摘 要 在制漿造紙行業(yè)的自控工程設(shè)計(jì)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(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合應(yīng)用實(shí)例對儀表綜合接線箱信號、電源、氣源、接線等設(shè)計(jì)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(jì)趨勢，為自控儀表接線設(shè)計(jì)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(jì)成為自控儀表工程師工程設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的儀表接線設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及制漿造紙的生產(chǎn)實(shí)際和工藝特點(diǎn)，分析比較各類接線方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種行之有效的設(shè)計(jì)方法，為儀表接線箱的設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù)。
１ 各類儀表接線法優(yōu)缺點(diǎn)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(diǎn)，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(jì)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(diǎn)，通過對比分析不難發(fā)現(xiàn)，采用綜合接線法設(shè)計(jì)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(jì)
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(jì)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(jì)應(yīng)該體現(xiàn)以下幾個方面的內(nèi)容。
２． １外觀設(shè)計(jì)
儀表綜合接線箱的外觀設(shè)計(jì)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(jì)要點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：
（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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，箱體尺寸設(shè)計(jì)為８００ｍｍ×３５０ｍｍ×１�。埃埃埃恚� （ 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(jì)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。
（ 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(jì)
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(jì)要點(diǎn)：
（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�。� ／ Ｏ 柜，因此應(yīng)分開設(shè)計(jì)。 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(shí)現(xiàn)閥的開關(guān)。這樣布置，既保護(hù)了電磁閥，又實(shí)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(jì)
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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)２０％ 的備用接線端子。另外，如果現(xiàn)場由于實(shí)際情況需要而增加部分儀表，接線箱也能滿足實(shí)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(jì) 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(jì) 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?yàn)榱斯?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(jì)
綜合箱內(nèi)供氣設(shè)計(jì)還包括調(diào)節(jié)閥和開關(guān)閥的供氣設(shè)計(jì)，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(jì)
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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)例分析
下面以江蘇某造紙企業(yè)的設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(xiàng)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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(xiàng)目的實(shí)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。
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(jì)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(jì) 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�。分布式 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(jì)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(shí)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(jì)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(shí)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(diǎn)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(jì)導(dǎo)軌安裝閥島，通過給閥島供氣直接實(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)，提出了儀表接線的#優(yōu)設(shè)計(jì)方法，并詳細(xì)闡述了儀表綜合接線箱外觀設(shè)計(jì)、箱內(nèi)布置設(shè)計(jì)、信號接線端子設(shè)計(jì)、供氣設(shè)計(jì)、供電設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)要點(diǎn)；并通過應(yīng)用實(shí)例分析，比較了各種接線法的效果，對將來接線箱的設(shè)計(jì)進(jìn)行了展望，幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行儀表綜合接線箱的設(shè)計(jì)。依據(jù)本方法設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)提供一種新思路。
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