1、可編程序控制系統控制室的照明及線路設計、敷設的探討1.引言綠色照明是一項現在還剛剛開始推動的照明技術,是一個涉及全面發展和進步的系統工程,其含意廣泛、節能意義重大而深遠,在新世紀照明設計中,必將獲得更大發展。為了滿足對生產工藝的過程控制、參數檢測和優化生產等工廠管理、控制現代化的需要,以提高產品質量、節約能源、降低成本、改善勞動條件以及確保設備的正常運行為目標,某化纖廠后處理工段主流程選用了先進的西門子公司過程控制系統SIMATIC.Process Control-System,簡稱SI-MATIC PCS7。經過一年多的運行實踐,系統運行穩定、控制方便,并且能根據國際市場和國內需求,在不改變

2、硬件設施階情況下,只需通過軟件改變運行參數,就可及時調整生產品種,社會效益和經濟效益十分明顯。SIMATIC PCS7可編程序控制系統是西門子的新一代控制系統。它分為中央控制及遠程控制兩大部分,中央控制部分放置在后處理控制室 MCC的主控制盤內;遠程控制部分分布在現場控制點附近,通過現場控制盤 用于卷曲、切斷及打包進行信號聯系。主控制盤采用PLC方式。為了使現場部分的可編程序控制器設備和MCC電動機控制中心更接近,采用遠程模塊化的I/O站和現場總線的控制方式,這樣就有利于I/O配線和對外電纜敷設。2.中央控制室或分操作臺的控制室設計2.1照明在中央控制室或者有分操作臺的控制室中,常常通過計算機

3、屏幕進行管理和控制,值班人員的視力既要持續又要緊張地工作,為了既能看清彩屏的畫面,又要維持房間內的照明,一般照度以200300Lx為宜;同時,在同一房間內照度要均勻,且在垂直面上有足夠的照度。照明設計時應提倡綠色照明以利節能。照明光源建議采用TLD-36W/840光源為好。該光源光效更高,顯色性更好,便于布置和改善視覺條件。在燈具布置應無直射眩光和反射眩光對準屏幕,燈具宜選用嵌入式隔柵燈或發光天棚。另外一個要點是照明和維護電源,絕對不允許與可編程序控制器的控制/信號電源共用同一路供電。照明及備用電源線的敷設,要盡可能避開控制/信號電纜。由于照明和維護電源使用條件中偶發因素很多,應避免照明和維護

4、電源在突然集中用電時對控制/信號電纜造成干擾,例如,使用維護電源接電焊機,可能會引起意想不到的干擾。2.2電話在控制室和操作間,配置電話是必要的,而且為了流動人員工作方便,中央控制室配有無線移動電話。但這種高頻高功率發射電話機有時會對可編程序控制器的工作產生干擾。選擇哪種電話,決定因素很多,但不宜在可編程序控制器和計算機屏幕十分靠近的地方放置這種電話。2.3空氣環境室內工作環境溫度推薦在255,濕度40%80%RH,不結霜;要消除空氣中硫化氫 H2S、二氧化硫(S02、氯氣等腐蝕性氣體,以及鐵粉、碳粉等可導電性塵埃。一般環境應少有腐蝕性氣體。對于有腐蝕性氣體、有可編程序控制器控制系統的的場所需

5、要采用凈化或隔離等防腐措施。3.接地設計與施工在以可編程序控制器為核心的控制系統中,有多種接地方法,每種接地線匯流于一個理論的“點”,這是信息零電位基礎。為了安全使用可編程序控制器,應區分下列幾種接地方法:數字地:也稱為邏輯地,是各種開關信號、數字信號的零電位。模擬地:是模擬信號的零電位,它也是模擬信號精密電源的零電位,它的“零”是十分嚴格的電平。信號地:通常是指一般傳感器的地。交流地:交流供電電源的N線,它通常又是產生噪聲的主要地方。直流地:它是直流電源標準電壓起點,在非浮空的直流電源,就把它作為地線,而且就是接地的連接點,因為“地”是無法分開的。屏蔽地:一般為防止靜電、磁場感應而設置的外殼

6、或金屬絲網的接地。為了消除外殼或絲網上積聚的電能,專門使用銅導線將外殼或金屬絲網連接到地殼中去。保護地:一般指機器、設備外殼或裝在機械與設備內的獨立器件的外殼,外殼要與其內部絕緣,外殼接地用以保護人身安全和防止設備電能的漏失,保護地的接地必須是良好的。電源及接地噪聲對可編程序控制器及其I/O會有很大的影響。在許多著作中特別強調機器設備、電纜的護套、信號線的屏蔽層、柜機箱的外殼接地有一定要求。例如電纜護套、信號線屏蔽,僅用一端接地,另一端浮空;信號線在信號源處實行屏蔽接地,引入I/O端口側浮空。在設備運行中電源和地線的噪聲是難以克服的。但是良好的制造工藝,優良的施工質量,可以大大減少其危害。關于

7、可編程序控制系統和用電系統單獨接地還是分開接地的問題,是涉及到可編程序控制器技術發展的水平問題。地球僅有一個,地是無法分開的。理想的情況是一個生產過程系統的所有接地點與大地之間阻抗為零,實際上是很難做到的。但在接地設計中要求電路中PE線和整個鋼鐵結構、機械設備外殼、電纜橋架、大型電氣設備、敷設電纜的支架,各種工藝的金屬管道都能與大地是同一零電位,即等電位接地聯結,一般要做到接地電阻不大于1.這是目前統一接地的要求。在工程安裝階段,就要很好地連接上述各種接地線,在安裝電源和配置好地線之后,可編程序控制器才能進人通電與調試,它一般遵守下列幾個原則:將屏蔽地、保護地各自獨立地接到等電位接地銅排上,不

8、應當將其和電源地、信號地在其他任意地方扭在一起。在控制系統中,為了減少信號的電容鍋合噪聲,要采用多種屏蔽措施,屏蔽結構最終有統一接地點。為解決電場屏蔽分布電容問題,屏蔽地應接人大地。為解決雷達、電臺這類高頻輻射干擾,可以用金屬絲網作電磁場屏蔽。它由電阻低的金屬網,及外殼等套在關鍵部位,例如使用無線操作的手動控制盒的金屬網屏蔽匯流后再接人大地。對于純防磁的現場,例如防止強磁鐵、變壓器、大電機的磁場耦合,采用高導磁材料做屏蔽罩,使磁回路閉合,再將外罩接人大地。保護地常用一點接地,但保護地的外殼,例如機柜的門或窗,活動部分等,它們都要與固定外殼用地線連接在一起,在每個連接點要把金屬表層的防護油漆、金

9、屬銹蝕斑痕刮磨干凈,再利用壓花墊圈和鎖緊螺栓、螺母連接牢固。在模擬信號地和屏蔽地中,模擬地的接法十分重要,每個制造商在提供可編程序控制器的產品時,都有許多嚴格的連接方法及規則。包括信號配線、外殼屏蔽、浮地、傳輸電纜使用的型號、芯截面積、電源供應等,這是一項專門的技術。因此,對它們的使用、接地方式等要嚴格地按操作手冊進行。當可編程序控制系統用于地域廣大的范圍時,不要將模擬量信號做長距離的傳輸,在需要使用較多的模擬量模板時,應力爭把模板布置到距離現場最近的擴展機箱中去。4.電纜設計和敷設工業生產環境中電磁干擾是難以克服的。在使用可編程序控制器組成的控制系統中,要連接生產現場的大小設備,要連接多種通

10、信線路,合理設計一個電纜走向和施工敷設是很重要的。這種工作不同于軟件調試,一旦做完很難修改。特別要注意干擾源。生產現場有如下幾種關鍵的干擾源:動力電纜、大型機械、高功率的設備在電力傳輸中會在電纜周圍和設備附近產生電磁鍋合;電焊機、火焰切割機本身就是生產線工作設備,有時又是可編程序控制器控制的設備,在它們反復動作時產生高頻火花、金屬熔渣等都會損壞其他設備或電纜;高頻率的電子開關,在反復接通與關斷時,產生高次諧波,從而反饋到接口電路,形成高頻干擾;為了消除上述因素對整個生產過程控制系統的影響,合理設計電纜走向、選用電纜,合理施工敷設能保證一個可編程序控制器的控制系統正常運行。工廠生產現場中,需要敷

11、設下列各種電纜:電源電纜、I/O信號的電纜、本地通信或者遠程I/O掃描的通信電纜、可編程序控制器和計算機組網的通信電纜,另外還有電話與廣播電話電纜,工業電視電纜,它們都可能要與可編程序控制器聯系的。計算機及它們的顯示器,并不一定完全具有工業級的標準,尤其在中央控制室主控臺上,有可編程序控制器的設備,有工業電視設備、調度電話,尤其是近年來的無線電話,在控制室電纜敷設時應注意高頻磁場輻射對他們的干擾。4.1對于電纜的一般要求要求電纜線本身要有良好的可撓曲性;在使用端子與導線連接時,要選用經久不變形的壓接端子與導線做成柔性的連接。在有大功率電能傳輸的連接點處要用鋼排和有壓花墊圈的螺栓與螺母壓接端子連

12、接,不能有連接間隙;長年使用,由于電火花的銹蝕,常常引起不容易被發現的連接故障,接點處電阻變得很大,所以,為了防微杜漸,一定要精心施工,不能使用電纜端頭扭接或普通的方式連接。強動力電纜和信號電纜在敷設過程中,在有條件的地方,間隔均要在500600mm以上,無條件時應采取隔離措施,防止動力電源對信號的干擾。4.2不同用途要選用不同的電纜模擬量信號電纜的選型,常常要考慮和模擬量相關的設備、可編程序控制器使用的模板等使用條件,這時要區別模擬量是電壓型還是電流型傳輸信號、信號的線性測量范圍、輸人阻抗、誤差精度、溫漂、隔離措施、每路信號傳輸耗電功率、電流量等條件,另外還要考慮是使用內部電源還是使用外部電

13、源,一般還要同時考慮其電源怎樣同時供電。許多商家有專用的模擬量一次產品,它包括測量、執行、信號放大、遠程傳送等環節的配套設備,有的還需要使用專用屏蔽電纜,因此,使用模擬量信息時,常常要做到配套處理。高速脈沖是調速控制系統的特有信號,例如高速脈沖計數器,脈沖編碼器等設備,當工作頻率高于100Hz應選擇專用的屏蔽電纜。對于開關信號,因頻率低不作為脈沖信號,可以用普通電纜來傳輸。在高速計數脈沖電纜的敷設時,還要測試和防止高頻信號對低頻信號和普通信號的干擾。通信信號電纜是高頻信號電纜,有同軸電纜、雙絞線、雙芯屏蔽線以及光纖纜等多種可編程序控制器通信電纜,它們有特定的要求,一般選用可編程序控制器商家供應

14、的或采購同類型性能的電纜,不能隨意改變。信號纜在長距離傳輸或可能穿越一些特殊的現場時,如強磁場或電場,單獨穿過一些有移動物體運行的空間等,應采用穿保護套管敷設。有些特殊信號電纜是由可編程序控制器模板、外部設備的用途共同確定的,最好選用商家配套供應的產品。4.3不同的環境采用不同的電纜敷設方法可編程序控制器控制系統中,大部分被控制設備遠離控制室,分布在現場。此時要架設專用的電纜橋架。電纜橋架設計有個一般劃分約束可供參考:一是分層,二是強動力與弱信號電纜不能混合使用同一層。可編程序控制器及MCC動力控制的執行信號電壓為380V AC或220V AC,電機的動力電纜和可編程序控制器的控制電纜橋架一般

15、是絕對分開的,即最上面一層敷設220V AC、380V AC動力或動力操作信號電纜;下面一層可以敷設工廠之間電話、工業電視等的電纜;再下面一層用來敷設可編程序控制器的DI、DO、AI和AO的電纜;有條件的地方24V DC和220V AC的信號也可以分層。為防止電流量在10A以上的動力電纜對信號電纜造成的電磁干擾,盡可能在敷設電纜時要有凈余間隔500mm左右;但是許多現場常常沒有這個凈余的空間。可在電纜敷設完成后加護蓋,電纜橋架金屬結構之間全部采用連接銅線跨接,接地線就近連入接地線網,使得電纜橋架和電纜盒形成一個良好的接地環境。室外電纜還有一種埋地敷設,這種方法盡可能少用,但在穿過火車鐵軌、建筑

16、物本身有電纜溝或有地下隧道時可以使用這種敷設,而進入地下隧道后,電纜橋架又應該沿墻壁敷設。室內電纜敷設時,由于室內空間較小,各種電纜的來由去向不一致,因此最好有統一的走向規劃。電纜在進入可編程序控制器的機柜前要盡量減少動力電纜和信號電纜平行排放的距離。在電纜進入可編程序控制器機柜時,動力電纜和信號電纜在機柜底面上看,最好分別排放在兩個對角線方向,即從間隔最大的方向進入機柜。4.4可編程序控制器系統的現場開關與設備連接可編程序控制器多數為數字量信號直接采自現場。 它們有位置、 速度、 距離、 溫度、 壓力、物流量、電流量、電壓、功率等。基本上有物理形式或電形式、光電形式。按照功能 劃分就可能叫出各式各樣的名字。 可編程序控制器使用的開關有幾種意義， 一種本身就是電 路的按鍵式開關，可以帶鎖緊，或