摘 要 在制漿造紙行業(yè)的自控工程設計中，使用儀表綜合接線(xiàn)箱可以有效減少電纜橋架用量并縮短接線(xiàn)工期，更好地保護儀表器件，提升車(chē)間的整潔度和美觀(guān)度，方便儀表檢修及安裝維護。為了解決制漿造紙工程中儀表電纜敷設及施工的難題，對比分析了各類(lèi)儀表接線(xiàn)設計方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結合應用實(shí)例對儀表綜合接線(xiàn)箱信號、電源、氣源、接線(xiàn)等設計內容進(jìn)行了詳細闡述，并展望了將來(lái)儀表接線(xiàn)箱的設計趨勢，為自控儀表接線(xiàn)設計提供重要的參考依據。
０ 引言
隨著(zhù)制漿造紙生產(chǎn)工藝和設備的不斷進(jìn)步，制漿造紙行業(yè)對生產(chǎn)自動(dòng)化要求也越來(lái)越高。隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)的提高，現場(chǎng)儀表數量及種類(lèi)不斷增加，如何高效地完成儀表接線(xiàn)設計成為自控儀表工程師工程設計的一項重要內容。傳統的儀表接線(xiàn)設計基于直接接線(xiàn)或者采用單一的電磁閥箱，容易造成電纜橋架設計難度大、電纜敷設工程量大、車(chē)間電纜雜亂無(wú)章、美觀(guān)度和整潔度差等問(wèn)題。使用儀表綜合接線(xiàn)箱，將同類(lèi)信號的儀表分支電纜通過(guò)接線(xiàn)箱匯集成多芯電纜再敷設至儀表機柜室，并將電磁閥安裝在接線(xiàn)箱內，還可以在現場(chǎng)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，節約橋架的采購和安裝，有效保護易損儀表器件，提升車(chē)間的整潔度和美觀(guān)度 ［１ ］ 。
基于此，對制漿造紙過(guò)程中儀表綜合接線(xiàn)箱的設計要點(diǎn)進(jìn)行分析，結合設計經(jīng)驗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(lèi)接線(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種行之有效的設計方法，為儀表接線(xiàn)箱的設計提供重要參考依據。
１ 各類(lèi)儀表接線(xiàn)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(guò)程相比，具有工藝設備多、大型設備多、儀表閥門(mén)多等特點(diǎn)，尤其是儀表的數量比其他流程工業(yè)過(guò)程多很多。因此，儀表的接線(xiàn)方法設計對制漿造紙工程來(lái)說(shuō)尤為重要。常用的儀表接線(xiàn)法主要有儀表直接接線(xiàn)法、分類(lèi)接線(xiàn)箱接線(xiàn)法、綜合接線(xiàn)箱接線(xiàn)法三種 ［２ ］ 。
表１分析了幾種常用的儀表接線(xiàn)法的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對比分析不難發(fā)現，采用綜合接線(xiàn)法設計儀表接線(xiàn)，是適應制漿造紙行業(yè)發(fā)展的需要，也是提高制漿造紙行業(yè)自動(dòng)化程度的有效方法。
２ 儀表綜合接線(xiàn)箱布置設計
儀表綜合接線(xiàn)箱一般立柱安裝或者靠墻柱安裝，設置在自控閥門(mén)、儀表相對較為集中的中心位置，完成附近儀表的接線(xiàn)以及閥門(mén)的供氣分配，并且把在現場(chǎng)易于損壞的電磁閥安裝在接線(xiàn)箱內。另外，在現場(chǎng)需要２２０ＶＡＣ供電的儀表也在此綜合接線(xiàn)箱內進(jìn)行電源的分配。這樣設計的好處：一是無(wú)須再設置儀表接線(xiàn)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(xiàn)箱內的電源分配模塊進(jìn)行分配。儀表綜合接線(xiàn)箱的設計應該體現以下幾個(gè)方面的內容。
２． １外觀(guān)設計
儀表綜合接線(xiàn)箱的外觀(guān)設計關(guān)系到車(chē)間整體的美觀(guān)度和整潔度，既要滿(mǎn)足功能性要求，又要滿(mǎn)足美觀(guān)度要求。儀表綜合接線(xiàn)箱的設計要點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：
（１ ）儀表綜合接線(xiàn)箱應大小合理、尺寸統一。儀表綜合接線(xiàn)箱作為儀表接線(xiàn)的中轉箱，一般箱體的尺寸不宜過(guò)大，但太小又不能完成其應有的功能。實(shí)踐經(jīng)驗表明，箱體尺寸設計為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(xiàn)箱應一體成型，設計為掛箱，這樣才能外觀(guān)漂亮，安裝方便。接線(xiàn)箱應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，箱體應前側開(kāi)門(mén)，宜配箱鎖。在綜合接線(xiàn)箱的使用中，為方便工程師進(jìn)行后期儀表維護，要能打開(kāi)箱門(mén)，而配箱鎖可以避免車(chē)間無(wú)關(guān)人員誤操作，造成不必要的損失。
（４ ）每個(gè)接線(xiàn)箱應在箱門(mén)上制作永久的編號標識牌。儀表接線(xiàn)箱作為儀表接線(xiàn)的中間設備，是后續儀表檢修的重要載體，中間接線(xiàn)箱應有明確而不脫落的標識牌，便于后續檢修維護。
２． ２箱內布置設計
儀表綜合接線(xiàn)箱集合模擬信號接線(xiàn)、數字信號接線(xiàn)、電磁閥保護、儀表現場(chǎng)電源分配、儀表現場(chǎng)氣源分配為一體。只有做到布局合理，才能既滿(mǎn)足功能需要，又能縮小箱體體積，提高車(chē)間整體美觀(guān)度。箱內布置如圖１所示，主要考慮以下幾個(gè)方面的設計要點(diǎn)：
（１ ）電源分配端子應布置在箱體內的上方，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的中間。信號端子排分模擬信號端子排與數字信號端子排，由于模擬信號和數字信號可能布置在不同的 ＤＣＳ�。� ／ Ｏ 柜，因此應分開(kāi)設計。 ２ 個(gè)端子排的長(cháng)度一般相同，便于分配空間和對稱(chēng)。
（３ ）氣源分配模塊布置在箱體內的下部為宜。氣源分配包含調節閥的氣源分配和開(kāi)關(guān)閥的氣源分配，應分２個(gè)分配端子。開(kāi)關(guān)閥的電磁閥安裝在氣源端子排內，電磁閥的開(kāi)關(guān)控制閥體的汽缸氣源的通斷，從而實(shí)現閥的開(kāi)關(guān)。這樣布置，既保護了電磁閥，又實(shí)現了閥門(mén)的氣源分配。
（４ ）考慮到現場(chǎng)接線(xiàn)方便，所有管線(xiàn)宜采用下進(jìn)線(xiàn)箱體的下部開(kāi)孔進(jìn)出管線(xiàn)，避免灰塵落入，也方便現場(chǎng)接線(xiàn)。
（５ ）接線(xiàn)箱內部布線(xiàn)要放在匯線(xiàn)槽內，做到整齊、有序、美觀(guān)，匯線(xiàn)槽要預留足夠的空間，方便施工接線(xiàn)。
２． ３信號接線(xiàn)端子排設計
信號接線(xiàn)作為儀表綜合接線(xiàn)箱的重要內容，其主要目的是把一個(gè)區域內的儀表信號集中在一個(gè)箱子內，然后再通過(guò)多芯計算機電纜接至儀表機柜室 ＤＣＳ�。� ／ Ｏ 柜，從而達到節省電纜、減少儀表接線(xiàn)工作量、節約橋架的目的。由于模擬信號（ ＡＩ 、 ＡＯ ）和數字信號（ＤＩ 、 ＤＯ ）在 ＤＣＳＩ ／ Ｏ卡件和機柜布置方面處于不同的位置，因此本儀表接線(xiàn)箱信號接線(xiàn)分為 ２ 個(gè)接線(xiàn)端子排，即 Ｘ１和 Ｘ２ 。 Ｘ１為模擬信號接線(xiàn)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(dòng)調節閥等 ＡＯ 信號。 Ｘ２為數字信號接線(xiàn)端子排，一般接入壓力開(kāi)關(guān)、溫度開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)以及限位開(kāi)關(guān)等 ＤＩ 信號和開(kāi)關(guān)閥的輸出 ＤＯ 信號。通過(guò)以上端子排的區分，巧妙地解決了數字板卡和模擬板卡分開(kāi)布置的難題，使得接線(xiàn)既集中又方便。信號接線(xiàn)的端子及電纜設計應注意以下內容：
（１ ）考慮到后續的擴展和維護，模擬、數字接線(xiàn)端子排接入的儀表都不應設計太滿(mǎn)，以免部分端子由于長(cháng)期使用而出現接觸不良的情況，一般設計２０％ 的備用接線(xiàn)端子。另外，如果現場(chǎng)由于實(shí)際情況需要而增加部分儀表，接線(xiàn)箱也能滿(mǎn)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 采 用 分 屏 蔽 加 總 屏 蔽 的 計 算 機 電 纜 （ ＺＲＡ －ＤＪＹＰＶＰＲ ），避免模擬信號之間的相互干擾以及現場(chǎng)電氣設備對儀表模擬信號的干擾。數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 電 纜 （ ＺＲＡ －ＤＪＹＶＰＲ ）。
（３ ）多芯電纜的芯數選擇，原則上和端子板上的端子數對應一致，但有時(shí)候為了節約投資，也可以選擇比現場(chǎng)儀表接入數量多２０％的電纜芯數。
２． ４供氣設計
綜合箱內供氣設計還包括調節閥和開(kāi)關(guān)閥的供氣設計，儀表供氣還需要有過(guò)濾減壓器及各支路單好關(guān)斷的球閥。各氣源分配器至現場(chǎng)閥門(mén)的氣源管可根據閥門(mén)口徑的不同選擇 ８ 、 １０ 、 １２等不同規格的不銹鋼管、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(xiàn)箱之前，還應設置總的關(guān)斷球閥及過(guò)濾減壓器，避免儀表氣源中含有塵埃影響閥門(mén)壽命。
２． ５供電設計
現場(chǎng)儀表按用電規格分為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(mén)定位器、電磁閥。這些儀表可靠性要求高，供電不能中斷，應采用 ＵＰＳ 供電，并且應采用冗余的電源 ［３ ］ 。
由于通用型變送器、閥門(mén)定位器等為 ２４Ｖ （ ＤＣ ）已通過(guò) ＤＣＳ 控制系統 Ｉ ／ Ｏ 卡件供電，而 ＤＣＳ 控制系統一般采用 ＵＰＳ 電源，即 ２４Ｖ （ ＤＣ ）用電儀表已滿(mǎn)足用電要求，此處設計中不再涉及儀表電源分配。
部分功率較大的現場(chǎng)儀表，如電磁流量變送器、濃度變送器等為 ２２０ＶＡＣ 供電的儀表，需要設計現場(chǎng)儀表供電箱為它們供電。在儀表綜合接線(xiàn)箱中設計儀表供電模塊，不僅方便現場(chǎng) ２２０Ｖ ＡＣ 儀表供電，而且減少電纜在橋架上的體積，把供電箱從機柜室搬到現場(chǎng)，不僅方便儀表供電分配，而且節約時(shí)間和投資成本。儀表供電模塊的斷路器選擇規范中已有明確的規定，此處不再贅述。 ２２０ＶＡＣ 的進(jìn)線(xiàn)應來(lái)自?xún)x表機柜室儀表電源柜，儀表電源柜應由 ＵＰＳ電源供電或者雙回路電源進(jìn)線(xiàn)。電源模塊應設計總斷路器和６～８路支路斷路器。儀表綜合接線(xiàn)箱應設計每一臺現場(chǎng)儀表一個(gè)供電回路，防止因現場(chǎng)儀表某些故障而引起跳閘，斷路器的選擇應滿(mǎn)足上下級斷路器配合的整定原則。
３ 應用實(shí)例分析
下面以江蘇某造紙企業(yè)的設計為背景，分析比較儀表綜合接線(xiàn)箱的應用情況。為了便于分析儀表綜合接線(xiàn)箱帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，選取樣本數較小的備漿車(chē)間為一個(gè)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(chē) 間，設 有ＬＢＫＰ 、 ＮＢＫＰ 、 ＢＣＴＭＰ 三條生產(chǎn)漿線(xiàn)。這三條生產(chǎn)線(xiàn)共有氣動(dòng)調節閥５６ 臺，氣動(dòng)開(kāi)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(kāi)關(guān) ２０臺，其他儀表 １８臺。這些儀表均需接入ＤＣＳ控制系統，實(shí)現對現場(chǎng)儀表的自動(dòng)化控制。
接線(xiàn)箱的布置和分配原則，宜設計在各類(lèi)儀表的中心位置，避免氣動(dòng)管路過(guò)長(cháng)而使閥門(mén)所需要的壓縮空氣的壓力不夠。另外，各類(lèi)信號和電源的電纜長(cháng)度也會(huì )縮減。通過(guò)以上方法的應用，設計儀表綜合箱一層１３個(gè)，二層２０個(gè)，在車(chē)間內靠墻柱安裝。若使用分類(lèi)接線(xiàn)箱接線(xiàn)法，需設計電磁閥箱（８支路）
１０個(gè)、調節閥氣源分配箱（ ８支路）９個(gè)、電源分配箱（ ８支路） ８個(gè)。
表２是結合該項目的實(shí)際采購結果、安裝周期以及投產(chǎn)后的應用效果，通過(guò)分析得出幾種接線(xiàn)法的指標對比。由于幾種方法分別采用兩芯或者多芯電纜，無(wú)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(chē)間美觀(guān)度及整潔度，以及儀表檢修維護方面進(jìn)行比較。
通過(guò)表 ２ 的結果分析不難發(fā)現，基于綜合接線(xiàn)箱接線(xiàn)法所需電纜橋架和施工工期比分類(lèi)接線(xiàn)法節約 １０％～１５％ 。除此之外，綜合接線(xiàn)箱還帶來(lái)其他方面的效果，如車(chē)間整潔度和美觀(guān)度大大提升、企業(yè)形象有所提高、后續儀表檢修和維護也較為方便等。
４ 綜合接線(xiàn)箱設計展望
隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化儀表的不斷發(fā)展，控制系統的不斷優(yōu)化，儀表技術(shù)的不斷進(jìn)步，儀表接線(xiàn)箱也需跟隨時(shí)代的發(fā)展步伐，不斷創(chuàng )新，這樣才能與自動(dòng)化水平的提高相適應。將來(lái) 儀 表 接 線(xiàn) 箱 的 設 計 改 進(jìn) 可 從 下 面 幾 個(gè) 方 面考慮。
（１ ）通過(guò)分布式 Ｉ ／ Ｏ 卡件改進(jìn)儀表綜合接線(xiàn)箱。隨著(zhù)控制系統的優(yōu)化，越來(lái)越多的控制系統采用分布式Ｉ ／ Ｏ ，如ＳＩＭＡＴＩＣ�。牛裕玻埃埃樱邢盗�。分布式 Ｉ ／ Ｏ（即ＤＰ從站）負責在現場(chǎng)準備編碼器和執行器數據，使得數據可以通過(guò) ＰＲＯＦＩＢＵＳ�。模邪l(fā)送至控制ＣＰＵ 。分布式Ｉ ／ Ｏ可以解決造紙車(chē)間較長(cháng)、敷設電纜復雜等問(wèn)題。分布式Ｉ ／Ｏ的ＣＰＵ 布置在機柜室，而Ｉ ／ Ｏ設備（輸入和輸出）在車(chē)間現場(chǎng)分布式運行，同時(shí)通過(guò)功能強大的 ＰＲＯＦＩＢＵＳ�。模� 的高速數據傳輸能力，可以確�？刂� ＣＰＵ 和Ｉ ／ Ｏ 設備穩定順暢地進(jìn)行通信。
當采用分布式 Ｉ ／ Ｏ 時(shí)，儀表接線(xiàn)箱的設計也需跟隨其發(fā)展而改進(jìn)。由于分布式Ｉ ／ Ｏ不再區分數字量和模擬量，儀表綜合接線(xiàn)箱的端子模塊也會(huì )被分布式 Ｉ ／ Ｏ 模塊所替代，只需根據現場(chǎng)需求配置分布式 Ｉ ／ Ｏ 模塊在儀表接線(xiàn)箱，然后通過(guò)一根光纜，即可實(shí)現 Ｉ ／ Ｏ 模塊和 ＣＰＵ的數據交換。這樣，接線(xiàn)箱的體積會(huì )縮小，多芯電纜的成本和電纜橋架的成本也會(huì )大大節約。如此設計儀表接線(xiàn)箱，儀表 電 纜 接 線(xiàn) 將 會(huì ) 更 加 簡(jiǎn) 單，安 裝 周 期 也 會(huì ) 隨 之縮減。
（２ ）通過(guò)閥島改進(jìn)儀表綜合接線(xiàn)箱。隨著(zhù)閥門(mén)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的工業(yè)采用閥島實(shí)現閥門(mén)的控制。閥島是多個(gè)電磁閥的組合體，這幾個(gè)電磁閥擁有同一個(gè)進(jìn)氣源，而輸出端是各自好立的。每個(gè)閥通常都是常閉的，一旦得到電控信號，電磁閥將打開(kāi)，送出氣動(dòng)信號，以驅動(dòng)其他氣動(dòng)元件。每個(gè)電磁閥都有各自對應的指示燈，一旦電磁閥得電打開(kāi)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(kāi)現場(chǎng)儀表接線(xiàn)箱。將來(lái)的儀表接線(xiàn)箱，可以考慮設計導軌安裝閥島，通過(guò)給閥島供氣直接實(shí)現氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥的氣源分配。由于閥島的出現，接線(xiàn)箱的氣源分配將會(huì )更加快捷、方便，接線(xiàn)箱需要的空間會(huì )更小，更容易實(shí)現閥門(mén)的氣源分配。
５ 結語(yǔ)
為了解決制漿造紙工程中儀表電纜敷設及施工的難題，結合制漿造紙過(guò)程自控工程實(shí)際，對比分析了常規儀表接線(xiàn)方法和儀表綜合接線(xiàn)箱接線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了儀表接線(xiàn)的#優(yōu)設計方法，并詳細闡述了儀表綜合接線(xiàn)箱外觀(guān)設計、箱內布置設計、信號接線(xiàn)端子設計、供氣設計、供電設計等設計要點(diǎn)；并通過(guò)應用實(shí)例分析，比較了各種接線(xiàn)法的效果，對將來(lái)接線(xiàn)箱的設計進(jìn)行了展望，幫助設計者進(jìn)行儀表綜合接線(xiàn)箱的設計。依據本方法設計的儀表綜合接線(xiàn)箱已在國內外多個(gè)知名造紙企業(yè)中廣泛應用，并取得了良好的效果，優(yōu)化了電纜敷設路徑，減少了制漿造紙過(guò)程中的各種其他接線(xiàn)箱，提高了車(chē)間整潔度和美觀(guān)度，有效提高了設計質(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(xiàn)設計提供一種新思路。
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