原则设计。
故障安全不仅应考虑与之有关的机械，而且应考虑整个浮式装置包括人员的安全。
3.1.4.2控制系统、报警系统和安全系统的设计应使运行过程中出现的1个故障不会导致其他故障的产生，并且其产生的危险性降到尽可能低的程度。
3.1.4.3自动控制和遥控系统应确保持续、有效、可靠地运行。
3.1.5独立性
3.1.5.1控制系统应尽实际可能独立于安全系统和报警系统。
当其他系统发生故障时，应不影响控制系统的正常工作。
3.1.5.2本章3.1.2.5中，a类安全系统应独立于控制系统和报警系统，并应各自独立，使之不受其他系统故障影响。
3.1.6检测和锁定
3.1.6.1对控制系统、安全系统和报警系统的功能应能进行检查。
如果控制设备、安全设备和报警设备的灵敏度和极限值等设定值可以调节，则整定的数值应易于检查、辩认并予以锁定。
3.1.7安全通信
3.1.7.1各种不同用途的信号及报警装置，其声响应有不同的音色和响度，以利分辨。
3.1.7.2安装于噪声较大场所的声响信号应有足够的响度，并需附有灯光信号。
3.1.7.3各种自动声光报警器，应设有能切断声响信号而不切断发光信号的装置。
3.1.7.4在主控制站、辅助控制站、装置经理办公室、操作人员居住舱室之间应备有适当的通信设备。
3.1.8供电
3.1.8.1控制系统、安全系统和报警系统应由主配电板或应急配电板（若设有）供电。
当主电源失电时，安全系统、报警系统及在主电源失电时仍有必要供电的控制系统（例如电站的自动化系统及中央控制站的计算机系统）应能自动转接到备用蓄电池组供电，并发出报警。
该蓄电池组的容量应至少能维持15min供电需要。
第2节控制系统
3.2.1一般要求
3.2.1.1控制系统包括自动控制系统和遥控系统。
3.2.1.2控制系统应具有良好的控制品质。
控制系统以及被控制的机电设备，在其全部运行工况范围内应具有满意的特性，即应能稳定工作，不会使机电设备受到有害的机械负荷和热负荷，并具有必要的控制精度。
3.2.1.3控制系统的设计应使控制系统中出现的故障对控制过程产生的危险性尽可能降到最低的程度，并不会使备用的自动和/或手动控制失效。
3.2.1.4当自动或遥控设备发生故障时，应能：
（1）发出报警信号；
（2）可及时更换损坏的部件或投入备用设备，恢复自动或遥控功能；
（3）平稳地转换到就地手动控制。
3.2.2液压和气动动力源
3.2.2.1控制系统的液压动力源应符合本规范的有关规定。
当液压动力源的压力低于规定值时，备用液压泵应能自动起动投入工作，并同时发出报警；当压力低于正常工作所需压力时，应发出报警。
3.2.2.2以压缩空气为控制系统的动力源应符合本规范的有关规定和下下列要求：
（1）气动控制用空气瓶可由空气动力总管或专用的空气压缩机供气；
（2）当气动控制用空气瓶由专用空气压缩机供气时，应设置2台空气压缩机，其中1台为自动备用；当气压低于规定值时，备用空气压缩机应能自动启动并投入工作；
（3）气动控制的供气管路中应设置安全阀。
安全阀的开启压力应为额定工作压力的1.1倍。
（4）供气管路中应设置减压阀、滤器、油水分离器和干燥器，以使空气保持干燥，不含杂质和油分。
减压阀、滤器和干燥器一般应设2只，并联装设。
如有措施保证上列器件能迅速保养、更换而不影响气动控制系统的正常工作时，滤器和干燥器允许各设1只。
第3节安全系统
3.3.1一般要求
3.3.1.1当发生危及电站及其他重要设备的严重故障时，安全系统应能使发生故障的机电设备按本章3.1.2.5规定的3种类型自动产生保护性动作，并应在相关控制站发出报警。
如在主控制站能显示单项报警信号，则允许在其他相关控制站显示用于特定安全系统的组合报警信号。
3.3.1.2如果因安全系统的动作使机电设备停止运行，则非经人工复位，该设备不允许再自动投入运行。
3.3.2越控
3.3.2.1实施越控时，应予以指示。
3.3.2.2越控按钮的布置应能防止被误触动。
3.3.3气动力源及管系
3.3.3.1安全系统的气动力源及管系应符合本章3.2.2的规定，而且管系应尽实际可能与控制系统分开。
第4节报警（包括显示）系统
3.4.1一般要求
3.4.1.1对被监控的机电设备和监控系统本身的所有故障，应在有关的控制站（室）发出报警信号。
3.4.1.2所有报警应同时发出视觉和听觉报警信号。
视觉信号应清晰可见；严重故障的报警光色一般采用红色，普通故障报警光色一般采用黄色。
听觉信号应有足够的响度。
机电设备的报警信号在光色和音响上，应与电话、火警等有明显的区别。
3.4.1.3报警系统应能对同时发生的所有故障发出报警信号。
对某个故障的报警和/或对报警的应答，不应妨碍对其他同时发生的故障的报警和/或应答。
3.4.1.4对报警信号应答后，可消除听觉信号和改变视觉信号（如闪光转换为平光等）。
视觉信号应一直保留到事故消除，报警通道自动恢复正常工作时为止。
机器处所的听觉报警信号的消声按钮，只允许设在机器处所或集控室内。
3.4.1.5若单项报警在机器处所的集控站（室）或主控制站上已有显示，则也应在其他相关的控制站显示报警信，但可采用组合报警的方式显示。
3.4.2报警系统的自检、检测和闭锁
3.4.2.1报警系统应尽可能具有自检功能，即对自身的故障自动进行检测和报警（或指示），以防止有警不报或误报警。
自检的范围及程度，可与维修更换措施综合考虑。
报警系统中控制、安全系统公用的设备应具有自检功能。
3.4.2.2应能在被监测机电设备正常运行时对报警系统进行检测。
3.4.2.3报警系统应能对某些过程中无意义的信号进行闭锁。
人工实施闭锁时，应予以指示。
3.4.3显示
3.4.3.1可采用仪表、显示器等进行参数显示。
参数可以逐一显示，也可以选择显示；可用文字显示，也可以用图形显示，但显示均应清晰明了。
指示灯信号的光色一般取绿色或白色。
与计算机配用的显示器及显示要求，见本章3.5.2.10的规定。
3.4.3.2应按报警发生的顺序显示报警；对于要求停车或减速的报警应给予突出的视觉显示。
第5节电子计算机系统
3.5.1一般要求
3.5.1.1本节适用于本章所述自动化系统的计算机系统，以及以计算机为主的自动化监控设备，包括可编程序控制器等
3.5.1.2计算机系统的系统配置和软、硬件设计等可参照本社《船上计算机应用与检验指南》的有关规定。
3.5.2系统设计
3.5.2.1基于用计算机系统来实现预定的自动化监控功能，其控制系统、报警系统和安全系统的设计应符合本章3.1.5的独立性要求。
如果因实际情况难以符合其中有些规定（如各系统的互相独立性要求等），则应经本社同意。
3.5.2.2计算机系统的设计，应确保因部分电路和元件以及计算机设备的单个故障而产生的对控制系统、报警系统和安全系统及其本身的影响尽可能最小。
3.5.2.3计算机系统应能满意地实现预定的自动化监控功能。
3.5.2.4计算机系统在自检出故障后，应以适当的方式指示出故障的位置，并发出报警。
此外，在更换模块或部件时，应有措施防止被控机电设备处于不安全状态。
3.5.2.5至少应设有一专用键或采用其他等效方法能在任何时候中断计算机的运行，以使必要时将机电设备的计算机控制转换为就地的人工控制。
3.5.2.6对用于计算机系统操作和处理的重要程序和数据，当外供电源临时中断时应不
会丢失或破坏。
当电源在发生故障后重新恢复时，计算机系统应能按照预定的顺序在短时间内重新起动运行，其自动化监控功能亦能迅速恢复。
3.5.2.7对于具有多种监控功能的计算机系统，当其中某些功能由人工选择退出时，应
予以指示。
3.5.2.8电子计算机系统处理各种信息的优先等级应符合下列顺序和要求：
（1）涉及本章3.1.2.5中a类安全保护动作和电子计算机自检或互检出的故障信息；
（2）涉及本章3.1.2.5中b、c类安全保护动作和严重的机电设备故障信息；
（3）其他一般故障信息。
处理自动控制过程的信息响应，不应影响上列信息的处理优先等级。
3.5.2.9控制重要机电设备的电子计算机或其主要功能模块发生故障时，如既不能及时转换到机电设备的人工控制，又不能使机电设备处于预定的安全状态时，则应设置自动切换的备用方式或功能模块。
3.5.2.10如果用显示器取代一般的指示灯报警显示，则应符合下列条件：
（1）显示器上的显示在明亮的环境条件下应清晰明了。
显示的数据和信息，操作者在正常操作位置应能易于读取；
（2）显示器应能清楚地显示出所有出现的报警；
（3）显示器应以适当的方式显示出故障报警在应答前后的区别，但不可仅用不同颜色显示这种区别；
（4）应配有打印机，记录故障内容；
（5）至少应配有1台备用显示器或灯板；
（6）主电源失电时，显示器应仍能正常工作；
（7）如果参数显示与报警合用1个显示器时，显示应不妨碍报警信号。
3.5.2.11若重要机电设备的控制由一台计算机执行，或重要的安全系统和报警系统使用
计算机，在处于运行状态的计算机发生故障时，应有能在短时间内实施切换的备用方式，并应经本社同意，同时应发出视觉和听觉报警信号。
实施切换时应容易、可靠，且该备用方式与原计算机应具有相同的监控功能。
3.5.2.12软件的设计应符合对机电设备进行自动化监控以及本节对计算机系统的要求。
3.5.3电子计算机系统的电源
3.5.3.1如果电源中断会使电子计算机控制的机电设备处于不安全状态，则应发出视听报警，并有措施保证向电子计算机系统不中断供电（如使用不间断电源）。
第6节局域网
3.6.1一般要求
3.6.1.1任何在计算机与数据采集装置之间用于传递报警、控制、安全和监测数据的局域网应满足本节3.6.1.2至3.6.1.9要求。
3.6.1.2在节与节之间或节点处失效的情况下，网络的拓扑结构应确保共享网络的系统能继续运行，且保持数据的正常传递。
3.6.1.3应有协议确保网上数据传递的完整性。
此外，计算机上共享网络的软件应设计成能对数据值进行有限地修改。
3.6.1.4网络应具有以一定传递速率传递数据的能力。
并应有必要的措施防止在网络过载的情况下导致的数据延迟或破坏，同时应发出视觉和听觉报警信号。
有关报警系统和安全系统显示信号的数据延迟时间应不超过2s。
3.6.1.5应有措施确保网络在网络控制器失效的情况下仍能持续有效地运行，例如能自动转接到备用的控制器。
当控制器发生故障时，应在相关控制站发出视觉和听觉报警信号。
3.6.1.6在连接和分离进出网络的结点时，其布置应不会中断网络的正常运行，且对共享网络的其他系统的影响应最小。
3.6.1.7应有措施能对网络的使用、故障的发生和其他必要的评估其特性的参数进行监测。
当网络发生故障时应发出视觉和听觉报警信号。
3.6.1.8若声响通信和视频信号共享网络，则应符合3.6.1.4的要求。
3.6.1.9网络在其安装位置应有足够的保护措施，以防止机械损坏和电磁干扰。
第7节传感器
3.7.1一般要求
3.7.1.1传感器应能长期稳定地正常工作。
其量程及频率特性（如适用时）应与被测参数的预计的最大变化范围及变化速率相适应，并应具有适当的精度和灵敏度。
3.7.1.2传感器应在其安装位置对环境条件有良好的适应性。
传感器应坚固耐用，且应具有良好的机械保护、可靠的电气连接和良好的绝缘性能。
3.7.1.3传感器的安装位置应能正确反映出被监测参数，并应易于接近、测试和拆装。
为便于维修和更换，传感器宜加装保护罩。
在难以接近和拆装的位置，还应另装1个备用传感器。
3.7.1.4本章3.1.2.5中a类保护动作应设置单独的传感器；若无特殊规定，b类保护动作可与显示、报警合用1只传感器；c类保护动作可与其本身报警合用1只传感器。
第8节无人机器处所
3.8.1一般要求
3.8.1.1本节适用于主要机械设备由主控制站遥控或自动控制，机器处所周期性无人值班的装置。
3.8.1.2在无人值班周期内，自动化系统应能保证重要的机电设备连续正常运行。
3.8.2机械设备报警系统
3.8.2.1应装有当机械设备发生故障时,发出报警的系统。
该系统应符合本章第4节和下述3.8.2.2至3.8.2.3的要求。
3.8.2.2在机械保养人员居住的舱室应有转播机械故障报警的听觉和视觉信号，以便提醒保养人员注意。
3.8.2.3当机械设备故障报警在预定的时间内，没有人在相关控制站内应答处理，则应在会议室，休息室、餐厅等公共场所发出听觉报警信号。
3.8.3探火报警系统
3.8.3.1所有无人值班机器处所应装有带听觉和视觉报警信号的自动探火系统。
该系统应符合本规范第7篇的要求。
3.8.4舱底水探测系统
3.8.4.1机器处所（包括原油泵舱）应有舱底水探测系统,当舱底水抵达到预定水位时发出报警。
3.8.4.2舱底水探测器的数量和安装位置，应能在浮式装置允许的纵倾或横倾范围内都能探测到舱底积水。
3.8.4.3座落在水线以下的每个机器处所（包括原油泵舱）至少应备有两个各自独立的舱底水探测系统。
3.8.4.4舱底泵布置成自动启动时,应有一指示装置，当舱内进水量大于该泵的排量或舱底泵自动起动的频率过高时应发出听觉和视觉报警信号。
3.8.5供电电源一般要求
3.8.5.1在正常运行中只需一台发电机工作时,应有备用发电机组，且在运行发电机发生
故障时，备用发电机能自动起动，并自动连接到配电板。
在正常运行中有两台及以上的发电机同时工作时，当其中一台由于故障退出运行，其余保持工作的发电机组应确保主要设备连续运转。
并应符合本篇第2章2.1.1要求。
3.8.6机械设备
3.8.6.1自动或遥控起动的机械设备，应有连锁装置，防止在机械设备有危险的情况下起动。
3.8.6.2有备用泵的设备,其备用泵应能自动起动。
3.8.6.3当机械设备设有阶段报警和/或自动停车报警时，每阶段报警和/或自动停车报警用的传感器和线路应是各自独立分开的。
3.8.6.4应有预防措施，防止主、付机高压燃油管破裂，燃油喷射到热物体表面或机器空气进口。
应在安全地方设置一个泄漏油收集容器，并装设一个燃油泄漏报警器。
该要求也适用于靠近热源的高压液压管。
第9节无人看管的机械设备
3.9.1一般要求
3.9.1.1无人看管的机械设备其控制、安全和报警系统的布置和安装等应符合本章第2、3、4节的要求。
3.9.1.2无人看管的机械设备应备有连锁装置，防止在机器有危险的情况下自动或遥控启动。
3.9.2热油加热器的监控
3.9.2.1当热油加热器在正常状态下处于遥控和自动控制之下而无须人工操作时，应按表3.9.2.1设置监控装置。
3.9.2.2燃油泵和热油泵的出口压力低于设定压力时应能自动启动其备用泵。
3.9.2.3下列设备应设置自动控制以保证加热器平稳的工作状态
（1）燃烧系统
（2）燃油的温度和黏度（仅对重油）
（3）热油温度
热油加热器的监控项目表3.9.2.1
内容
报警
备注
膨胀油柜液位
低
燃烧器自动关闭
热油流量
低
燃烧器自动关闭
热油压力
低
燃烧器自动关闭
热油出口温度
高
高高
燃烧器自动关闭
燃烧室空气压力
低
燃烧器自动关闭
燃油压力
低
燃油温度/黏度
高和低
仅对重油而言
燃油雾化/空气压力
低
燃烧器火焰和点火
失败
每个燃烧器均应监控.燃烧器自动关闭*
*1.当燃烧器火焰和点火失败时,在重新点火之前,燃烧室应进行扫风
2.燃油热水加热器的要求应加以考虑
3.9.3无人看管柴油机的报警和安全保护
3.9.3.1当在下述表3.9.3.3中须设置分级报警和自动停车时,其探头,传感器等的设置应符合3.8.6.3的要求。
3.9.3.2缸径大于300mm或功率大于2250kW的发动机应设置保护曲柄箱的油雾和轴承温度检测装置.
3.9.3.3安全和报警设置见表3.9.3.3
3.9.4无人看管燃气轮机的报警和安全保护
3.9.4.1报警和保护装置的设置应满足如下表3.9.4.1要求
3.9.5无人看管空气压缩机的报警和安全保护
3.9.5.1无人看管的空气压缩机应设有当滑油压力低于设定值时，能自动停止运行，并在控制站（室）发出滑油压力低报警装置。
（飞溅式润滑除外）
3.9.6无人看管的惰性气体发生器报警和安全保护
3.9.6.1无人看管的惰性气体发生器应设置表3.9.6.1所示的报警和安全装置
无人看管柴油机的报警和安全保护监控项目表3.9.3.3
内容
报警
备注
滑油进口温度
高
滑油进口压力
低
过低
发动机自动关断
冷却剂出口温度
高
220kW以上设置
过高
发动机自动关断,220kW以上应设置*
冷却剂压力或流量
低
燃油进口温度或黏度
高和低
仅对重油
超速
高
见本规范第5篇6.2.2
启动空气
低
电力启动电瓶电压
低
空压机滑油压力
低
自动关断
空压机排除空气温度
高
----
注:
1对有*标注的条目如发动机用于SOLAS公约要求设置的应急动力源,则船级社并无要求
2设备的设置和布置应符合主管当局的相应要求.
无人看管燃气轮机的报警和安全保护监控项目表3.9.4.1
内容
报警
备注
超速
高
自动停车
透平和齿轮箱滑油压力
低
过低
自动停车
滑油温度
高
滑油滤器压差
高
燃油压力
低
燃油温度
高
轴承温度
高
排气温度
高
过高
自动停车
透平振动
高
过高
自动停车
转子轴DISPLACEMENT
高
自动停车*2
火焰和点火
失败
自动停车
自动启动
失败
自动停车
压气机进口真空度
高
过高
自动停车
控制系统
失灵
-----
注：
1对于具有两极报警的要求参见3.8.6.3的要求；2具有滚动轴承的透平除外.
无人看管的惰性气体发生器报警和安全保护表3.9.6.1
序号
项目
报警
备注
1
惰气出口温度
高
自动关闭燃油
2
燃烧空气压力
低
自动关闭燃油
3
燃油压力
低
--
4
燃油温度或粘度
高和低
仅适用于重油
5
火焰和点火
故障
自动关闭燃油①
6
冷却水压力或流量
低
自动关闭燃油
7
冷却水温度
高
--
8
燃油供应
不足
--
9
电源
故障
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