PLC系统专项方案设计.doc

PLC控制系统设计标准实用性 实用性是控制系统设计基础标准。工程师在研究被控对象同时，还要了解控制系统使用环境，使得所设计控制系统能够满足用户全部要求。硬件上要尽可能小巧灵活，软件上应简练、方便。可靠性 可靠性是控制系统极其关键标准。对于部分可能会产生危险系统，必需要确保控制系统能够长久稳定、安全、可靠运行，即使控制系统本身出现问题，起码能够确保不会出现人员和财产重大损失。在系统计划早期，应充足考虑系统可能出现问题，提出不一样设计方案，选择一个很可靠且较轻易实施方案；在硬件设计时，应依据设备关键程度，考虑合适备份或冗余；在软件设计时，应采取对应保护方法，在经过反复测试确保无大疏漏以后方可联机调试运行。经济性 这要求工程师在满足实用性和可靠性前提下，应尽可能使系统软、硬件配置经济、实惠，切勿盲目追求新技术、高性能。硬件选型时应以经济、适用为准；软件应该在开发周期和产品功效之间作对应平衡。还要考虑所使用产品是否能够取得完备技术资料和售后服务，以降低开发成本。可扩展性 这要求工程师，在系统总体计划时，应充足考虑到用户以后生产发展和工艺改善需要，在控制器计算能力和I/O端口数量上应该留有合适裕量，同时对外要留有扩展接口，方便系统扩展和监控需要。优异性 这要求工程师在硬件设计时，优先选择技术优异，应用成熟广泛产品组成控制系统，确保系统在一定时间内含有优异性，不致被市场淘汰。此标准和经济性共同考虑，使控制系统含有较高性价比。PLC控制系统设计步骤设计控制系统时应遵照一定设计步骤，掌握设计步骤，能够增加控制系统设计效率和正确性。PLC控制系统通常设计步骤图1-1所表示： 被控对象分析和描述分析被控对象就是要具体分析被控对象工艺步骤，了解其工作特征。此阶段一定要和用户进行深入沟通，确保分析全方面而正确。在控制系统设计时，往往需要达成部分特定指标和要求，即满足实际应用或是用户需求。在分析被控对象时，必需考虑这些指标和要求。在全方面分析以后，就需要根据一定标准，正确地用工程化方法描述被控对象，为控制系统设计打好基础。系统规模 依据被控对象工艺步骤、复杂程度和用户技术要求确定系统规模，能够分为大、中、小三种规模。确保硬件资源有一定裕量而不浪费。小规模控制系统适适用于单机或小规模生产过程，以次序控制为主，信号多为开关量，且I/O点数较少（低于128点），精度和响应时间要求不高。通常选择S7-200就可达成控制要求中等规模控制系统适适用于复杂逻辑和闭环控制生产过程，I/O点数较多（128点到512点之间），需要完成一些特殊功效，如PID控制等。通常选择S7-300等。大规模控制系统适适用于大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制，I/O点数较多（高于512点），被控对象工艺过程较复杂，对于精度和响应时间要求较高。应选择含有智能控制、高速通信、数据库、函数运算等功效高级PLC，如S7-400等。硬件配置 依据系统规模和用户技术对控制系统I/O点数进行估算。分析被控对象工艺过程，统计系统I/O点数和I/O类型。根据设备和生产区域不一样进行划分，明确各个I/O点位置和功效。再加上10%20%备用量列出具体I/O点清单。软件配置 依据控制系统设计要求选择适合软件，包含系统平台软件、编程软件。上位机监控软件选择。首先需考虑监控点数限制；是否有报警显示、趋势分析、报表打印和历史统计功效。控制功效 要正确进行控制系统规模选择，首先要了解各家控制器特征，比如性能参数、应用场所、行业处理方案，和可靠性和通用性等。怎样选择一个控制系统，通常遵照以下几点： 控制系统是否需要冗余、I/O信号模块是否需要冗余、通讯是否需要冗余。 控制点数有多少，包含数字量输入和输出点数、模拟量输入和输出点数。 被控对象工艺是否复杂，是否需要实现特殊功效，比如防喘控制等。 系统正常运行时，控制器负载率是否有足够工作裕量；I/O信号点是否需要一定余量。 针对数字信号，是否需要继电器隔离；考虑输入信号电压和电流等级；输出信号是否需要固态继电器输出。 针对模拟量信号，是否需要安全隔离栅；信号类型，电压型还是电流型；电压和电流测量范围。不一样信号类型，需要选择不一样I/O信号模块。 用于温度测量信号模块，考虑是热电阻还是热电偶。 信号模块是否需要在线带电插拔更换。假如需要，还需考虑附加特殊背板插槽。 当系统和外部出现故障时，比如信号短路或断路，这时信号模块是否需要将输入输出信号自动切换到预先设置安全值。如有要求，需考虑选择故障安全型控制器和信号模块。 当需要和第三方设备通讯时，需考虑通讯距离长短，和对应通讯接口协议等，选择不一样通讯模块。 针对系统中关键连锁信号，是否需要特殊SOE模块，来统计信号改变时间前后次序。熟悉被控对象是设计控制系统基础。只有深入了解被控对象和被控过程，才能够提出合理科学控制方案。1）分析被控对象。具体分析被控对象工艺步骤，了解其工作特征。此阶段一定要和用户进行深入沟通，确保分析得全方面而正确。2）画出工艺步骤图。经过第一步，应对被控对象整个工艺步骤有了深入了解，为了更直观、简练表示，画出工艺步骤图，为后面系统设计做准备。3） 分析并明确控制任务。依据已经做好工艺步骤图，工程师能够把用户提出控制要求转换为专业术语，对其逐一进行分解，并从控制角度将其中要求转化为多个控制回路。对于过程控制系统可用P&ID图来表示其中控制关系。 PLC控制系统总体设计在控制系统设计之前，需要对系统方案进行论证。关键是对整个系统可行性作一个估计性估量。在此阶段一定要全方面地考虑到设计和实施此系统将会碰到多种问题。假如没有做过相关项目标经验，应该在实地仔细考察，并具体地论证设计此系统中每一个步骤可行性。尤其是在硬件实施阶段中，稍有不慎，就会造成很大麻烦，轻则系统不成功，重则会造成严重人员和财产损失。工程实施过程中阻碍，往往全部是因为这一步没有做足工夫而造成。系统总体设计关系到整个系统总体构架，每个细节全部必需经过反复斟酌。首先要能够满足用户提出基础要求；其次是确保系统可靠性，不能够常常出现故障，就算出现故障也不会造成大损失；然后在经济性等方面给予考虑。通常来说，在系统总体设计时，需要考虑下面多个问题：（1）确定系统是用PLC单机控制，还是PLC联网控制；确定系统是采取远程I/O还是当地I/O。关键依据系统大小及用户要求功效来选择。对于通常中小型过程控制系统来说，PLC单机控制已基础能够满足功效要求。但也可借鉴集散控制系统理念，立即危险和控制分散，管理和监控集中。这么能够大大提升系统可靠性。（2）是否需要和其它部分通信。一个完整控制系统，最少会包含三个部分：控制器、被控对象和监控系统。所以对于控制器来说，最少要跟监控系统之间进行通讯。至于是否跟另外控制单元或部门通讯要依据用户要求来决定。通常来说，假如用户没有要求，也全部会留有这么通讯接口。（3）采取何种通信方法。通常来说，在现场控制层级用PROFIBUS DP；而从现场控制层级到监控系统通讯用PROFINET。但有时候也可相互通用，依据具体情况选择适宜通信方法。（4）是否需要冗余备份系统。依据系统所要求安全等级，选择不一样措施。在数据归档时，为了让归档数据不丢失，能够使用OS服务器冗余；在自动化站（Automation Station，AS），为了使系统不会因故障而造成停机或不可预知结果，能够使用控制器冗余备份系统。选择合适冗余备份，能够使系统可靠性得到大幅提升。在进行控制系统选型之前，首先考虑系统网络结构是怎样搭建，网络结构示意图图1-2所表示。确定系统操作站、过程控制站数目和位置，相互之间是怎样连接。是否需要工业以太网交换机。通常情况下，现场控制室和主控制室和电气控制柜分别安放在两个地方，且距离较远，为确保信号稳定可靠，会考虑用光缆来连接各自交换机。同时，为了通讯线路冗余，会考虑选择带荣誉管理功效工业以太网交换机，将现场操作站和过程控制站组成一个光纤环网。这么，即使有一个方向通讯断开，也可经过另一个方向继续通讯。对于过程控制站和现场信号之间连接，传统连接方法是将现场信号直接经过硬件连接到过程控制站上。这么假如距离太远，信号传输会有损耗，尤其是模拟量信号。且当信号点很多时，布线也较复杂，浪费材料。所以，通常需在现场安装分布式I/O从站（假如现场为危险区，需选择本质安全型分布式I/O从站），将现场信号直接连接到I/O从站上，在经过现场总线方法将信号传送到过程控PLC控制系统硬件设计传感器和实施器确实定1、传感器确实定传感器相当于整个系统“眼睛”，它确实定对系统有着至关关键影响。通常来说，选择一个传感器时，应注意下面多个问题：测量范围；测量精度；可靠性；接口类型。2、实施器确实定实施器相当于整个系统“手臂”，其关键性不言而喻。和选择传感器相对应，在选择实施器时，应考虑到下面多个问题：输出范围；输出精度；可靠性；接口类型。PLC控制系统模块选择在硬件设计中，对输入、输出点进行估算是一个关键工作，控制系统总输入、输出点数能够依据实际设备I/O点汇总，然后另加10%至20%备用量估算。1、数字量I/O点数确实定通常来说，一个按钮要占一个输入点；一个光电开关要占一个输入点；而对于选择开关来说，通常有多个位置就要占多个输入点；对多种位置开关通常占一个或两个输入点；一个信号灯占一个输出点。通常可用下式进行估算：2、模拟量I/O点数确实定模拟量I/O点数确实定，通常应依据实际需要来确定，并预留出合适备用点即可。3、存放器容量估算这里所说存放器容量和用户程序所需内存容量不一样，前者指是硬件存放器容量，以后者指是存放器中为用户开放部分。用户程序所需内存容量只能做粗略估算，它和PLC输入/输出点数成正比，另外，还受通信数据量、编程人员水平等原因影响。通常内存容量估算经验公式以下：4、控制模块选择确定了PLC输入/输出点数及存放器容量后，下一步进行是PLC模块选择，关键包含CPU模块，数字量和模拟量输入/输出模块等；（1）对于CPU模块选择，通常要考虑到以下多个问题：1）通信端口类型2）运算速度3）特殊功效（如高速计数等）4）存放器（卡）容量5）对采样周期、响应速度要求（2）在选择扩展模块时，通常应注意以下方面：1）模块电压等级。可依据现场设备和模块间距离来确定。当外部线路较长时，可选择交流220V电源；当外部线路较短，且控制设备相对较集中时，可选择DC24V电源。2）数字量输出模块输出类型。数字量输出有继电器、晶闸管、晶体管三种形式。在通断不频繁场所应该选择继电器输出；在通断频繁场所，应该选择晶闸管或晶体管输出，注意晶闸管只能用于交流负载，晶体管只能用于直流负载。3）模拟量信号类型。模拟量信号传输应尽可能采取电流型信号传输。因为电压量信号极易引入干扰，通常电压信号仅用于控制设备柜内电位器设置，或距离较近、电磁环境好场所。控制柜设计在大多数系统中，全部需要设计控制柜，它能够将工业现场恶劣环境和控制器隔离，使系统可靠运行。通常来说，设计控制柜时应考虑到下面多个问题：（1）尺寸大小。要依据现场安装位置和空间，设计适宜尺寸大小。切忌在设计完工以后才发觉在现场不能安装。而在外观方面没什么太严格要求，只要看得简练明了就好。（2）电路图。在设计控制柜电路图时，首先要考虑到工业现场环境，其次要考虑到系统安全性。（3）电源。在充足计算好系统所需功率后，选择适宜电源。并依据系统需要，选择是否需要电源备份。（4）紧急停止。紧急停止和正常停止运行有很大不一样，紧急停止关键从硬件方法上确保了系统在出问题时可靠和安全。（5）其它。对于接线方法、接地保护、接线排余量等问题，在设计时全部要给予具体考虑。I/O模块原理图设计I/O模块原理图是传感器、实施器和I/O模块连接原理图。在设计时，应多查阅相关I/O模块和传感器和实施器手册资料，对其连接方法应给予充足了解。这么在设计时才不会出现问题。同时还应考虑到裕量问题，即留出一部分I/O端口作备用，方便以后维修或扩展之用。PLC控制系统软件设计控制软件设计控制软件是整个控制系统“思想”。经过工程师们漫长探索，总结出很多有用开发方法。下面就其设计标准和步骤进行探讨。1、设计标准控制软件设计应该遵照以下多个标准：（1）正确性。首先要确保能够完成用户所要求各项功效，确保程序不会出现人为错误。（2）可靠性。在满足正确性同时，也不可忽略。在设计时要设置事故报警、联锁保护等。还要对不一样工作设备和不一样工作状态做互锁设计，以预防用户误操作；在有信号干扰系统中，程序设计还应考虑滤波和校正功效，以消除干扰影响。（3）可调整性。程序设计应采取模块化设计方法。要借鉴软件工程中“高内聚，低耦合”思想。这么，即便是程序出现了问题，或用户想另增加功效时，能够很轻易对其进行调整。（4）可读性强。在系统维护和技术改造时，通常全部要在原始程序基础上改造。所以要求在编写程序时，应努力争取语句简单、条件清楚、可读性强，方便系统改善和移植。2、设计步骤控制软件设计步骤可大致上遵照图1-3。监控软件设计一个很好监控系统能够使操作员愈加轻松、方便和安全。监控软件发展也很快速，不仅功效强大，而且开发周期显著缩短，节省了开发成本。通常来说，监控软件在设计时，应该包含以下多个方面：（1）工艺步骤界面。针对系统总体步骤，给操作员一个直观操作环境，同时对系统各项运行数据也能实时显示。（2）操作控制界面。操作员可能对系统进行开车、停车、手动/自动等一系列操作，经过此界面能够很轻易操作。（3）趋势曲线界面。在过程控制中，很多过程变量改变趋势对系统运行起着关键影响，所以趋势曲线在过程控制中尤为关键。（4）历史数据归档。为了方便用户查找以往系统运行数据，需要将系统运行状态进行归档保留。（5）报警信息提醒。当出现报警时，系统会以很显著方法来告诉操作员，同时对报警信息也进行归档。（6）相关参数设置。有些系统伴随时间运行，会部分参数会发生改变，操作员可依据自己经验对对应参数进行部分调整。转自工控论坛