MODICON984PLC遠(yuǎn)程站干線電纜選型與施工
萊鋼在一期改擴(kuò)建工程中，在105m2燒結(jié)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，結(jié)合燒結(jié)工藝的特點(diǎn)，選用兩臺MODICON 984-680為控制系統(tǒng)的主機(jī)，兩臺主機(jī)間以D908分布式網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，并在主機(jī)下建立5個(gè)S908遠(yuǎn)程站，圖1為1#105m2燒結(jié)自動化控制系統(tǒng)的配置框圖。
1 通信干線性能及選型
984系列PLC通信網(wǎng)絡(luò)RIO干線有3種產(chǎn)品可選，即RG-6/U、RG-11/U和半剛性（SEMIRIGID）同軸電纜。各種型號電纜的有效傳輸距離也不盡相同，如RG-6/U電纜傳輸距離不能超過1.5km，RG-11/U電纜傳輸距離不能超過2.4km，QR系列半剛性同軸電纜最遠(yuǎn)有效傳輸距離可達(dá)到4.57km。在干線的設(shè)計(jì)選型中，要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信距離、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)最大允許衰減參數(shù)來選擇通信干線，在984系列PLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：
(1) 主干線到任何遠(yuǎn)程站的分支電纜最長不允許超過30m。
(2) 各分支器或分離器應(yīng)盡可能靠近遠(yuǎn)程站的主機(jī)。
(3) 984PLC主機(jī)與任何遠(yuǎn)程站之間的信號衰減最大不允許超過35dB。
(4) 在網(wǎng)絡(luò)干線走向設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量縮短干線長度，以減少信號損失和投資費(fèi)用，使所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)具有高的性能價(jià)格比?？紤]105m2燒結(jié)自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)的D908分布網(wǎng)和S908高速遠(yuǎn)程網(wǎng)的干線均選用美國Commlscope公司生產(chǎn)的QR系列半剛性同軸電纜。其結(jié)構(gòu)和性能具有以下特性。該電纜外導(dǎo)體采用高頻感應(yīng)焊接光鋁管，管壁可做得比氬弧焊及拉拔無縫光鋁管都薄，因而最小彎曲半徑小，約為其外徑的8倍，施工較方便，并采用物理（氣體）發(fā)泡新技術(shù)，組成氣體發(fā)泡的半空氣絕緣結(jié)構(gòu)。氣體發(fā)泡與化學(xué)發(fā)泡比較，除了發(fā)泡度（可達(dá)70%-80%）比化學(xué)發(fā)泡成型的高，因而使介質(zhì)的介電常數(shù)ε大大下降。此外主要傳輸指標(biāo)--衰減常數(shù)及回波損耗也均優(yōu)于化學(xué)發(fā)泡及縱孔絕緣結(jié)構(gòu)的同軸電纜。更可貴的是，氣體發(fā)泡電纜在高頻段的衰減要比化學(xué)發(fā)泡電纜低得多，是當(dāng)今世界射頻電纜生產(chǎn)中最先進(jìn)、最流行的一種絕緣電纜。QR系列電纜內(nèi)導(dǎo)體選用銅包鋁芯線，由于集膚效應(yīng)，高頻電流僅在內(nèi)導(dǎo)體表面上很薄一層流通，所以它與普通銅導(dǎo)線相比，在傳輸特性上有完全相同的導(dǎo)電性。但因鋁的比重比銅小，可節(jié)省約20%的金屬材料，且由于內(nèi)導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)與外導(dǎo)體的鋁管接近，從而可消除電纜內(nèi)外導(dǎo)體因膨脹不匹配所引起的連接故障，提高了電纜的使用可靠性。
2 網(wǎng)絡(luò)分貝損失計(jì)算
在984系列PLC通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通信網(wǎng)絡(luò)干線選型及平面布置確定后，應(yīng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸信號損失計(jì)算。下面以萊鋼105m2燒結(jié)控制系統(tǒng)為例，闡述網(wǎng)絡(luò)傳輸信號損失計(jì)算步驟。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的分離器、分支器和電纜數(shù)據(jù)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)理論衰減值，以驗(yàn)證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的可行性。計(jì)算RIO系統(tǒng)總損耗的原則是將網(wǎng)絡(luò)中所有產(chǎn)生的損耗迭加起來，應(yīng)不超過35dB。通常最大的損耗就是S908到最遠(yuǎn)的一個(gè)I/O站之間的損耗。從圖1的燒結(jié)自動化控制系統(tǒng)配置圖中可以看出，最遠(yuǎn)的一個(gè)I/O站為配料站。系統(tǒng)工作頻率（1.54MHz）的最大分貝損耗之和S可按下式計(jì)算：
S = A + B + C + K1F + K2G
式中：A為從S908到末端站干線損耗；B為引入纜損耗（末端站損耗）；C為分支器損耗，14dB；K1為每個(gè)分離器損耗系數(shù)，3.5dB；F為系統(tǒng)中分離器數(shù)量；K2為每個(gè)分支器的損耗系數(shù)，0.8dB；G為S908與末端站間分支器數(shù)量。
因燒結(jié)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)干線采用Φ=1.27cm的半剛性同軸電纜，其損耗為0.087dB/30.5m，干線總長度為1010m，末端引入纜損耗為0.7dB，故總損耗為
S = 0.087 x 1010/30.5 + 0.7 + 14 + 1 x 3.5 + 2 x 0.8
= 22.7（dB）
從理論計(jì)算結(jié)果看，滿足984PLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的原則。
3 干線的敷設(shè)與檢測
萊鋼105m2燒結(jié)PLC通信網(wǎng)絡(luò)干線均采用電纜溝內(nèi)橋架敷設(shè)方式，選用100mm x 100mm輕型槽形帶蓋板封閉橋架。該種敷設(shè)方式，既減少干線的敷設(shè)工作量，又因采用輕型金屬封閉橋架，起到與電纜溝內(nèi)其它電纜隔離屏蔽作用，提高抗電磁干擾能力，并保護(hù)干線不易受到機(jī)械損傷。因施工規(guī)范中沒有詳細(xì)的規(guī)定，故在干線施工中，根據(jù)MODICON984PLC技術(shù)條件組織施工。在電纜敷設(shè)時(shí)，應(yīng)滿足干線長期工作中熱脹冷縮的要求，一定要保證干線的分支器、分離器的連接處，有足夠的接頭余量。因萊鋼地處魯中山區(qū)，一天內(nèi)的溫差變化較大，故在施工中，各連接處按2%的余量來留取。電纜敷設(shè)的彎曲半徑，應(yīng)嚴(yán)格控制在電纜的允許最小值以上，并不使電纜出現(xiàn)扭折的凹坑，以免引起傳輸通道的反射，降低系統(tǒng)的動態(tài)特性。應(yīng)避免在兩分支器間有電纜接頭，以減少傳輸信號的衰減及因連接不良而發(fā)生故障的概率。
干線敷設(shè)完畢后，應(yīng)進(jìn)行下列項(xiàng)目的測試：高電壓測試、噪聲測試、電纜屏蔽接地短路試驗(yàn)，有條件的還應(yīng)進(jìn)行傳輸衰減測試，以驗(yàn)證理論計(jì)算的實(shí)用性。具體測試方法，參見984系列PLC技術(shù)手冊和共用電視CATV電纜的測試方法。
4 結(jié)束語
由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其運(yùn)行的可靠性及功能的發(fā)揮，都與通信網(wǎng)絡(luò)干線的設(shè)計(jì)和施工密切相關(guān)，只有建立滿足PLC通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件的通信網(wǎng)絡(luò)，才能充分發(fā)揮其完善的控制功能，滿足用戶要求。
隨著光電技術(shù)的應(yīng)用，世界各國都已廣泛采用光纜建立通信網(wǎng)絡(luò)。因光纜具有對電磁波、溫度、濕度、腐蝕阻抗不敏感，傳輸距離長（衰減少）等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，光電結(jié)合的CATV傳輸模式被廣泛采用。它是指一種由光纖纜和電纜混合組成的CATV網(wǎng)絡(luò)，在PLC長距離通信網(wǎng)絡(luò)中，光電結(jié)合模式有其獨(dú)特的性能，在工業(yè)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)的主干線由光纜構(gòu)成，分支線采用CATV纜，構(gòu)成高性能、低成本的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，有其廣闊的發(fā)展前景。
產(chǎn)品配置:
984系列PLC通信網(wǎng)絡(luò)
適用領(lǐng)域及情況:
通信網(wǎng)絡(luò)
圖1 燒結(jié)自動化系統(tǒng)配置框圖
1 通信干線性能及選型
984系列PLC通信網(wǎng)絡(luò)RIO干線有3種產(chǎn)品可選，即RG-6/U、RG-11/U和半剛性（SEMIRIGID）同軸電纜。各種型號電纜的有效傳輸距離也不盡相同，如RG-6/U電纜傳輸距離不能超過1.5km，RG-11/U電纜傳輸距離不能超過2.4km，QR系列半剛性同軸電纜最遠(yuǎn)有效傳輸距離可達(dá)到4.57km。在干線的設(shè)計(jì)選型中，要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信距離、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)最大允許衰減參數(shù)來選擇通信干線，在984系列PLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：
(1) 主干線到任何遠(yuǎn)程站的分支電纜最長不允許超過30m。
(2) 各分支器或分離器應(yīng)盡可能靠近遠(yuǎn)程站的主機(jī)。
(3) 984PLC主機(jī)與任何遠(yuǎn)程站之間的信號衰減最大不允許超過35dB。
(4) 在網(wǎng)絡(luò)干線走向設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量縮短干線長度，以減少信號損失和投資費(fèi)用，使所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)具有高的性能價(jià)格比?？紤]105m2燒結(jié)自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)的D908分布網(wǎng)和S908高速遠(yuǎn)程網(wǎng)的干線均選用美國Commlscope公司生產(chǎn)的QR系列半剛性同軸電纜。其結(jié)構(gòu)和性能具有以下特性。該電纜外導(dǎo)體采用高頻感應(yīng)焊接光鋁管，管壁可做得比氬弧焊及拉拔無縫光鋁管都薄，因而最小彎曲半徑小，約為其外徑的8倍，施工較方便，并采用物理（氣體）發(fā)泡新技術(shù)，組成氣體發(fā)泡的半空氣絕緣結(jié)構(gòu)。氣體發(fā)泡與化學(xué)發(fā)泡比較，除了發(fā)泡度（可達(dá)70%-80%）比化學(xué)發(fā)泡成型的高，因而使介質(zhì)的介電常數(shù)ε大大下降。此外主要傳輸指標(biāo)--衰減常數(shù)及回波損耗也均優(yōu)于化學(xué)發(fā)泡及縱孔絕緣結(jié)構(gòu)的同軸電纜。更可貴的是，氣體發(fā)泡電纜在高頻段的衰減要比化學(xué)發(fā)泡電纜低得多，是當(dāng)今世界射頻電纜生產(chǎn)中最先進(jìn)、最流行的一種絕緣電纜。QR系列電纜內(nèi)導(dǎo)體選用銅包鋁芯線，由于集膚效應(yīng)，高頻電流僅在內(nèi)導(dǎo)體表面上很薄一層流通，所以它與普通銅導(dǎo)線相比，在傳輸特性上有完全相同的導(dǎo)電性。但因鋁的比重比銅小，可節(jié)省約20%的金屬材料，且由于內(nèi)導(dǎo)體的熱膨脹系數(shù)與外導(dǎo)體的鋁管接近，從而可消除電纜內(nèi)外導(dǎo)體因膨脹不匹配所引起的連接故障，提高了電纜的使用可靠性。
2 網(wǎng)絡(luò)分貝損失計(jì)算
在984系列PLC通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通信網(wǎng)絡(luò)干線選型及平面布置確定后，應(yīng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸信號損失計(jì)算。下面以萊鋼105m2燒結(jié)控制系統(tǒng)為例，闡述網(wǎng)絡(luò)傳輸信號損失計(jì)算步驟。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的分離器、分支器和電纜數(shù)據(jù)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)理論衰減值，以驗(yàn)證系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的可行性。計(jì)算RIO系統(tǒng)總損耗的原則是將網(wǎng)絡(luò)中所有產(chǎn)生的損耗迭加起來，應(yīng)不超過35dB。通常最大的損耗就是S908到最遠(yuǎn)的一個(gè)I/O站之間的損耗。從圖1的燒結(jié)自動化控制系統(tǒng)配置圖中可以看出，最遠(yuǎn)的一個(gè)I/O站為配料站。系統(tǒng)工作頻率（1.54MHz）的最大分貝損耗之和S可按下式計(jì)算：
S = A + B + C + K1F + K2G
式中：A為從S908到末端站干線損耗；B為引入纜損耗（末端站損耗）；C為分支器損耗，14dB；K1為每個(gè)分離器損耗系數(shù)，3.5dB；F為系統(tǒng)中分離器數(shù)量；K2為每個(gè)分支器的損耗系數(shù)，0.8dB；G為S908與末端站間分支器數(shù)量。
因燒結(jié)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)干線采用Φ=1.27cm的半剛性同軸電纜，其損耗為0.087dB/30.5m，干線總長度為1010m，末端引入纜損耗為0.7dB，故總損耗為
S = 0.087 x 1010/30.5 + 0.7 + 14 + 1 x 3.5 + 2 x 0.8
= 22.7（dB）
從理論計(jì)算結(jié)果看，滿足984PLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的原則。
3 干線的敷設(shè)與檢測
萊鋼105m2燒結(jié)PLC通信網(wǎng)絡(luò)干線均采用電纜溝內(nèi)橋架敷設(shè)方式，選用100mm x 100mm輕型槽形帶蓋板封閉橋架。該種敷設(shè)方式，既減少干線的敷設(shè)工作量，又因采用輕型金屬封閉橋架，起到與電纜溝內(nèi)其它電纜隔離屏蔽作用，提高抗電磁干擾能力，并保護(hù)干線不易受到機(jī)械損傷。因施工規(guī)范中沒有詳細(xì)的規(guī)定，故在干線施工中，根據(jù)MODICON984PLC技術(shù)條件組織施工。在電纜敷設(shè)時(shí)，應(yīng)滿足干線長期工作中熱脹冷縮的要求，一定要保證干線的分支器、分離器的連接處，有足夠的接頭余量。因萊鋼地處魯中山區(qū)，一天內(nèi)的溫差變化較大，故在施工中，各連接處按2%的余量來留取。電纜敷設(shè)的彎曲半徑，應(yīng)嚴(yán)格控制在電纜的允許最小值以上，并不使電纜出現(xiàn)扭折的凹坑，以免引起傳輸通道的反射，降低系統(tǒng)的動態(tài)特性。應(yīng)避免在兩分支器間有電纜接頭，以減少傳輸信號的衰減及因連接不良而發(fā)生故障的概率。
干線敷設(shè)完畢后，應(yīng)進(jìn)行下列項(xiàng)目的測試：高電壓測試、噪聲測試、電纜屏蔽接地短路試驗(yàn)，有條件的還應(yīng)進(jìn)行傳輸衰減測試，以驗(yàn)證理論計(jì)算的實(shí)用性。具體測試方法，參見984系列PLC技術(shù)手冊和共用電視CATV電纜的測試方法。
4 結(jié)束語
由PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其運(yùn)行的可靠性及功能的發(fā)揮，都與通信網(wǎng)絡(luò)干線的設(shè)計(jì)和施工密切相關(guān)，只有建立滿足PLC通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件的通信網(wǎng)絡(luò)，才能充分發(fā)揮其完善的控制功能，滿足用戶要求。
隨著光電技術(shù)的應(yīng)用，世界各國都已廣泛采用光纜建立通信網(wǎng)絡(luò)。因光纜具有對電磁波、溫度、濕度、腐蝕阻抗不敏感，傳輸距離長（衰減少）等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，光電結(jié)合的CATV傳輸模式被廣泛采用。它是指一種由光纖纜和電纜混合組成的CATV網(wǎng)絡(luò)，在PLC長距離通信網(wǎng)絡(luò)中，光電結(jié)合模式有其獨(dú)特的性能，在工業(yè)控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)的主干線由光纜構(gòu)成，分支線采用CATV纜，構(gòu)成高性能、低成本的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，有其廣闊的發(fā)展前景。
產(chǎn)品配置:
984系列PLC通信網(wǎng)絡(luò)
適用領(lǐng)域及情況:
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