1、前言
DCS系統是集散控制系統的簡稱，它集4C技術(即計算機技術、控制技術、圖形顯示技術、通訊技術)于一身，具有功能強大，組態靈活方便，人機界面友好，管理集中，危險分散等優點，具有模擬儀表不可比的優越性。自問世以來，隨著其性能的不斷完善和功能的不斷增強，其應用領域不斷擴大，應用水平也不斷提高。
DCS盤柜內部集成諸如電源、控制器模塊、I/O模塊、交換機、電纜等部件，其裝配、連接的可靠性對于整個系統的運行可靠性極為重要。同時由于DCS在整體包裝發運到用戶使用場地的過程中要經歷長途的陸地運輸，甚至是集裝箱海運，運輸過程的顛簸碰撞對整體安裝結構支撐裝配部件的穩固性是一個嚴峻的考驗。
DCS盤柜集成裝配一般由部件安裝固定(螺釘裝聯)、電纜制作(壓接)、電纜接線、電纜布線綁扎等幾個環節構成，昌暉儀表從上述所列DCS盤柜裝配環節、盤柜結構設計、工藝文件體系及質保體系建設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螺釘裝聯方式聯接在一起，因此，提高螺釘裝聯的可靠性，是確保部件安裝可靠性的首要前提。提高螺釘裝聯可靠性關鍵在于使用質量合格的螺釘進行裝聯，并根據螺釘規格、材質選擇合理的扭矩值，通過工具保證扭矩達到要求，裝配完畢后，選擇部分螺釘進行復檢，以驗證工具的可靠性，以及當天扭矩設置的符合性。
①使用質量合格的螺釘
螺釘的結構缺陷易造成滑牙，從而影響部件安裝可靠性。螺釘的結構缺陷包括螺紋大小徑值不達標，螺距值不達標，螺牙角度不達標，螺牙不飽和不完整等。因此，應加強檢驗，通過適當的控制手段，確保螺釘不出現上述問題。
②選擇合理扭矩
應根據部件及螺釘材質匹配情況，螺釘的材質選擇合理的扭矩值，過大或過小的扭矩值都能導致部件安裝不可靠，過小容易因為振動或其他因素導致螺釘松脫，過大容易引起螺釘或螺孔滑牙。根據國家標準和以往使用經驗，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
如何確保作業時，作用于螺釘上的扭矩是符合要求的。一般來說，普通螺絲刀或者電動螺絲刀只能靠作業人員的經驗、能力或者說手感，來對部件進行裝配工作，其扭矩完全不可控，所以應采用扭力測試儀以及帶扭力電動螺絲刀進行裝配作業，以達到部件裝配所需要的扭矩，如某些裝配場合不允許采用電動螺絲刀，則盡量采用可調式扭矩螺絲刀。
④通過必要的檢測手段驗證
檢驗螺釘聯接可靠性主要通過對當天裝配首樣產品進行試驗。使用專用工具(如扭力螺絲批)，測其退出力矩，如果力矩在0.5NM以內，則說明已經滑牙。如發生此類情況，應對扭矩設定值進行復檢，確定是否存在問題。
⑤其他
根據使用經驗，在部件螺釘裝聯時，還應確保以下兩點：
a、部件裝配時，應優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，一般情況下至少應有1個到1個半螺紋伸出量。
2.2 提高電纜制作可靠性
DCS盤柜內的各類電纜是柜內各類輸配電、信號傳輸的載體，電纜質量以及電纜和端頭的壓接(或焊接)的質量，對于DCS盤柜可靠性有著重要影響。提高電纜制作的可靠性，關鍵在于使用質量合格的電纜以及接線端子，根據電纜以及所接部件選用合適的端頭，根據電纜及端頭選擇合理的壓接力，通過工具或設備確保壓接力設置符合標準。應對電纜制作進行過程控制，以驗證工具或設備的可靠性。
①選擇合適的供應商，使用質量合格的電纜及接線端頭
劣質電纜，一般會因為導體電阻超標引起電線發熱過大，從而存在起火隱患，絕緣皮開裂，從而引起導電體裸露，威脅人身安全，通常的電纜問題有截面不足、采用劣質銅材、絕緣層采用再生塑料、絕緣層加工工藝不佳(不均勻、過厚或過薄等)，因此應選取合適的供應商(必須具有完善的質保體系)，同時加強檢驗，確保電纜不出現上述問題。
電纜端頭，如管狀端頭、OT端子，應采用知名品牌，大廠一般質量控制嚴格，用料考究，并有完整的產品系列和用戶使用手冊，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
一般來說，接線端子(壓線框形式)應采用管狀端頭；螺釘式端子應采用OT端子，盡量避免UT端子；插片式端子應采用快速端子，合理選擇電纜的制作方式(壓接或焊接)，對于預絕緣端子、絕緣端子(OT，UT)，快接端子0.5mm2以及0.5mm2以上電纜優選壓接方案，0.5mm2以下優選焊接方案；對于D型接頭，優選焊接方案。
③建立完善合理的工藝控制點和工藝標準
電纜制作一般分為剪線、剝線、壓接(焊接)、檢 測4個工藝步驟，各個環節都有各自的工藝控制點及工藝標準。
剪線工序是根據電纜在機柜內的接線位和走線路徑，確定電纜長度，將所需長度，從電纜從原材料電纜中截取下來，其關鍵控制點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。
剝線工序是根據端頭壓接區的技術參數，從電纜頭部剝離一定長度的絕緣皮，使銅芯露出來，與端頭壓接，其關鍵控制點在于確定合適的剝線長度，確保電纜線芯不破損，確保電纜絕緣層不破損。電纜芯線導體剝出后，應避免用手接觸，并及時加工，避免導體氧化，影響可靠性。
表3 剝線長度參考表(以魏德米勒預絕緣端頭為例)
壓線(焊接)工序是電纜制作的核心工序，主要是通過工具或設備將電纜線芯和端頭可靠的連接在一起，壓線(焊接)工序的可靠性對于電纜制作的可靠性起決定性的作用，其關鍵控制點在于控制壓接高度和絕緣高度。
檢測工序是在電纜制作的首樣生產、中間過程、生產完畢三個節點，對電纜與端頭的拉脫力，以及電纜端頭的形態進行檢查，以驗證工具設備的可靠性。應引用IPC/WHMA-A-620A《電纜及線束組件的要求與驗收)》，用以檢查電纜和端子壓接后的外觀質量，同時根據QC/T 417.1-2001《車用電線束插接器》對電纜壓接的拉脫力進行測試，確保電纜的壓接可靠性。
④選擇合適的工具(設備)
電纜制作專業性很強，對于各個工藝環節中的控制要求比較高，因此需要通過在各個環節選擇合適的工具(設備)來確保工藝標準能夠執行到位。
電纜剪、剝操作采用剪、剝一體的多功能剝線鉗(需帶剝線長度控制功能)或者專用的剝線機等設備，提高工人裝配效率，同時確保剪剝環節的關鍵控制點可控。
電纜壓接應采用端子壓接機，根據線徑、端頭形式選用合適的模具，現場制作的電纜應采用帶棘輪結構的壓線鉗，棘輪結構可以很好的控制壓力反彈作用，確保壓接行程，同時降低工人勞動強度。
電纜測試應采用拉力測試儀。拉力測試儀應以windows操作系統使試驗數據曲線動態顯示，以便于數據的記錄、統計及分析，以便于發現問題，統計問題，從而解決問題。
2.3 提高接線可靠性
接線是將電纜端頭通過螺釘或者插接的方式接到部件相應的端子上去，接線是否可靠，對于DCS系統運行可靠性有著非常重要的影響。提高接線可靠性，關鍵在選擇合理的接線輔材，根據相關輔材的技術手冊選擇合適的扭矩參數，使用合適的工具，進行相關作業操作，同時應關注接線的細節點。
①選擇合理的接線端子及接線輔材
應選擇知名品牌的端子，并根據端子、空開及其他部件的選型手冊選擇相應的輔材，確保端子、空開及其他部件和輔材的匹配性，一般來說知名品牌產品都有相應的選型手冊，其內一般會列舉和接線有關的輔材、扭力及其他相關技術參數，這樣對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，里面列舉了魏德米勒端子的各類輔材及性能參數，諸如端子頭、橫聯件等等。
②確保接線扭矩及工具符合端子選型手冊或資料的要求
每類端子都有各自不同的接線扭矩，螺絲刀的截面參數要求，一般會在其選型手冊上體現，如扭矩小于設計值，會導致端子螺釘擰不緊，可能會因為振動或者其他原因，導致松脫，從而引起失電導致系統停車，甚至可能會引起異常溫升導致火災事故。如果扭矩過大或者螺絲刀截面和參數不符，可能會導致端子過緊甚至引起端子螺釘頭部損傷，從而影響后期維護。確定參數后，應采用扭力測試儀配合電動螺絲刀，并選擇合適截面的批頭進行接線作業。
表4 接線扭矩參考表格(菲尼克斯為例)
③工藝細節的處理
電纜接線工序除保證必要的扭矩、工具以及材料外，對于接線細節也應加以關注，主要在于：
a、兩個規格不同的OT端子接入同一個螺釘時，應確保大端子在下。兩根線接入同一個端子時，應盡量避免線徑存在較大區別。
b、某些接線輔材有各自特定的工藝細節要求，如不加以關注，可能會存在可靠性隱憂，因此在進行項目制盤柜接線工藝設計時，應仔細研究選型技術手冊，并和供應商技術人員加強溝通，以加強接線可靠性，例如，菲尼克斯端子在同時接邊插式橋接件(菲尼克斯)和電纜時，需保證線在橫聯橋下方；橋接件折邊朝向螺釘側。
2.4 提高電纜布線、綁線可靠性
一般來說，對于布線、綁線、扎線工序，人們會認為其只和裝配美觀性有關，其實不然，布線、綁線工序和可靠性也有著一定的關聯性，提高布線、綁扎工序可靠性關鍵在于保證電纜彎曲時應有弧度，電纜綁扎位置的控制，布線過程的保護。
①布線的可靠性處理
電纜接入端子前，應進行松弛梳理，留有一定的裕度，不能拉的過緊，導致導線留有應力，導致突發情況拉斷電纜；在電纜中間其彎曲半徑應不小于電纜直徑的2倍；在接插件的出線處的彎曲半徑不應小于其直徑的5倍；門等轉動部件電纜必須留20cm左右的余量，并穿入穿線管，以避免轉動部件轉動時影響接線可靠性，甚至拉斷電纜；避免接觸尖銳物體，防止割傷電纜。電纜穿線孔應安裝護線套或倒圓角、去毛刺(裸手觸摸無鋒利感)，以免割傷電纜；電纜應盡量在塑料線槽內布線，如空間實在局促，必須在鈑金壁上走線，應確保鈑金壁上無毛刺，同時應在電纜外部繞纏繞管，以保護電纜。
不同類型的電纜(電源線、信號線、地線等)在機柜中應分開走線、綁扎。不得混扎在一起。當距離較近時，可采取十字交叉布線。當平行走線時，電力電纜與信號線的間距應不小于30mm。
②綁扎的可靠性處理
電纜綁扎與梳理的力度要適中，電纜表面嚴禁有明顯壓變形，以免影響信號質量。
綁扎電纜應選取適當規格的線扎，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，需在電纜進行彎曲前進行綁扎。但線扎不能綁扎在彎曲的區域內，以免在電纜中產生較大的應力，而使電纜芯線斷裂。
2.5 盤柜結構可靠性設計
DCS盤柜一般由框架、門、頂蓋、底座、內部安裝板或立柱、其他輔助結構件(如綁線結構件，安裝板或立柱支撐件，裝飾結構件等)組成，設計時應考慮以下幾點：
①機柜采用異形無縫鋼管，采用焊接方式形成機柜框架，以提高整體框架的剛性，同時確保框架本身無縫隙。
②內部支撐立柱或安裝板直接與機柜框架固定，使力作用于框架上，減少連接環節，可有效的解決以往采用輔助支撐件固定內部支撐立柱或安裝板，由于輔助支撐件受沖擊失效，導致支撐立柱或安裝板產生位移或脫落等問題。
③機柜應盡量考慮模塊化設計，確保集成工作盡可能的簡潔，發生問題時易于拆換。
④機柜散熱部件應盡量設計于機柜上部，同時應在機柜頂部散熱部件上方設計遮蔽結構，以解決裝置間頂部可能存在的滴水進入機柜內部。
⑤機柜和頂蓋及門的連接處應設計必要的密封結構，以降低現場有害氣體、有害液體進入機柜內部。
⑥機柜底座應設計安裝孔(可以和機柜就位安裝孔復用)，用于和木托盤固定，避免在運輸過程中機柜與木托盤間產生位移。
2.6 建立完善的工藝文件體系及質保流程
①工藝文件中應確保有以下內容：裝配工藝文件中應對部件提出明確的工具要求，應指明名稱、型號；裝配工藝文件中應對具體螺釘提出扭矩設置的要求；裝配工藝文件中應對具體端子提出扭矩設置的要求；通用裝配工藝中應對常用端子的輔材提出明確的選型要求；項目制BOM清單中應對特殊端子的輔材提出明確的選型要求；測試工藝文件中應有明確的扭矩測試、拉力測試指標。
②應在設計、原料檢驗、生產過程、生產完畢各個環節建立完善的質檢體系，層層嵌套，確保各個環節可控。
表5 螺釘緊固可靠性檢測
表6 電纜制作可靠性檢測
表7 接線、布線及綁扎檢測
針對DCS系統盤柜裝配及盤柜設計的各個環節, 進行詳細的論證和分析, 提出若干提高裝配可靠性的方法，并參考各類國際及國家標準, 提出裝配可靠性指標，并應用相關指標生產2個樣柜(其中1個采用可靠性裝配技術)，模擬工作情況(正弦振動(5-8)Hz，位移7.5mm(8-200)Hz，加速度1g 10個周期，2h)和運輸情況(正弦振動(5-8)Hz 位移3.5mm(8-200)Hz加速度2g 10個周期，2h)進行振動試驗，證明應用可靠性裝配技術后，盤柜接線及裝配可靠性得到有效提高。
表8 振動測試結果表
作者：蔣銘
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