仪表盘中除了设计规定的仪表、调节器、操纵设备、信号装置和接线端子等设备外,通常还有许多电器设备,它们与现场安装的一次仪表、执行器等配合组成自动控制系统,对生产过程的工艺参数进行指示、记录和调节,以实现远距离自动或手动控制。其中的电气控制设计包括原理设计和工艺设计两个部分,而人们比较重视前者,因为它决定着系统的效能与自动化程度,即决定着系统的先进性、合理性;对后者却往往被忽视。其实,工艺设计是否合理、优化,决定着仪表盘的装配质量、制造水平、运行安全、调试操作及维护是否方便等问题,这些都是客户十分看重的品质因素,因此,工艺设计同样也是重要的。
电气工艺设计是在原理设计完成之后进行的。它的主要内容有:设计控制系统的总装配图与总接线图,然后再设计各部分仪表及电器的装配图与接线图,填写各部分仪表、元器件目录、外协件及标准件清单等作为生产管理和成本核算的技术资料。
1、仪表盘内元器件布置应注意的问题
1.1 盘装与就地安装设备的划分
在设计总装配图时,首先要分清哪些是盘装仪表和电器,哪些属于就地安装的仪表及元件。一般来说,拖动电动机与各种执行元件如电磁阀以及各种检测仪表如温度、压力及流量传感器等就地安装在生产的相应部位上,各种接触器、继电器、电阻、自动开关和控制变压器等安装在仪表盘内;各种指示调节仪表、控制按钮、指示灯和记录仪等则安装在盘面上。
由于各种仪表、电器的安装位置不同,在构成一个完整的控制系统时,应划分组件,同时考虑各组件之间、仪表之间、盘与盘之间、盘与被控制装置之间的接线问题。
1.2 组件组合及安装布置
组件组合的原则为:
①功能类似的元器件组合在一起
例如用于操作的各类按钮、开关、键盘和指示调节仪表等集中为仪表控制盘面板组件,注意盘面布置图绘制应符合标准GB/T25926-2010《工业自动化仪表盘盘面布置图的绘制方法》的要求;各种继电器、接触器、断路器及熔断器等控制、保护电器集中为电器板组件;各类控制电源、整流及滤波元件集中为电源板组件等。
②尽可能减少组件之间的连线数量,将接线密切的控制电器置于同一组件中。
③强、弱电控制设备需分离以减少干扰。
④力求整齐美观:外形尺寸、重量相近的仪表或电器组合在一起。
⑤需要经常调节、维护和易损的元器件组合在一起。
对同一组件中的电器元件布置应注意的是:
①体积大和较重的电器元件安装在电器板的下方,而发热元件则安装在电器板的上方。
②电器元件的布置不宜过密,要留有一定的间距,应特别注意某些开关元件存在飞弧距离。采用板前汇线槽方式时,应适当加大各排电器的间距,以利于布线和维护。各组件(盘面安装的除外)通常先安装在安装板上,再上盘安装,一般将电源板组件、电器板组件等布置在仪表盘内的中、上方,端子排及仪表阀门等布置在盘内下方。盘内端子布局通常采用横向排列,两排端子间距离不小于150mm;采用汇线槽布线时,端子排间距离不小于160mm;为方便安装,最低的端子排距盘底不小于250mm,固定电缆的挡板距盘底不小于150mm。
1.3 仪表盘面的布置
仪表盘面布置图要做到布局合理,美观大方,方便操作和观察。布置时盘面四周要留有一定距离,一般左右各不小于80mm,上部不小于40mm。盘面位置分配应注意:上段一般为非操作的指示报警区,距盘底1650mm以上;中段一般为监控、调节、记录区,距盘底1000-1650mm;下段一般为操纵、开关、按钮区域,距盘底800-1000mm。
2、接线图的绘制及布线要求
接线图是设备配线、接线及查线的重要参考图,也是安装接线最主要的图样。在工业自动化仪表盘内设备之间连线多采用相对编号法,即在甲、乙两设备两个接线柱之间的连线,在甲设备的接线柱上编乙设备的代号和接线柱的号码,在乙设备的接线柱上则编甲设备的代号与接线柱的号码;同一个元件的接线柱画在一起,一般从接线图上不易看出控制原理关系。
装配布置图完成后,根据电器原理图的接线关系,编写各接线柱的线号,绘制接线图。接线图的绘制要符合GB/T25926-2010《工业自动化仪表盘接线接管图的绘制方法》的规定,接线方式分板前接线和板后接线,一般采用板前接线。接线图中应标出配线用的各种导线的型号、规格、颜色要求,导线颜色的划分应符合GB7947-2010《人机界面标志标识的基本和安全规则导体颜色或字母数字标识》标准的规定,要求接线正确、牢固,绝缘导线无损伤。每组端子排需设一个标记端子用来标记所属回路名称,端子排上每隔5个端子要表明顺序号。盘内布线为多股铜芯软线,信号线一般采用1.0mm2导线,电源线为≥1mm2导线。盘内各设备之间一般不经过中间端子直接用导线连接,绝缘导线自身不能有接头。一个端子上一般只允许接两根导线,若导线多于两根,应增加端子,两者用短接片连接。布线的走向力求简洁、统一,尽量减少交叉。盘内布线按设计文件要求,仪表信号线与电源线分开敷设,本安回路与非本安回路分开敷设,对某些仪表信号线采取抗干扰措施,如采用屏蔽线等来减小干扰。
3、仪表的工作接地
仪表系统的工作接地是为了保证仪表精确度和可靠性而设置的接地。它包括信号回路接地、屏蔽接地和本安仪表接地。
工作接地必须按单点接地的原则进行设计,即对同一个信号回路或同一屏蔽层不能有一个以上的接地点。由于地电位差的存在,出现一个以上的接地点时会形成地回路,这将给仪表引入干扰。如果采取控制室仪表和现场仪表分别接地,就需用接地线将这两点连接起来形成等电位。仪表工作接地的方法是:首先将盘装每台仪表的接地端子通过接地支线引向接地母线排,再将每面仪表盘的接地母线排通过接地分干线与公用接地板相连,最后再用接地总干线将公用接地板与埋入地下的接地体相连。
4、结束语
仪表盘电气工艺设计的实践性很强,只有在生产过程中不断探索,积累经验,了解各种仪表、电器元件的性能、结构、运行方式以及安装、维护等实际知识,才能做出较高水平的工艺设计,为用户提供更优质的产品。
作者:苏滨
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