可編程序控制系統(tǒng)控制室的照明及線路設(shè)計、敷設(shè)的探討

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　1.引言

　　綠色照明是一項現(xiàn)在還剛剛開始推動的照明技術(shù)，是一個涉及全面發(fā)展和進步的系統(tǒng)工程，其含意廣泛、節(jié)能意義重大而深遠(yuǎn)，在新世紀(jì)照明設(shè)計中，必將獲得更大發(fā)展。

　　為了滿足對生產(chǎn)工藝的過程控制、參數(shù)檢測和優(yōu)化生產(chǎn)等工廠管理、控制現(xiàn)代化的需要，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、降低成本、改善勞動條件以及確保設(shè)備的正常運行為目標(biāo)，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(tǒng)?SIMATIC.Process Control－System，簡稱SI－MATIC PCS7　。經(jīng)過一年多的運行實踐，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、控制方便，并且能根據(jù)國際市場和國內(nèi)需求，在不改變硬件設(shè)施階情況下，只需通過軟件改變運行參數(shù)，就可及時調(diào)整生產(chǎn)品種，社會效益和經(jīng)濟效益十分明顯。

　　SIMATIC PCS7可編程序控制系統(tǒng)是西門子的新一代控制系統(tǒng)。它分為中央控制及遠(yuǎn)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(nèi)；遠(yuǎn)程控制部分分布在現(xiàn)場控制點附近，通過現(xiàn)場控制盤?用于卷曲、切斷及打包　進行信號聯(lián)系。主控制盤采用PLC方式。為了使現(xiàn)場部分的可編程序控制器設(shè)備和MCC電動機控制中心更接近，采用遠(yuǎn)程模塊化的I/O站和現(xiàn)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(shè)。

　　2.中央控制室或分操作臺的控制室設(shè)計

　　2.1照明

　　在中央控制室或者有分操作臺的控制室中，常常通過計算機屏幕進行管理和控制，值班人員的視力既要持續(xù)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(nèi)的照明，一般照度以200～300Lx為宜；同時，在同一房間內(nèi)照度要均勻，且在垂直面上有足夠的照度。照明設(shè)計時應(yīng)提倡綠色照明以利節(jié)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(yīng)無直射眩光和反射眩光對準(zhǔn)屏幕，燈具宜選用嵌入式隔柵燈或發(fā)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(shè)，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(fā)因素很多，應(yīng)避免照明和維護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(fā)射電話機有時會對可編程序控制器的工作產(chǎn)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(huán)境

　　室內(nèi)工作環(huán)境溫度推薦在25℃±5℃，濕度40％—80％RH，不結(jié)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(dǎo)電性塵埃。一般環(huán)境應(yīng)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(tǒng)的的場所需要采用凈化或隔離等防腐措施。

　　3.接地設(shè)計與施工

　　在以可編程序控制器為核心的控制系統(tǒng)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(chǔ)。為了安全使用可編程序控制器，應(yīng)區(qū)分下列幾種接地方法：

　　數(shù)字地：也稱為邏輯地，是各種開關(guān)信號、數(shù)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(yán)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(chǎn)生噪聲的主要地方。

　　直流地：它是直流電源標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)而設(shè)置的外殼或金屬絲網(wǎng)的接地。為了消除外殼或絲網(wǎng)上積聚的電能，專門使用銅導(dǎo)線將外殼或金屬絲網(wǎng)連接到地殼中去。

　　保護地：一般指機器、設(shè)備外殼或裝在機械與設(shè)備內(nèi)的獨立器件的外殼，外殼要與其內(nèi)部絕緣，外殼接地用以保護人身安全和防止設(shè)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(diào)機器設(shè)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(cè)浮空。在設(shè)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(yōu)良的施工質(zhì)量，可以大大減少其危害。

　　關(guān)于可編程序控制系統(tǒng)和用電系統(tǒng)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(shù)發(fā)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(chǎn)過程系統(tǒng)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(shè)計中要求電路中PE線和整個鋼鐵結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備外殼、電纜橋架、大型電氣設(shè)備、敷設(shè)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(lián)結(jié)，一般要做到接地電阻不大于1.這是目前統(tǒng)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(diào)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，不應(yīng)當(dāng)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(tǒng)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(jié)構(gòu)最終有統(tǒng)一接地點。為解決電場屏蔽分布電容問題，屏蔽地應(yīng)接人大地。為解決雷達(dá)、電臺這類高頻輻射干擾，可以用金屬絲網(wǎng)作電磁場屏蔽。它由電阻低的金屬網(wǎng)，及外殼等套在關(guān)鍵部位，例如使用無線操作的手動控制盒的金屬網(wǎng)屏蔽匯流后再接人大地。對于純防磁的現(xiàn)場，例如防止強磁鐵、變壓器、大電機的磁場耦合，采用高導(dǎo)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(chǎn)品時，都有許多嚴(yán)格的連接方法及規(guī)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(yīng)等，這是一項專門的技術(shù)。因此，對它們的使用、接地方式等要嚴(yán)格地按操作手冊進行。當(dāng)可編程序控制系統(tǒng)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(yīng)力爭把模板布置到距離現(xiàn)場最近的擴展機箱中去。

　　4.電纜設(shè)計和敷設(shè)

　　工業(yè)生產(chǎn)環(huán)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(tǒng)中，要連接生產(chǎn)現(xiàn)場的大小設(shè)備，要連接多種通信線路，合理設(shè)計一個電纜走向和施工敷設(shè)是很重要的。這種工作不同于軟件調(diào)試，一旦做完很難修改。特別要注意干擾源。生產(chǎn)現(xiàn)場有如下幾種關(guān)鍵的干擾源：動力電纜、大型機械、高功率的設(shè)備在電力傳輸中會在電纜周圍和設(shè)備附近產(chǎn)生電磁鍋合；電焊機、火焰切割機本身就是生產(chǎn)線工作設(shè)備，有時又是可編程序控制器控制的設(shè)備，在它們反復(fù)動作時產(chǎn)生高頻火花、金屬熔渣等都會損壞其他設(shè)備或電纜；高頻率的電子開關(guān)，在反復(fù)接通與關(guān)斷時，產(chǎn)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(chǎn)過程控制系統(tǒng)的影響，合理設(shè)計電纜走向、選用電纜，合理施工敷設(shè)能保證一個可編程序控制器的控制系統(tǒng)正常運行。

　　工廠生產(chǎn)現(xiàn)場中，需要敷設(shè)下列各種電纜：電源電纜、I/O信號的電纜、本地通信或者遠(yuǎn)程I/O掃描的通信電纜、可編程序控制器和計算機組網(wǎng)的通信電纜，另外還有電話與廣播電話電纜，工業(yè)電視電纜，它們都可能要與可編程序控制器聯(lián)系的。計算機及它們的顯示器，并不一定完全具有工業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)，尤其在中央控制室主控臺上，有可編程序控制器的設(shè)備，有工業(yè)電視設(shè)備、調(diào)度電話，尤其是近年來的無線電話，在控制室電纜敷設(shè)時應(yīng)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(dǎo)線連接時，要選用經(jīng)久不變形的壓接端子與導(dǎo)線做成柔性的連接。在有大功率電能傳輸?shù)倪B接點處要用鋼排和有壓花墊圈的螺栓與螺母壓接端子連接，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(fā)現(xiàn)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(shè)過程中，在有條件的地方，間隔均要在500～600mm以上，無條件時應(yīng)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

　　可編程序控制器最多的是I/O信號電纜，它傳送“0”和“1”兩種極性完全相反的信號，長距離傳送這種信號時，最好選用屏蔽電纜；同一臺設(shè)備、同一電平等級、同樣信號功能地理位置十分接近的，可共同使用同一根電纜，以減少電纜數(shù)量。電纜芯截面不要選得太細(xì)，通常交流信號纜的每芯截面積為1.5mm2，環(huán)境特別窄小的地方用O.75mm2或1.0mm2.直流信號長距離傳輸時，要考慮線阻小、截面積大的導(dǎo)線，爭取使用多芯、銅質(zhì)導(dǎo)線，還要考慮纜線上可能受到的干擾，避免信號的失真。

　　模擬量信號電纜的選型，常常要考慮和模擬量相關(guān)的設(shè)備、可編程序控制器使用的模板等使用條件，這時要區(qū)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(nèi)部電源還是使用外部電源，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(chǎn)品，它包括測量、執(zhí)行、信號放大、遠(yuǎn)程傳送等環(huán)節(jié)的配套設(shè)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(diào)速控制系統(tǒng)的特有信號，例如高速脈沖計數(shù)器，脈沖編碼器等設(shè)備，當(dāng)工作頻率高于100Hz應(yīng)選擇專用的屏蔽電纜。對于開關(guān)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(shù)脈沖電纜的敷設(shè)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(yīng)的或采購?fù)愋托阅艿碾娎|，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(xiàn)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(yīng)采用穿保護套管敷設(shè)。

　　有些特殊信號電纜是由可編程序控制器模板、外部設(shè)備的用途共同確定的，最好選用商家配套供應(yīng)的產(chǎn)品。

　　4.3不同的環(huán)境采用不同的電纜敷設(shè)方法

　　可編程序控制器控制系統(tǒng)中，大部分被控制設(shè)備遠(yuǎn)離控制室，分布在現(xiàn)場。此時要架設(shè)專用的電纜橋架。電纜橋架設(shè)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?？删幊绦蚩刂破骷癕CC動力控制的執(zhí)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是絕對分開的，即最上面一層敷設(shè)220V AC、380V AC動力或動力操作信號電纜；下面一層可以敷設(shè)工廠之間電話、工業(yè)電視等的電纜；再下面一層用來敷設(shè)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(shè)電纜時要有凈余間隔500mm左右；但是許多現(xiàn)場常常沒有這個凈余的空間。可在電纜敷設(shè)完成后加護蓋，電纜橋架金屬結(jié)構(gòu)之間全部采用連接銅線跨接，接地線就近連入接地線網(wǎng)，使得電纜橋架和電纜盒形成一個良好的接地環(huán)境。

　　室外電纜還有一種埋地敷設(shè)，這種方法盡可能少用，但在穿過火車鐵軌、建筑物本身有電纜溝或有地下隧道時可以使用這種敷設(shè)，而進入地下隧道后，電纜橋架又應(yīng)該沿墻壁敷設(shè)。

　　室內(nèi)電纜敷設(shè)時，由于室內(nèi)空間較小，各種電纜的來由去向不一致，因此最好有統(tǒng)一的走向規(guī)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(tǒng)的現(xiàn)場開關(guān)與設(shè)備連接

　　可編程序控制器多數(shù)為數(shù)字量信號直接采自現(xiàn)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(guān)有幾種意義，一種本身就是電路的按鍵式開關(guān)，可以帶鎖緊，或不帶鎖緊，總之能完成一個線路的接通或斷開。當(dāng)這個線路的接通或斷開被賦予不同的含義時，這個開關(guān)的命名就有實際的意義。一般來說這種開關(guān)有一條線接入到I/O端口，它的“0”與“1”就是數(shù)字量輸入，另一條線就是公共線，或者叫作公共信號地或者公共電源。但是許多傳感器生產(chǎn)廠家，為生成這個信號要使用3條或4條線，即采用另外的引線是為使傳感器的端頭產(chǎn)生測試功能的電、磁、光等效應(yīng)，因此在遇到選用由3條線或4條線連接的傳感器時，包括現(xiàn)場電纜敷設(shè)、選型都要詳細(xì)閱讀有關(guān)的說明才能做出正確的設(shè)計。