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可編程序控制系統(tǒng)控制室的照明及線路設(shè)計敷設(shè)的探討論文
摘要：綠色照明是一項(xiàng)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(jìn)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。
關(guān)鍵詞：可編程序控制系統(tǒng)控制室 照明 線路設(shè)計 敷設(shè)
1.引 言
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(yùn)行為目標(biāo)，某化纖廠后處理工段主流程選用了先進(jìn)的西門子公司過程控制系統(tǒng)烻IMATIC.Process , Control－System，簡稱SI－MATIC PCS7牎＞過一年多的運(yùn)行實(shí)踐，系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行參數(shù)，就可及時調(diào)整生產(chǎn)品種，社會效益和經(jīng)濟(jì)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烳CC牭鬧骺刂婆棠冢輝凍炭刂撇糠址植莢諳殖】刂頻愀澆，通過現(xiàn)場控制盤熡糜誥砬、切斷及打包牻行信號聯(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(jī)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(jī)屏幕進(jìn)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(diǎn)是照明和維護(hù)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(hù)電源使用條件中偶發(fā)因素很多，應(yīng)避免照明和維護(hù)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(hù)電源接電焊機(jī)，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(jī)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(jī)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烪2S�、堆趸颍⊿02）、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(diǎn)”，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(diǎn)，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(diǎn)，因?yàn)椤暗亍笔菬o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(hù)地：一般指機(jī)器、設(shè)備外殼或裝在機(jī)械與設(shè)備內(nèi)的獨(dú)立器件的外殼，外殼要與其內(nèi)部絕緣，外殼接地用以保護(hù)人身安全和防止設(shè)備電能的漏失，保護(hù)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(qiáng)調(diào)機(jī)器設(shè)備、電纜的護(hù)套、信號線的屏蔽層、柜機(jī)箱的外殼接地有一定要求。例如電纜護(hù)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(shí)行屏蔽接地，引入I/O端口側(cè)浮空。在設(shè)備運(yùn)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(dú)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(diǎn)與大地之間阻抗為零，實(shí)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(jī)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(jìn)人通電與調(diào)試，它一般遵守下列幾個原則：
將屏蔽地、保護(hù)地各自獨(dú)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(diǎn)。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(qiáng)磁鐵、變壓器、大電機(jī)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(hù)地常用一點(diǎn)接地，但保護(hù)地的外殼，例如機(jī)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(diǎn)要把金屬表層的防護(hù)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(xiàng)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(jìn)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(kuò)展機(jī)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(jī)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(jī)、火焰切割機(jī)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(yùn)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(jī)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)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(qiáng)磁場或電場，單獨(dú)穿過一些有移動物體運(yùn)行的空間等，應(yīng)采用穿保護(hù)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(qiáng)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(zhí)行信號電壓為380V AC或220V AC，電機(jī)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220VAC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(hù)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(jìn)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(jìn)入可編程序控制器的機(jī)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(jìn)入可編程序控制器機(jī)柜時，動力電纜和信號電纜在機(jī)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(jìn)入機(jī)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�；旧嫌形锢硇问交螂娦问健⒐怆娦问�。按照功能劃分就可能叫出各式各樣的名字�？删幊绦蚩刂破魇褂玫拈_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(shí)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。
參考文獻(xiàn)
1.《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057－942000年版
2.西門子有限公司．S7－400，M7－400可編程序控制器硬件和安裝手冊
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