1、前言
DCS系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它集4C技術(shù)(即計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、通訊技術(shù))于一身，具有功能強(qiáng)大，組態(tài)靈活方便，人機(jī)界面友好，管理集中，危險(xiǎn)分散等優(yōu)點(diǎn)，具有模擬儀表不可比的優(yōu)越性。自問(wèn)世以來(lái)，隨著其性能的不斷完善和功能的不斷增強(qiáng)，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也不斷提高。
DCS盤柜內(nèi)部集成諸如電源、控制器模塊、I/O模塊、交換機(jī)、電纜等部件，其裝配、連接的可靠性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性極為重要。同時(shí)由于DCS在整體包裝發(fā)運(yùn)到用戶使用場(chǎng)地的過(guò)程中要經(jīng)歷長(zhǎng)途的陸地運(yùn)輸，甚至是集裝箱海運(yùn)，運(yùn)輸過(guò)程的顛簸碰撞對(duì)整體安裝結(jié)構(gòu)支撐裝配部件的穩(wěn)固性是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
DCS盤柜集成裝配一般由部件安裝固定(螺釘裝聯(lián))、電纜制作(壓接)、電纜接線、電纜布線綁扎等幾個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，昌暉儀表從上述所列DCS盤柜裝配環(huán)節(jié)、盤柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝文件體系及質(zhì)保體系建設(shè)等方面討論該如何提高DCS盤柜裝配可靠性。
2、可靠性措施
2.1 提高部件安裝可靠性
DCS盤柜中各類部件一般通過(guò)螺釘裝聯(lián)方式聯(lián)接在一起，因此，提高螺釘裝聯(lián)的可靠性，是確保部件安裝可靠性的首要前提。提高螺釘裝聯(lián)可靠性關(guān)鍵在于使用質(zhì)量合格的螺釘進(jìn)行裝聯(lián)，并根據(jù)螺釘規(guī)格、材質(zhì)選擇合理的扭矩值，通過(guò)工具保證扭矩達(dá)到要求，裝配完畢后，選擇部分螺釘進(jìn)行復(fù)檢，以驗(yàn)證工具的可靠性，以及當(dāng)天扭矩設(shè)置的符合性。
①使用質(zhì)量合格的螺釘
螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)缺陷易造成滑牙，從而影響部件安裝可靠性。螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)缺陷包括螺紋大小徑值不達(dá)標(biāo)，螺距值不達(dá)標(biāo)，螺牙角度不達(dá)標(biāo)，螺牙不飽和不完整等。因此，應(yīng)加強(qiáng)檢驗(yàn)，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂剖侄危_保螺釘不出現(xiàn)上述問(wèn)題。
②選擇合理扭矩
應(yīng)根據(jù)部件及螺釘材質(zhì)匹配情況，螺釘?shù)牟馁|(zhì)選擇合理的扭矩值，過(guò)大或過(guò)小的扭矩值都能導(dǎo)致部件安裝不可靠，過(guò)小容易因?yàn)檎駝?dòng)或其他因素導(dǎo)致螺釘松脫，過(guò)大容易引起螺釘或螺孔滑牙。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和以往使用經(jīng)驗(yàn)，一般參考值如表1、2所示。
表1 非自攻螺釘扭矩表
表2 自攻螺釘扭矩表
③選擇合適的工具
如何確保作業(yè)時(shí)，作用于螺釘上的扭矩是符合要求的。一般來(lái)說(shuō)，普通螺絲刀或者電動(dòng)螺絲刀只能靠作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)、能力或者說(shuō)手感，來(lái)對(duì)部件進(jìn)行裝配工作，其扭矩完全不可控，所以應(yīng)采用扭力測(cè)試儀以及帶扭力電動(dòng)螺絲刀進(jìn)行裝配作業(yè)，以達(dá)到部件裝配所需要的扭矩，如某些裝配場(chǎng)合不允許采用電動(dòng)螺絲刀，則盡量采用可調(diào)式扭矩螺絲刀。
④通過(guò)必要的檢測(cè)手段驗(yàn)證
檢驗(yàn)螺釘聯(lián)接可靠性主要通過(guò)對(duì)當(dāng)天裝配首樣產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)。使用專用工具(如扭力螺絲批)，測(cè)其退出力矩，如果力矩在0.5NM以內(nèi)，則說(shuō)明已經(jīng)滑牙。如發(fā)生此類情況，應(yīng)對(duì)扭矩設(shè)定值進(jìn)行復(fù)檢，確定是否存在問(wèn)題。
⑤其他
根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，在部件螺釘裝聯(lián)時(shí)，還應(yīng)確保以下兩點(diǎn)：
a、部件裝配時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用組合螺釘方式緊固(彈簧墊片+墊片組合)。
b、確保一定的旋合深度和螺紋伸出長(zhǎng)度：自攻螺釘，螺紋旋入深度不小于螺釘直徑的2倍；使用螺紋緊固件時(shí)，一般情況下至少應(yīng)有1個(gè)到1個(gè)半螺紋伸出量。
2.2 提高電纜制作可靠性
DCS盤柜內(nèi)的各類電纜是柜內(nèi)各類輸配電、信號(hào)傳輸?shù)妮d體，電纜質(zhì)量以及電纜和端頭的壓接(或焊接)的質(zhì)量，對(duì)于DCS盤柜可靠性有著重要影響。提高電纜制作的可靠性，關(guān)鍵在于使用質(zhì)量合格的電纜以及接線端子，根據(jù)電纜以及所接部件選用合適的端頭，根據(jù)電纜及端頭選擇合理的壓接力，通過(guò)工具或設(shè)備確保壓接力設(shè)置符合標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)對(duì)電纜制作進(jìn)行過(guò)程控制，以驗(yàn)證工具或設(shè)備的可靠性。
①選擇合適的供應(yīng)商，使用質(zhì)量合格的電纜及接線端頭
劣質(zhì)電纜，一般會(huì)因?yàn)閷?dǎo)體電阻超標(biāo)引起電線發(fā)熱過(guò)大，從而存在起火隱患，絕緣皮開(kāi)裂，從而引起導(dǎo)電體裸露，威脅人身安全，通常的電纜問(wèn)題有截面不足、采用劣質(zhì)銅材、絕緣層采用再生塑料、絕緣層加工工藝不佳(不均勻、過(guò)厚或過(guò)薄等)，因此應(yīng)選取合適的供應(yīng)商(必須具有完善的質(zhì)保體系)，同時(shí)加強(qiáng)檢驗(yàn)，確保電纜不出現(xiàn)上述問(wèn)題。
電纜端頭，如管狀端頭、OT端子，應(yīng)采用知名品牌，大廠一般質(zhì)量控制嚴(yán)格，用料考究，并有完整的產(chǎn)品系列和用戶使用手冊(cè)，供用戶參考、選型。
②選擇合適的端頭及合適的端頭處理形式
一般來(lái)說(shuō)，接線端子(壓線框形式)應(yīng)采用管狀端頭；螺釘式端子應(yīng)采用OT端子，盡量避免UT端子；插片式端子應(yīng)采用快速端子，合理選擇電纜的制作方式(壓接或焊接)，對(duì)于預(yù)絕緣端子、絕緣端子(OT，UT)，快接端子0.5mm2以及0.5mm2以上電纜優(yōu)選壓接方案，0.5mm2以下優(yōu)選焊接方案；對(duì)于D型接頭，優(yōu)選焊接方案。
③建立完善合理的工藝控制點(diǎn)和工藝標(biāo)準(zhǔn)
電纜制作一般分為剪線、剝線、壓接(焊接)、檢 測(cè)4個(gè)工藝步驟，各個(gè)環(huán)節(jié)都有各自的工藝控制點(diǎn)及工藝標(biāo)準(zhǔn)。
剪線工序是根據(jù)電纜在機(jī)柜內(nèi)的接線位和走線路徑，確定電纜長(zhǎng)度，將所需長(zhǎng)度，從電纜從原材料電纜中截取下來(lái)，其關(guān)鍵控制點(diǎn)在于確保電纜線芯不破損，電纜絕緣層不破損，電纜截面為圓形。
剝線工序是根據(jù)端頭壓接區(qū)的技術(shù)參數(shù)，從電纜頭部剝離一定長(zhǎng)度的絕緣皮，使銅芯露出來(lái)，與端頭壓接，其關(guān)鍵控制點(diǎn)在于確定合適的剝線長(zhǎng)度，確保電纜線芯不破損，確保電纜絕緣層不破損。電纜芯線導(dǎo)體剝出后，應(yīng)避免用手接觸，并及時(shí)加工，避免導(dǎo)體氧化，影響可靠性。
表3 剝線長(zhǎng)度參考表(以魏德米勒預(yù)絕緣端頭為例)
壓線(焊接)工序是電纜制作的核心工序，主要是通過(guò)工具或設(shè)備將電纜線芯和端頭可靠的連接在一起，壓線(焊接)工序的可靠性對(duì)于電纜制作的可靠性起決定性的作用，其關(guān)鍵控制點(diǎn)在于控制壓接高度和絕緣高度。
檢測(cè)工序是在電纜制作的首樣生產(chǎn)、中間過(guò)程、生產(chǎn)完畢三個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)電纜與端頭的拉脫力，以及電纜端頭的形態(tài)進(jìn)行檢查，以驗(yàn)證工具設(shè)備的可靠性。應(yīng)引用IPC/WHMA-A-620A《電纜及線束組件的要求與驗(yàn)收)》，用以檢查電纜和端子壓接后的外觀質(zhì)量，同時(shí)根據(jù)QC/T 417.1-2001《車用電線束插接器》對(duì)電纜壓接的拉脫力進(jìn)行測(cè)試，確保電纜的壓接可靠性。
④選擇合適的工具(設(shè)備)
電纜制作專業(yè)性很強(qiáng)，對(duì)于各個(gè)工藝環(huán)節(jié)中的控制要求比較高，因此需要通過(guò)在各個(gè)環(huán)節(jié)選擇合適的工具(設(shè)備)來(lái)確保工藝標(biāo)準(zhǔn)能夠執(zhí)行到位。
電纜剪、剝操作采用剪、剝一體的多功能剝線鉗(需帶剝線長(zhǎng)度控制功能)或者專用的剝線機(jī)等設(shè)備，提高工人裝配效率，同時(shí)確保剪剝環(huán)節(jié)的關(guān)鍵控制點(diǎn)可控。
電纜壓接應(yīng)采用端子壓接機(jī)，根據(jù)線徑、端頭形式選用合適的模具，現(xiàn)場(chǎng)制作的電纜應(yīng)采用帶棘輪結(jié)構(gòu)的壓線鉗，棘輪結(jié)構(gòu)可以很好的控制壓力反彈作用，確保壓接行程，同時(shí)降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。
電纜測(cè)試應(yīng)采用拉力測(cè)試儀。拉力測(cè)試儀應(yīng)以windows操作系統(tǒng)使試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線動(dòng)態(tài)顯示，以便于數(shù)據(jù)的記錄、統(tǒng)計(jì)及分析，以便于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，從而解決問(wèn)題。
2.3 提高接線可靠性
接線是將電纜端頭通過(guò)螺釘或者插接的方式接到部件相應(yīng)的端子上去，接線是否可靠，對(duì)于DCS系統(tǒng)運(yùn)行可靠性有著非常重要的影響。提高接線可靠性，關(guān)鍵在選擇合理的接線輔材，根據(jù)相關(guān)輔材的技術(shù)手冊(cè)選擇合適的扭矩參數(shù)，使用合適的工具，進(jìn)行相關(guān)作業(yè)操作，同時(shí)應(yīng)關(guān)注接線的細(xì)節(jié)點(diǎn)。
①選擇合理的接線端子及接線輔材
應(yīng)選擇知名品牌的端子，并根據(jù)端子、空開(kāi)及其他部件的選型手冊(cè)選擇相應(yīng)的輔材，確保端子、空開(kāi)及其他部件和輔材的匹配性，一般來(lái)說(shuō)知名品牌產(chǎn)品都有相應(yīng)的選型手冊(cè)，其內(nèi)一般會(huì)列舉和接線有關(guān)的輔材、扭力及其他相關(guān)技術(shù)參數(shù)，這樣對(duì)于整體接線的可靠性有著重要的意義，例如，魏德米勒品牌端子的選型手冊(cè)，里面列舉了魏德米勒端子的各類輔材及性能參數(shù)，諸如端子頭、橫聯(lián)件等等。
②確保接線扭矩及工具符合端子選型手冊(cè)或資料的要求
每類端子都有各自不同的接線扭矩，螺絲刀的截面參數(shù)要求，一般會(huì)在其選型手冊(cè)上體現(xiàn)，如扭矩小于設(shè)計(jì)值，會(huì)導(dǎo)致端子螺釘擰不緊，可能會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)或者其他原因，導(dǎo)致松脫，從而引起失電導(dǎo)致系統(tǒng)停車，甚至可能會(huì)引起異常溫升導(dǎo)致火災(zāi)事故。如果扭矩過(guò)大或者螺絲刀截面和參數(shù)不符，可能會(huì)導(dǎo)致端子過(guò)緊甚至引起端子螺釘頭部損傷，從而影響后期維護(hù)。確定參數(shù)后，應(yīng)采用扭力測(cè)試儀配合電動(dòng)螺絲刀，并選擇合適截面的批頭進(jìn)行接線作業(yè)。
表4 接線扭矩參考表格(菲尼克斯為例)
③工藝細(xì)節(jié)的處理
電纜接線工序除保證必要的扭矩、工具以及材料外，對(duì)于接線細(xì)節(jié)也應(yīng)加以關(guān)注，主要在于：
a、兩個(gè)規(guī)格不同的OT端子接入同一個(gè)螺釘時(shí)，應(yīng)確保大端子在下。兩根線接入同一個(gè)端子時(shí)，應(yīng)盡量避免線徑存在較大區(qū)別。
b、某些接線輔材有各自特定的工藝細(xì)節(jié)要求，如不加以關(guān)注，可能會(huì)存在可靠性隱憂，因此在進(jìn)行項(xiàng)目制盤柜接線工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)研究選型技術(shù)手冊(cè)，并和供應(yīng)商技術(shù)人員加強(qiáng)溝通，以加強(qiáng)接線可靠性，例如，菲尼克斯端子在同時(shí)接邊插式橋接件(菲尼克斯)和電纜時(shí)，需保證線在橫聯(lián)橋下方；橋接件折邊朝向螺釘側(cè)。
2.4 提高電纜布線、綁線可靠性
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于布線、綁線、扎線工序，人們會(huì)認(rèn)為其只和裝配美觀性有關(guān)，其實(shí)不然，布線、綁線工序和可靠性也有著一定的關(guān)聯(lián)性，提高布線、綁扎工序可靠性關(guān)鍵在于保證電纜彎曲時(shí)應(yīng)有弧度，電纜綁扎位置的控制，布線過(guò)程的保護(hù)。
①布線的可靠性處理
電纜接入端子前，應(yīng)進(jìn)行松弛梳理，留有一定的裕度，不能拉的過(guò)緊，導(dǎo)致導(dǎo)線留有應(yīng)力，導(dǎo)致突發(fā)情況拉斷電纜；在電纜中間其彎曲半徑應(yīng)不小于電纜直徑的2倍；在接插件的出線處的彎曲半徑不應(yīng)小于其直徑的5倍；門等轉(zhuǎn)動(dòng)部件電纜必須留20cm左右的余量，并穿入穿線管，以避免轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)影響接線可靠性，甚至拉斷電纜；避免接觸尖銳物體，防止割傷電纜。電纜穿線孔應(yīng)安裝護(hù)線套或倒圓角、去毛刺(裸手觸摸無(wú)鋒利感)，以免割傷電纜；電纜應(yīng)盡量在塑料線槽內(nèi)布線，如空間實(shí)在局促，必須在鈑金壁上走線，應(yīng)確保鈑金壁上無(wú)毛刺，同時(shí)應(yīng)在電纜外部繞纏繞管，以保護(hù)電纜。
不同類型的電纜(電源線、信號(hào)線、地線等)在機(jī)柜中應(yīng)分開(kāi)走線、綁扎。不得混扎在一起。當(dāng)距離較近時(shí)，可采取十字交叉布線。當(dāng)平行走線時(shí)，電力電纜與信號(hào)線的間距應(yīng)不小于30mm。
②綁扎的可靠性處理
電纜綁扎與梳理的力度要適中，電纜表面嚴(yán)禁有明顯壓變形，以免影響信號(hào)質(zhì)量。
綁扎電纜應(yīng)選取適當(dāng)規(guī)格的線扎，不得使用兩根或兩根以上的線扎連接后用于扎線，用線扣將電纜綁扎好后，應(yīng)將多余的部分剪去，切口要平滑整齊，不得留有尖腳。
在電纜需要彎曲時(shí)，需在電纜進(jìn)行彎曲前進(jìn)行綁扎。但線扎不能綁扎在彎曲的區(qū)域內(nèi)，以免在電纜中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，而使電纜芯線斷裂。
2.5 盤柜結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)
DCS盤柜一般由框架、門、頂蓋、底座、內(nèi)部安裝板或立柱、其他輔助結(jié)構(gòu)件(如綁線結(jié)構(gòu)件，安裝板或立柱支撐件，裝飾結(jié)構(gòu)件等)組成，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
①機(jī)柜采用異形無(wú)縫鋼管，采用焊接方式形成機(jī)柜框架，以提高整體框架的剛性，同時(shí)確?？蚣鼙旧頍o(wú)縫隙。
②內(nèi)部支撐立柱或安裝板直接與機(jī)柜框架固定，使力作用于框架上，減少連接環(huán)節(jié)，可有效的解決以往采用輔助支撐件固定內(nèi)部支撐立柱或安裝板，由于輔助支撐件受沖擊失效，導(dǎo)致支撐立柱或安裝板產(chǎn)生位移或脫落等問(wèn)題。
③機(jī)柜應(yīng)盡量考慮模塊化設(shè)計(jì)，確保集成工作盡可能的簡(jiǎn)潔，發(fā)生問(wèn)題時(shí)易于拆換。
④機(jī)柜散熱部件應(yīng)盡量設(shè)計(jì)于機(jī)柜上部，同時(shí)應(yīng)在機(jī)柜頂部散熱部件上方設(shè)計(jì)遮蔽結(jié)構(gòu)，以解決裝置間頂部可能存在的滴水進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部。
⑤機(jī)柜和頂蓋及門的連接處應(yīng)設(shè)計(jì)必要的密封結(jié)構(gòu)，以降低現(xiàn)場(chǎng)有害氣體、有害液體進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部。
⑥機(jī)柜底座應(yīng)設(shè)計(jì)安裝孔(可以和機(jī)柜就位安裝孔復(fù)用)，用于和木托盤固定，避免在運(yùn)輸過(guò)程中機(jī)柜與木托盤間產(chǎn)生位移。
2.6 建立完善的工藝文件體系及質(zhì)保流程
①工藝文件中應(yīng)確保有以下內(nèi)容：裝配工藝文件中應(yīng)對(duì)部件提出明確的工具要求，應(yīng)指明名稱、型號(hào)；裝配工藝文件中應(yīng)對(duì)具體螺釘提出扭矩設(shè)置的要求；裝配工藝文件中應(yīng)對(duì)具體端子提出扭矩設(shè)置的要求；通用裝配工藝中應(yīng)對(duì)常用端子的輔材提出明確的選型要求；項(xiàng)目制BOM清單中應(yīng)對(duì)特殊端子的輔材提出明確的選型要求；測(cè)試工藝文件中應(yīng)有明確的扭矩測(cè)試、拉力測(cè)試指標(biāo)。
②應(yīng)在設(shè)計(jì)、原料檢驗(yàn)、生產(chǎn)過(guò)程、生產(chǎn)完畢各個(gè)環(huán)節(jié)建立完善的質(zhì)檢體系，層層嵌套，確保各個(gè)環(huán)節(jié)可控。
表5 螺釘緊固可靠性檢測(cè)
表6 電纜制作可靠性檢測(cè)
表7 接線、布線及綁扎檢測(cè)
針對(duì)DCS系統(tǒng)盤柜裝配及盤柜設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié), 進(jìn)行詳細(xì)的論證和分析, 提出若干提高裝配可靠性的方法，并參考各類國(guó)際及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn), 提出裝配可靠性指標(biāo)，并應(yīng)用相關(guān)指標(biāo)生產(chǎn)2個(gè)樣柜(其中1個(gè)采用可靠性裝配技術(shù))，模擬工作情況(正弦振動(dòng)(5-8)Hz，位移7.5mm(8-200)Hz，加速度1g 10個(gè)周期，2h)和運(yùn)輸情況(正弦振動(dòng)(5-8)Hz 位移3.5mm(8-200)Hz加速度2g 10個(gè)周期，2h)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，證明應(yīng)用可靠性裝配技術(shù)后，盤柜接線及裝配可靠性得到有效提高。
表8 振動(dòng)測(cè)試結(jié)果表
作者：蔣銘
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