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制漿造紙過程中的儀表綜合接線箱設(shè)計及應(yīng)用

作時間:2019-10-11  來源:  作者:
   
摘   要   在制漿造紙行業(yè)的自控工程設(shè)計中,使用儀表綜合接線箱可以有效減少電纜橋架用量并縮短接線工期,更好地保護(hù)儀表器件,提升車間的整潔度和美觀度,方便儀表檢修及安裝維護(hù)。為了解決制漿造紙工程中儀表電纜敷設(shè)及施工的難題,對比分析了各類儀表接線設(shè)計方法的優(yōu)缺點,結(jié)合應(yīng)用實例對儀表綜合接線箱信號、電源、氣源、接線等設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)闡述,并展望了將來儀表接線箱的設(shè)計趨勢,為自控儀表接線設(shè)計提供重要的參考依據(jù)。
0 引言
隨著制漿造紙生產(chǎn)工藝和設(shè)備的不斷進(jìn)步,制漿造紙行業(yè)對生產(chǎn)自動化要求也越來越高。隨著自動化技術(shù)的提高,現(xiàn)場儀表數(shù)量及種類不斷增加,如何高效地完成儀表接線設(shè)計成為自控儀表工程師工程設(shè)計的一項重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的儀表接線設(shè)計基于直接接線或者采用單一的電磁閥箱,容易造成電纜橋架設(shè)計難度大、電纜敷設(shè)工程量大、車間電纜雜亂無章、美觀度和整潔度差等問題。使用儀表綜合接線箱,將同類信號的儀表分支電纜通過接線箱匯集成多芯電纜再敷設(shè)至儀表機(jī)柜室,并將電磁閥安裝在接線箱內(nèi),還可以在現(xiàn)場進(jìn)行儀表的供電和供氣分配,可以大大減少電纜的施工工程量,節(jié)約橋架的采購和安裝,有效保護(hù)易損儀表器件,提升車間的整潔度和美觀度 [1 ] 。
基于此,對制漿造紙過程中儀表綜合接線箱的設(shè)計要點進(jìn)行分析,結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗以及制漿造紙的生產(chǎn)實際和工藝特點,分析比較各類接線方法的優(yōu)缺點,提出一種行之有效的設(shè)計方法,為儀表接線箱的設(shè)計提供重要參考依據(jù)。
1 各類儀表接線法優(yōu)缺點分析
制漿造紙生產(chǎn)工藝與其他工業(yè)生產(chǎn)過程相比,具有工藝設(shè)備多、大型設(shè)備多、儀表閥門多等特點,尤其是儀表的數(shù)量比其他流程工業(yè)過程多很多。因此,儀表的接線方法設(shè)計對制漿造紙工程來說尤為重要。常用的儀表接線法主要有儀表直接接線法、分類接線箱接線法、綜合接線箱接線法三種 [2 ] 。
表1分析了幾種常用的儀表接線法的優(yōu)缺點,通過對比分析不難發(fā)現(xiàn),采用綜合接線法設(shè)計儀表接線,是適應(yīng)制漿造紙行業(yè)發(fā)展的需要,也是提高制漿造紙行業(yè)自動化程度的有效方法。
2 儀表綜合接線箱布置設(shè)計
儀表綜合接線箱一般立柱安裝或者靠墻柱安裝,設(shè)置在自控閥門、儀表相對較為集中的中心位置,完成附近儀表的接線以及閥門的供氣分配,并且把在現(xiàn)場易于損壞的電磁閥安裝在接線箱內(nèi)。另外,在現(xiàn)場需要220VAC供電的儀表也在此綜合接線箱內(nèi)進(jìn)行電源的分配。這樣設(shè)計的好處:一是無須再設(shè)置儀表接線箱或者儀表架;二是用電儀表的供電和供氣可以直接由綜合接線箱內(nèi)的電源分配模塊進(jìn)行分配。儀表綜合接線箱的設(shè)計應(yīng)該體現(xiàn)以下幾個方面的內(nèi)容。
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2. 1外觀設(shè)計
儀表綜合接線箱的外觀設(shè)計關(guān)系到車間整體的美觀度和整潔度,既要滿足功能性要求,又要滿足美觀度要求。儀表綜合接線箱的設(shè)計要點主要有以下幾點:
(1 )儀表綜合接線箱應(yīng)大小合理、尺寸統(tǒng)一。儀表綜合接線箱作為儀表接線的中轉(zhuǎn)箱,一般箱體的尺寸不宜過大,但太小又不能完成其應(yīng)有的功能。實踐經(jīng)驗表明,箱體尺寸設(shè)計為800mm×350mm×1 000mm ( L×D×H )或者600mm×300mm×800mm ( L×D×H )較理。
(2 )儀表綜合接線箱應(yīng)一體成型,設(shè)計為掛箱,這樣才能外觀漂亮,安裝方便。接線箱應(yīng)由一塊鋼板一次制造成型,箱體表面做拉絲處理,帶掛墻支耳,方便用膨脹螺栓固定安裝。
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 ( 3 )為方便后期維護(hù),箱體應(yīng)前側(cè)開門,宜配箱鎖。在綜合接線箱的使用中,為方便工程師進(jìn)行后期儀表維護(hù),要能打開箱門,而配箱鎖可以避免車間無關(guān)人員誤操作,造成不必要的損失。
(4 )每個接線箱應(yīng)在箱門上制作永久的編號標(biāo)識牌。儀表接線箱作為儀表接線的中間設(shè)備,是后續(xù)儀表檢修的重要載體,中間接線箱應(yīng)有明確而不脫落的標(biāo)識牌,便于后續(xù)檢修維護(hù)。
2. 2箱內(nèi)布置設(shè)計
儀表綜合接線箱集合模擬信號接線、數(shù)字信號接線、電磁閥保護(hù)、儀表現(xiàn)場電源分配、儀表現(xiàn)場氣源分配為一體。只有做到布局合理,才能既滿足功能需要,又能縮小箱體體積,提高車間整體美觀度。箱內(nèi)布置如圖1所示,主要考慮以下幾個方面的設(shè)計要點:
(1 )電源分配端子應(yīng)布置在箱體內(nèi)的上方,電源分配涉及220VAC電源,布置在上方,既安全又能合理利用箱體空間。
(2 )信號端子排布置在箱體內(nèi)的中間。信號端子排分模擬信號端子排與數(shù)字信號端子排,由于模擬信號和數(shù)字信號可能布置在不同的 DCS I / O 柜,因此應(yīng)分開設(shè)計。 2 個端子排的長度一般相同,便于分配空間和對稱。
(3 )氣源分配模塊布置在箱體內(nèi)的下部為宜。氣源分配包含調(diào)節(jié)閥的氣源分配和開關(guān)閥的氣源分配,應(yīng)分2個分配端子。開關(guān)閥的電磁閥安裝在氣源端子排內(nèi),電磁閥的開關(guān)控制閥體的汽缸氣源的通斷,從而實現(xiàn)閥的開關(guān)。這樣布置,既保護(hù)了電磁閥,又實現(xiàn)了閥門的氣源分配。
(4 )考慮到現(xiàn)場接線方便,所有管線宜采用下進(jìn)線箱體的下部開孔進(jìn)出管線,避免灰塵落入,也方便現(xiàn)場接線。
(5 )接線箱內(nèi)部布線要放在匯線槽內(nèi),做到整齊、有序、美觀,匯線槽要預(yù)留足夠的空間,方便施工接線。
2. 3信號接線端子排設(shè)計
信號接線作為儀表綜合接線箱的重要內(nèi)容,其主要目的是把一個區(qū)域內(nèi)的儀表信號集中在一個箱子內(nèi),然后再通過多芯計算機(jī)電纜接至儀表機(jī)柜室 DCS。 / O 柜,從而達(dá)到節(jié)省電纜、減少儀表接線工作量、節(jié)約橋架的目的。由于模擬信號( AI 、 AO )和數(shù)字信號(DI 、 DO )在 DCSI / O卡件和機(jī)柜布置方面處于不同的位置,因此本儀表接線箱信號接線分為 2 個接線端子排,即 X1和 X2 。 X1為模擬信號接線端子排,一般接入壓力變送器、差壓變送器、濃度變送器、液位變送器、溫度變送器、流量變送器等AI信號以及氣動調(diào)節(jié)閥等 AO 信號。 X2為數(shù)字信號接線端子排,一般接入壓力開關(guān)、溫度開關(guān)、流量開關(guān)、液位開關(guān)以及限位開關(guān)等 DI 信號和開關(guān)閥的輸出 DO 信號。通過以上端子排的區(qū)分,巧妙地解決了數(shù)字板卡和模擬板卡分開布置的難題,使得接線既集中又方便。信號接線的端子及電纜設(shè)計應(yīng)注意以下內(nèi)容:
(1 )考慮到后續(xù)的擴(kuò)展和維護(hù),模擬、數(shù)字接線端子排接入的儀表都不應(yīng)設(shè)計太滿,以免部分端子由于長期使用而出現(xiàn)接觸不良的情況,一般設(shè)計20% 的備用接線端子。另外,如果現(xiàn)場由于實際情況需要而增加部分儀表,接線箱也能滿足實際需要。
(2 )從 X1模擬信號端子板接入 DCS。 / O 柜的多芯電纜 應(yīng) 采 用 分 屏 蔽 加 總 屏 蔽 的 計 算 機(jī) 電 纜 ( ZRA -DJYPVPR ),避免模擬信號之間的相互干擾以及現(xiàn)場電氣設(shè)備對儀表模擬信號的干擾。數(shù)字信號由于相互之間幾乎不存在干擾,可采用 總 屏 蔽 的 計 算 機(jī) 電 纜 ( ZRA -DJYVPR )。
(3 )多芯電纜的芯數(shù)選擇,原則上和端子板上的端子數(shù)對應(yīng)一致,但有時候為了節(jié)約投資,也可以選擇比現(xiàn)場儀表接入數(shù)量多20%的電纜芯數(shù)。
2. 4供氣設(shè)計
綜合箱內(nèi)供氣設(shè)計還包括調(diào)節(jié)閥和開關(guān)閥的供氣設(shè)計,儀表供氣還需要有過濾減壓器及各支路單好關(guān)斷的球閥。各氣源分配器至現(xiàn)場閥門的氣源管可根據(jù)閥門口徑的不同選擇  8 、 10 、  12等不同規(guī)格的不銹鋼管、尼龍管或者PU 管。另外,還需注意的是,氣源支管在進(jìn)入儀表綜合接線箱之前,還應(yīng)設(shè)置總的關(guān)斷球閥及過濾減壓器,避免儀表氣源中含有塵埃影響閥門壽命。
2. 5供電設(shè)計
現(xiàn)場儀表按用電規(guī)格分為24V ( DC )和220V ( AC )兩種。 24V (DC )供電儀表主要有檢測儀表、變送器、電氣閥門定位器、電磁閥。這些儀表可靠性要求高,供電不能中斷,應(yīng)采用 UPS 供電,并且應(yīng)采用冗余的電源 [3 ] 。
由于通用型變送器、閥門定位器等為 24V ( DC )已通過 DCS 控制系統(tǒng) I / O 卡件供電,而 DCS 控制系統(tǒng)一般采用 UPS 電源,即 24V ( DC )用電儀表已滿足用電要求,此處設(shè)計中不再涉及儀表電源分配。
部分功率較大的現(xiàn)場儀表,如電磁流量變送器、濃度變送器等為 220VAC 供電的儀表,需要設(shè)計現(xiàn)場儀表供電箱為它們供電。在儀表綜合接線箱中設(shè)計儀表供電模塊,不僅方便現(xiàn)場 220V AC 儀表供電,而且減少電纜在橋架上的體積,把供電箱從機(jī)柜室搬到現(xiàn)場,不僅方便儀表供電分配,而且節(jié)約時間和投資成本。儀表供電模塊的斷路器選擇規(guī)范中已有明確的規(guī)定,此處不再贅述。 220VAC 的進(jìn)線應(yīng)來自儀表機(jī)柜室儀表電源柜,儀表電源柜應(yīng)由 UPS電源供電或者雙回路電源進(jìn)線。電源模塊應(yīng)設(shè)計總斷路器和6~8路支路斷路器。儀表綜合接線箱應(yīng)設(shè)計每一臺現(xiàn)場儀表一個供電回路,防止因現(xiàn)場儀表某些故障而引起跳閘,斷路器的選擇應(yīng)滿足上下級斷路器配合的整定原則。
3 應(yīng)用實例分析
下面以江蘇某造紙企業(yè)的設(shè)計為背景,分析比較儀表綜合接線箱的應(yīng)用情況。為了便于分析儀表綜合接線箱帶來的優(yōu)點,選取樣本數(shù)較小的備漿車間為一個樣本空間進(jìn)行分析和比較。
該樣本為生產(chǎn)高檔包裝紙項目的備 漿 車 間,設(shè) 有LBKP 、 NBKP 、 BCTMP 三條生產(chǎn)漿線。這三條生產(chǎn)線共有氣動調(diào)節(jié)閥56 臺,氣動開關(guān)閥50 臺,電磁流量計24臺,壓力變送器101 臺,液位變送器12 臺,濃度變送器20臺,流量開關(guān) 20臺,其他儀表 18臺。這些儀表均需接入DCS控制系統(tǒng),實現(xiàn)對現(xiàn)場儀表的自動化控制。
接線箱的布置和分配原則,宜設(shè)計在各類儀表的中心位置,避免氣動管路過長而使閥門所需要的壓縮空氣的壓力不夠。另外,各類信號和電源的電纜長度也會縮減。通過以上方法的應(yīng)用,設(shè)計儀表綜合箱一層13個,二層20個,在車間內(nèi)靠墻柱安裝。若使用分類接線箱接線法,需設(shè)計電磁閥箱(8支路)
10個、調(diào)節(jié)閥氣源分配箱( 8支路)9個、電源分配箱( 8支路) 8個。
表2是結(jié)合該項目的實際采購結(jié)果、安裝周期以及投產(chǎn)后的應(yīng)用效果,通過分析得出幾種接線法的指標(biāo)對比。由于幾種方法分別采用兩芯或者多芯電纜,無法直接比較,但電纜的總體成本有所降低。表2主要從主橋架的使用量、施工工期、車間美觀度及整潔度,以及儀表檢修維護(hù)方面進(jìn)行比較。
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 通過表 2 的結(jié)果分析不難發(fā)現(xiàn),基于綜合接線箱接線法所需電纜橋架和施工工期比分類接線法節(jié)約 10%~15% 。除此之外,綜合接線箱還帶來其他方面的效果,如車間整潔度和美觀度大大提升、企業(yè)形象有所提高、后續(xù)儀表檢修和維護(hù)也較為方便等。
4 綜合接線箱設(shè)計展望
隨著工業(yè)自動化儀表的不斷發(fā)展,控制系統(tǒng)的不斷優(yōu)化,儀表技術(shù)的不斷進(jìn)步,儀表接線箱也需跟隨時代的發(fā)展步伐,不斷創(chuàng)新,這樣才能與自動化水平的提高相適應(yīng)。將來 儀 表 接 線 箱 的 設(shè) 計 改 進(jìn) 可 從 下 面 幾 個 方 面考慮。
(1 )通過分布式 I / O 卡件改進(jìn)儀表綜合接線箱。隨著控制系統(tǒng)的優(yōu)化,越來越多的控制系統(tǒng)采用分布式I / O ,如SIMATIC。牛裕玻埃埃樱邢盗小7植际 I / O(即DP從站)負(fù)責(zé)在現(xiàn)場準(zhǔn)備編碼器和執(zhí)行器數(shù)據(jù),使得數(shù)據(jù)可以通過 PROFIBUS。模邪l(fā)送至控制CPU 。分布式I / O可以解決造紙車間較長、敷設(shè)電纜復(fù)雜等問題。分布式I /O的CPU 布置在機(jī)柜室,而I / O設(shè)備(輸入和輸出)在車間現(xiàn)場分布式運(yùn)行,同時通過功能強(qiáng)大的 PROFIBUS。模 的高速數(shù)據(jù)傳輸能力,可以確?刂 CPU 和I / O 設(shè)備穩(wěn)定順暢地進(jìn)行通信。
當(dāng)采用分布式 I / O 時,儀表接線箱的設(shè)計也需跟隨其發(fā)展而改進(jìn)。由于分布式I / O不再區(qū)分?jǐn)?shù)字量和模擬量,儀表綜合接線箱的端子模塊也會被分布式 I / O 模塊所替代,只需根據(jù)現(xiàn)場需求配置分布式 I / O 模塊在儀表接線箱,然后通過一根光纜,即可實現(xiàn) I / O 模塊和 CPU的數(shù)據(jù)交換。這樣,接線箱的體積會縮小,多芯電纜的成本和電纜橋架的成本也會大大節(jié)約。如此設(shè)計儀表接線箱,儀表 電 纜 接 線 將 會 更 加 簡 單,安 裝 周 期 也 會 隨 之縮減。
(2 )通過閥島改進(jìn)儀表綜合接線箱。隨著閥門技術(shù)的發(fā)展,越來越多的工業(yè)采用閥島實現(xiàn)閥門的控制。閥島是多個電磁閥的組合體,這幾個電磁閥擁有同一個進(jìn)氣源,而輸出端是各自好立的。每個閥通常都是常閉的,一旦得到電控信號,電磁閥將打開,送出氣動信號,以驅(qū)動其他氣動元件。每個電磁閥都有各自對應(yīng)的指示燈,一旦電磁閥得電打開后,指示燈點亮。電磁閥電控信號一般是24V 。
由于閥島技術(shù)對電磁閥進(jìn)行了集成,這更加離不開現(xiàn)場儀表接線箱。將來的儀表接線箱,可以考慮設(shè)計導(dǎo)軌安裝閥島,通過給閥島供氣直接實現(xiàn)氣動開關(guān)閥的氣源分配。由于閥島的出現(xiàn),接線箱的氣源分配將會更加快捷、方便,接線箱需要的空間會更小,更容易實現(xiàn)閥門的氣源分配。
5 結(jié)語
為了解決制漿造紙工程中儀表電纜敷設(shè)及施工的難題,結(jié)合制漿造紙過程自控工程實際,對比分析了常規(guī)儀表接線方法和儀表綜合接線箱接線的優(yōu)缺點,提出了儀表接線的#優(yōu)設(shè)計方法,并詳細(xì)闡述了儀表綜合接線箱外觀設(shè)計、箱內(nèi)布置設(shè)計、信號接線端子設(shè)計、供氣設(shè)計、供電設(shè)計等設(shè)計要點;并通過應(yīng)用實例分析,比較了各種接線法的效果,對將來接線箱的設(shè)計進(jìn)行了展望,幫助設(shè)計者進(jìn)行儀表綜合接線箱的設(shè)計。依據(jù)本方法設(shè)計的儀表綜合接線箱已在國內(nèi)外多個知名造紙企業(yè)中廣泛應(yīng)用,并取得了良好的效果,優(yōu)化了電纜敷設(shè)路徑,減少了制漿造紙過程中的各種其他接線箱,提高了車間整潔度和美觀度,有效提高了設(shè)計質(zhì)量與效率,縮短了施工周期,為制漿造紙行業(yè)自控工程接線設(shè)計提供一種新思路。
 
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