在第2部分(2005年春季第4期)中,我们涵盖了如何在自动化中指定接口和控制电气设备所需的各种设备
控制系统。

在第3部分中,我们将介绍设计我们自动控制系统所需的步骤。设计主题将包括规划,通过定义我们的操作顺序,使用高电压显示的设备的原理图到低压订单,输入到输出设计布局,面板布局,接线图,材料清单,软件工具记录我们的设计,使用硬连线继电器与PLC之间的选择之间的选择等。

如前所述的文章所述,通常需要特殊的专业知识来设计,电线,安装和操作工业自动化控制系统。没有这种专业知识或指导的人不应尝试控制系统,但应考虑寻求合格的系统集成商的服务。控制系统可能会失败,可能导致可能导致人员或设备损坏造成严重伤害的情况。本系列文章中提供的信息“按原样”提供
a guarantee.

设计自动化控制系统

我们控制系统的设计将以文档任务的形式。挑战将是将我们的设计细节置于纸上,使其很容易理解。重要的是,任何人都可以在将来看看我们的文件,并能够解释信息。在此步骤中对我们有用将是在“识别”和“指定”自动化控制系统的阶段期间开发的任何注释和列表。

操作顺序

在大多数情况下,设计我们的控制系统的第一步将是通过“操作序列”描述来定义要进行的过程或动作。序列应在我们的过程中显示或列出每个操作步骤。

Our particular application may be better suited to using a flowchart that shows the sequence of operation by means of decision-making steps and actions that need to take place. Figure 1 shows a partial example of a flowchart.

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流程图可以用图形纸和铅笔开发,或诸如MicrosoftVisio®之类的应用软件程序开发。万博官网手机登陆Microsoft的Word软件程序具有包含流程图符号的内置绘图工具。

在某些情况下,应用程序可以更适合使用时万博官网手机登陆序图,其中每个条件和事件彼此的时间关系绘制,如图2所示。

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一旦我们开发了一系列操作和输入和输出设备的列表,我们就可以确定我们的自动控制系统是否最适合硬连线继电器逻辑或者可以从PLC1中受益。当使用时,PLC可以是成本效益的代替仅半个工业继电器和耦合电子定时器。它增加了未来“逻辑”变化的灵活性,而不会制造接线变化。

Schematic

我们设计的下一步是开发一个原理图。大多数电气设计师和工程师将示意图定义为绘图,示出了自动控制系统的逻辑布线。控制示意图通常以梯子的形式绘制,示出了各种布线条件。梯子的这种类比是PLC梯子逻辑的基础。它使向PLC梯形逻辑过渡更容易工程师和电工,因为它们习惯于以梯子时尚所示的故障拍摄硬件的中继控制系统。

正常实践,如图3所示,在右侧的图纸的左侧显示输入类型的设备和输出设备。例如,保护装置(保险丝),触点和过载中继元件的符号显示在左侧,而电机的符号显示在右侧。

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示意图应以输入功率开头,包括保护装置,例如断路器和/或保险丝。我们的设计应显示交流电源的分配,包括所有电路和所需设备,以符合国家电气码(NEC®)2以及我们地区可能适用的任何当地代码。

在该示意图的第一部分中,显示任何高压装置,如3相电动机,480或240 Vac辅助设备等。接下来,我们将显示一个控制电力变压器,用于将更高的输入电压降至我们的系统控制电压(115 VAC)。我们的控制电压可以是115 VAC以外的东西;例如,我们可以具有24 VDC的控制电压,这对于许多电气控制装置很常见。控制变压器需要基于我们在自动控制系统中的变压器供电的设备的已知或计算的“负载”来尺寸(VA额定值)。

此时在我们的原理图中,我们需要查看设备接线隔离策略。PLCs provide ideal isolation because its circuitry is divided into three main regions separated by isolation boundaries as shown in Figure 4. The PLC’s main power supply includes a transformer that provides isolation, and the input and output circuits that use opto-couplers to provide additional isolation. When wiring a PLC, it is extremely important to avoid making external connections that connect logic side circuits to any other.

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电气隔离提供安全性,因此一个区域的故障不会损坏另一个区域。使用图5作为参考,我们看到一个变压器,它在其主要(高压)和次级(控制电压)侧之间提供磁隔离。电力线滤波器提供控制电源和电子设备之间的隔离。

图5还示出了用于设备接地和向各种设备分配控制电力的一些一般建议,以及单独熔化这些设备。

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Proper grounding is one of the most important things in good automated control system design. The more details we can show on the schematic to reflect all points that need to be grounded, the better chance we have of a properly grounded control system that provides both safety and functionality.

为什么基础重要?PLC和Field I / O等电子仪器通常由各种类型的电子设备和电线包围。这些电子设备可以包括来自其他仪器的电源,输入/输出信号,以及甚至靠近仪表盒的设备。所有这些都可能呈现电磁干扰(EMI)或瞬态干扰的风险。这种类型的干扰可能导致设备的故障或不稳定操作。

我们应该考虑使用第二个变压器来源到直流电源的交流电源。输入电路应用于隔离输出电路并防止来自输出瞬态(尖峰)的电压感应到输入电路中。在某些情况下,我们可能需要使用恒定电压互感器来稳定供应PLC的输入交流电源,以最小化由于电源浪涌,电压划分和欠压而最小化的停机。当使用恒定电压互感器供电PLC时,连接到PLC输入的传感器应使用相同的电源。否则,AC源电压可能降低足以导致不准确的输入数据。此外,使用隔离变压器,例如115 Vac伯氏PROM二级,可以提供来自其他设备的EMI的额外抑制。隔离变压器应在产生过多的电噪声的设备附近使用。

如果需要直流电源控制系统,我们need to calculate the worst case amperage draw (load) of all the devices that will be powered from the DC supply. We also need to look at the amount of “ripple” the devices being powered can tolerate and select a DC power supply that can meet the most stringent requirement. Ripple is the amplitude of the AC component that rides on the DC voltage signal. A typical rating for most applications involving DC powered sensors would be 100 mV peak-to-peak. It is also a good idea to double the calculated amperage capacity of the DC power supply. This is especially important if our control system needs to meet Underwriters’ Laboratories, Inc.® (UL)3 508A.

我们的原理图的下一部分将显示从我们的控制电压(115 VAC)供电的硬件有线设备。如果我们的控制“逻辑”基于硬连线继电器,这就是我们将显示硬连线连接的地方,以及正常的115 VAC供电设备,例如DC电源,115 VAC电源,向PLC电源,辅助设备等图6是我们示意性的硬连接部分的局部示例。

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这是一个好点,提到浪涌抑制。浪涌抑制装置是实现可靠配电系统的重要组成部分。这些器件保护电子元件免受突然的电涌可能导致相当大的损坏。电感负载装置(带线圈的器件)在通过继电器触点断电时产生瞬态电压。当继电器触点关闭时,它会“反弹”,它激励和断开线圈,直到“弹跳”停止。产生的瞬态电压在幅度大于电源电压,特别是具有直流电源。

If using a PLC, the final section of our schematic will show the input and output modules. Figure 7 is an example of the wiring for an input module.

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We would make use of reference line numbering and, in most cases, we would show all of the input modules first, then the output modules. If we have analog I/O, we would want to show the analog inputs, then the analog outputs, and finally our discrete inputs and outputs. Generally we would use one sheet of our schematic to show each module.

面板布局

一旦我们完成了我们的原理图,下一步就是面板布局绘图。在大多数情况下,实际面板被称为子网站。我们可以将所有组件安装到结构(子网站),电线所有组件,并在安装控制系统机箱中的子板之前执行此操作。面板布局绘图应按比例缩放,并在布置组件时将要遵循的面板构建器的尺寸。应特别注意组件位置和间距。我们需要遵循制造商推荐的安装距离和间隙。图8是面板布局图的局部示例。

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较高的电压器件(在240/480 Vac中运行的那些)应安装在面板的顶部,保持在高压装置和任何电子设备之间尽可能多的距离,例如PLC,直流电源,电子定时器等。保持高压装置朝向顶部允许我们覆盖具有非导电安全罩的所有高压装置,以便人员安全。它使得较低电压器件组合在一起,允许访问将有助于排除控制系统的接线端子。在一些情况下,我们控制面板的高压部分和任何敏感电子设备之间的金属隔板可以用作由高压装置产生的任何EMI的屏蔽。

在我们的面板布局设计中,我们需要在各种组件之间包括导线管道。导管简化了部件之间的线路,将电线保持在适当位置,使电线更容易地工作,并为面板提供良好组织的外观。我们还应该在我们的设计中使用终端块。终端块可以大小,组织甚至颜色编码,以处理输入和离开我们的控制面板的不同类型的信号。我们可以选择使用Black为高电压,输入输入,输出为紫色等。我们应该尝试定位接线端子,以便从组件到终端块提供最佳导线路由。接线端子还使电工方便在安装控制机柜时终止其现场接线。

我们的设计应包括选择将容纳我们控制系统的机箱。我们需要考虑机箱所在的环境。在户外?在室内?需要洗净吗?参见本系列文章第2部分的围栏部分,用于参考NFPA国家电气代码(NEC)2, the National Electrical Manufacturer’s Association (NEMA)4.,OSHA.5., and a list of items to consider when selecting an enclosure.

材料清单

The Bill Of Materials (BOM) should list each component in our automated control system, the quantity of each component, any designations or “marks” that allow us to easily identify the component on our schematic, a description of the component, and its part number. We also have comments or remarks about the component that will help the panel builder know what needs to be done when the control panel is being built. Figure 9 is a short example of a bill of materials.

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BOM可以是在其中一个纸张上绘制的表格的形式以及示意图和面板布局。它也可以作为电子表格完成,这将允许简单的索引和未来的参考。

接线图

接线图,有时称为互连图,主要用于由电工安装用于布线和终止控制系统中各种设备和外壳之间的布线。图10是接线图的一个很好的例子。

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It should include all control enclosures or cabinets, any external devices that are wired into control enclosures, junction boxes, conduits, wireways, etc. The wiring diagram usually includes conduit sizes, distances, number of conductors between devices, wire sizes, colors, wire numbers, terminal blocks, etc. The wiring diagram is also useful for system startup and later for locating wire routing and devices during troubleshooting.

设计Tools

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Although all of the tasks related to documenting the design can be performed with nothing more than a pencil, paper and a ruler, it is normally more efficient to use a software drafting utility, such as AutoDesk’s AutoCAD® or AutoCAD LT® software. The biggest advantage in using a software drafting program to create schematics, panel layouts, bill of materials and wiring diagrams is the ability to re-use the work for future electrical control system designs. The drafting software can also be used to create our sequence of operation, flowchart or timing diagram. Add-ins for the various drafting software packages are geared toward electrical control system design. These add-ins contain pre-constructed elements of different manufacturers’ electrical devices. This may include schematics of PLC I/O modules, power supplies, communication devices, etc. These pre-constructed elements also include scaled outlines of relays, motor starters, terminal blocks, etc. that can be dropped into your panel layout design. One such add-in package that works with AutoCAD and AutoCAD LT for electrical control design and includes some pre-constructed elements for various PLC manufacturers is ECT’s “promis•e draw” software. More information on the promis•e draw can be found at:
https://www.automationdirect.com/static/specs/pcrawds.pdf.。该软件能够充当用于在我们的控制系统设计中使用的组件的数据库,并可以帮助协调我们的原理图,面板布局和材料清单之间的组件。

对自动化控制系统的讨论将在我们的下一个问题中继续,第4部分,构建,安装和维护。

By Tom Elavsky,
自动化程度
脚注:

1对于“选择PLC的注意事项”是指:
https://support.automationDirect.com/docs/worksheet_guidelines.html.

2The National Fire Protection Association® (NFPA®) produces the National Electrical Code® (NEC®), publication NFPA 70. Further information can be found athttp://www.nfpa.org/Another good reference from the NFPA is Electrical Standard Industrial Machinery, publication NFPA 79.

3 Information for the National Electrical Manufacturer’s Association (NEMA) can be found at http://www.nema.org. NEMA is also being harmonized with the International Electrotechnical Commission (IEC) (www.iec.ch/)and other European standards. Additional information can be found at the Global Engineering Documents’ Web site (www.global.ihs.com.)。全球工程文件也是获得NEMA,IEC和CE文件的来源。

4 ohsa的网站上有4个附加信息:(http://www.osha.gov/sltc/controlhazardo.

最初发布:2005年9月1日