PLC控制柜解析

1、PLC控制柜一. 設(shè)計描述為保證污水處理廠污水處理過程的安全性、可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性，提高污水處理廠的自動化水平，控制系統(tǒng)采用目前國內(nèi)外污水處理廠廣泛應(yīng)用并取得良好效果的基于可編程序控制器（PLC）的集散型控制系統(tǒng)，并以各種儀表及計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。集散型控制系統(tǒng)的特點是將管理層和控制層分開。管理層主要是對全廠整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)視；控制層主要是通過現(xiàn)場PLC完成各自轄域內(nèi)的自動控制。SCADA系統(tǒng)可理解為通過現(xiàn)場檢測儀表和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成對主要工藝流程的監(jiān)控和對生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集。污水處理流程中的各檢測儀表均為在線式儀表，變送器均帶有數(shù)字顯示裝置并向可編

2、程序控制器（PLC）傳送標準模擬、數(shù)字信號。每個AI/AO要求加信號隔離器，加防雷器，DI/DO要求加繼電器隔離。PLC位于變配電所內(nèi)，控制范圍為粗格柵、進水泵房、細格柵和氧化溝、二沉池、反應(yīng)沉淀池、污泥泵站、提升泵站等。輸入輸出點如下：PLC1：DI=440DO=80AI=140AO=20變電站具有獨立的電站微機管理系統(tǒng)，電站微機管理系統(tǒng)通過PLC1內(nèi)的以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)與管理層的網(wǎng)絡(luò)通信。電站微機管理系統(tǒng)須提供滿足開放的以太網(wǎng)通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)交換功能及硬件設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通信速率不小于1OMbps,通信介質(zhì)采用雙絞線。自控系統(tǒng)負責(zé)電站微機管理系統(tǒng)在中控室相關(guān)圖形界面顯示的設(shè)置。二. PLC分控站設(shè)備

3、硬件1PLC機柜包括：CPU模塊;電源模塊;網(wǎng)絡(luò)通訊模塊;420mA輸入模塊;420mA輸出模塊;開關(guān)量輸入模塊;開關(guān)量輸出模塊;機架、連接器;端子、隔離器、避雷器等及全部配件，提供儀表電源DI=440D0=80AI=140AO=201套PLC觸摸屏（操作終端）15"或以上液晶含驅(qū)動操作程序（具體見技術(shù)要求）1套UPS3000VA/1h在線隔離式1臺通訊模塊1套以太網(wǎng)交換機模塊式，2個光纖口，4個RJ45口1套三. 設(shè)備性能要求（1）可編程序邏輯控制器（PLC）對可編程序邏輯控制器（PLC）有如下要求：采用國內(nèi)外知名公司的最新產(chǎn)品，可編程序控制器（PLC）應(yīng)選用模塊化的分布式控制系統(tǒng)

4、，且支持符合國際標準的開放現(xiàn)場總線協(xié)議。應(yīng)考慮選擇貨源充足中文資料豐富、備品備件方便，技術(shù)服務(wù)方便、國內(nèi)有維修處的生產(chǎn)商的產(chǎn)品。PLC的選型應(yīng)充分考慮其可靠性、先進性、可擴充性，應(yīng)能滿足中高控制性能的要求，能承受工業(yè)環(huán)境的嚴格要求。平均故障間隔時間（MTBF）為15年。PLC的輸入輸出控制點應(yīng)有20%的余量，并予留30%空槽。輸入輸出模塊均需具備隔離性能。全部模塊必須可帶電插拔（RIUP）。a）CPU雙機熱備的冗余配置，即支持電源冗余、CPU冗余、以太網(wǎng)冗余、總線冗余，熱備無擾切換時間W50ms。同時應(yīng)提供冗余的擴展I/O通訊網(wǎng)絡(luò)。任何部件的故障或者異常關(guān)斷都應(yīng)能夠自動切換到備用系統(tǒng)。PLC內(nèi)

5、部采用32位的高性能工業(yè)級微處理器，主頻2533MHz，支持實時的多任務(wù)操作系統(tǒng)；程序存儲器216MB，數(shù)據(jù)存儲器264MB，掉電保持區(qū)21MB；內(nèi)存分布為程序區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)，采用完全的自動內(nèi)存分配機制，開發(fā)人員無需人工分配系統(tǒng)內(nèi)存，縮短開發(fā)時間并保證程序的可維護性；數(shù)字量I/O點數(shù)250000點；模擬量1/023000點；布爾指令執(zhí)行時間W0.013ms/lk；定時器/計數(shù)器：不限點具有RUN運行模式、PROGRAM編程模式、REMOTE遠程模式鑰匙開關(guān),便于用戶使用方便。CPU自帶鋰電池，對用戶程序和數(shù)據(jù)進行保存。PLC必須能夠提供包括梯形圖（LD）、指令表（IT）、功能圖塊（FDB）、結(jié)

6、構(gòu)化文本（ST）、順序功能流程圖（SFC）、連續(xù)功能圖（CFC）在內(nèi)的符合IEC1131-3標準的靈活的編程語言支持，數(shù)據(jù)格式應(yīng)符合IEC1131標準。用戶程序、I/O內(nèi)存或系統(tǒng)參數(shù)能夠以文件形式存放于數(shù)據(jù)存儲卡或CPU內(nèi)存中。I/O擴展通訊網(wǎng)絡(luò)：所有擴展I/O站與處理器之間應(yīng)采用符合IEC61158國際標準的冗余現(xiàn)場總線連接。主站和擴展I/O站的背板應(yīng)采用同系列規(guī)格的底板，所有的I/O模塊須采用和CPU對應(yīng)同一系列的模塊。所有的I/O模塊的配置及編制通過軟件實現(xiàn)，無跳線及DIP開關(guān)；所有輸出模塊支持在系統(tǒng)故障時輸出預(yù)置功能；完整的自診斷功能，可以在運行中自動診斷出系統(tǒng)的任何一個部件的故障，并

7、且在監(jiān)控軟件中及時、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點及相關(guān)信息。在系統(tǒng)或工藝設(shè)備發(fā)生故障后，I/O狀態(tài)應(yīng)返回到工藝要求預(yù)設(shè)置的安全狀態(tài)上。支持目前主流通訊協(xié)議，如TCP/IP、PROFIBUS-DP、MODBUS、自由口協(xié)議。PLC處理器符合工業(yè)環(huán)境中使用標準；在背板電源和用戶端電源不斷開的情況下CPU、I/O模塊、通訊模塊及可拆卸端子排等必須能夠支持帶電插撥。PLC機架應(yīng)為金屬式框架，并具備模塊機械鎖定裝置，模塊的安裝、拆卸無需螺絲刀的任何的特殊工具，PLC系統(tǒng)，包括背板、各種插槽式模塊都應(yīng)符合完全的無風(fēng)扇設(shè)計要求。b）電源模塊電源：220VAC10%。工作電壓：85265VAC；頻

8、率范圍：4763HZ工作溫度：060°C；保存溫度：085C；相對濕度：595%；電源模塊提供浪涌保護和隔離保護功能；c）I/O模塊指標：數(shù)字輸入模塊（DI）：輸入點數(shù)：16點輸入電壓：24VDC支持帶電插撥；各模塊具有光電隔離功能，每個輸入點都具有狀態(tài)指示隔離：系統(tǒng)與現(xiàn)場間500VAC/1min數(shù)字輸出模塊（DO）：輸出點數(shù)：16點輸出類型：24VDC，另配中間繼電器進行隔離，觸點容量220VAC，5A支持帶電插撥；具有回讀功能；各模塊具有光電隔離功能，每個輸出點都具有狀態(tài)指示隔離：系統(tǒng)與現(xiàn)場間500VAC/1min模擬輸入模塊(AI)：輸入點數(shù)：8點輸入范圍：4-20mA分辨率：

9、16位支持帶電插撥；隔離：系統(tǒng)與現(xiàn)場間500VAC/lmin模擬輸出模塊(AO)：輸出點數(shù)：4點輸出范圍：4-20mA分辨率：三12位或以上具有回讀功能；隔離：系統(tǒng)與現(xiàn)場間500VAC/1min；通道間500VAC/1min；輸出建立時間：W2ms精度：W0.3%滿量程支持帶電插撥；(2) 隔離裝置根據(jù)開關(guān)量信號輸入輸出點配置繼電器以隔離PLC與被測控的設(shè)備。根據(jù)模擬量信號輸入、輸出點配置隔離器以隔離PLC與被測控的設(shè)備。連接所有信號電纜的端子排并使信號正常工作。承包商應(yīng)提供完整的信號連接表，它應(yīng)清楚地表明各種信號名稱和端子排上的位置。承包商應(yīng)將信號組合如下：數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、模擬輸入、模擬

10、輸出數(shù)字組和模擬組應(yīng)適當分開，使相互交叉耦合達到可以忽視的程度。(3) 系統(tǒng)防雷單元系統(tǒng)中凡是經(jīng)過電纜由室外進入室內(nèi)的信號線（采用光纜的除外）PLC的電源線，由室內(nèi)饋出到室外儀表的電源線、信號線等均需安裝防雷器、浪涌吸收裝置。防雷器應(yīng)選用質(zhì)量可靠、市場占有率高的國際知名品牌產(chǎn)品。1）信號線防雷器的主要技術(shù)性能指標在防雷器安裝后，對原有線路無影響，且安裝使用方便。可多次反復(fù)使用，雷擊后可恢復(fù)功能。殘壓：W2.5倍工作電壓（測試電壓為6KV/3KA）工作溫度：-40°C+70°C,響應(yīng)時間：W1ns每線對地泄流：±10KA2）電源線防雷器的主要技術(shù)性能指標正常工作電壓

11、符合我國電網(wǎng)要求工作溫度：-40°C+70C可多次反復(fù)使用，雷擊后可恢復(fù)功能。響應(yīng)時間：W25ns每線對地泄流：±64KA，殘壓W1000V。全保護功能：具有L-N、L-G、N-G保護功能，具有工作狀態(tài)顯示功能。（4）分控站不間斷電源（UPS）及子站電源切換裝置UPS是提供現(xiàn)場PLC和現(xiàn)場儀表的電源。UPS是靜態(tài)整流器/逆變器型，并有儲能電池，要求輸出為正弦波，并應(yīng)對指定的設(shè)備提供不間斷電源。它應(yīng)安排成在主電源不符合規(guī)定要求時，避免設(shè)備的破壞或擾動。在正常狀態(tài)，電源應(yīng)通過整流器/充電器向儲能電池供電并向逆變器供電。通常由電源經(jīng)過逆變器向荷載供電。在主電源有故障時，應(yīng)由電池通

12、過逆變器向荷載供電。當電源恢復(fù)正常，荷載供電應(yīng)恢復(fù)到正常，電池應(yīng)自動充電。在任何情況下，向荷載供電應(yīng)保持不斷。對UPS輸入的要求如下：電壓220VAC單相頻率50HZ輸入功率因數(shù)0.97輸入諧波反饋=<5%抗浪涌保護能力符合EN50091-2EN50082-2對UPS輸出的要求如下：電壓220VAC±3%頻率50HZ±0.2%正弦波失真率一一<3%UPS荷載按承包商的設(shè)計容量再加20%電池容量3KVA1小時。在控制子站PLC2-1、PLC2-2機柜內(nèi)設(shè)置電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，由電氣配電系統(tǒng)提供兩路電源，實現(xiàn)欠壓、斷相時的自動轉(zhuǎn)換，保證子站配電系統(tǒng)的可靠性。要求該自動

13、轉(zhuǎn)換開關(guān)具有以下功能：具有電氣和機械雙重聯(lián)鎖裝置，確保電源可靠工作。具有欠壓、斷相、防止二次重合閘等保護功能。開關(guān)轉(zhuǎn)換采用電機驅(qū)動，切換可靠平穩(wěn)，無沖擊、抗干擾。執(zhí)行斷路器要求選用國際知名品牌產(chǎn)品。(5)PLC機柜A、概述(a) 除非用戶同意，所有的機柜都要有統(tǒng)一的外形尺寸，以便于安裝，另外，每個屏要有20%的空間，以便遠期修改和增加元件，機柜的結(jié)構(gòu)和所有內(nèi)部連線要符合IEC標準的具體要求。(b) 所有機柜要有完整的裝配，在制造廠內(nèi)要安裝好儀器并接線。(c) 所有電氣工作，要根據(jù)電氣章節(jié)的應(yīng)用要求。(d) 環(huán)境要求：各機柜均放置在室內(nèi)。B、溫度控制為了保持機柜內(nèi)溫度低于各元件允許的最高溫度，要

14、提供強制的通風(fēng)。(a) 風(fēng)扇為220V，50Hz電源來自機柜內(nèi)電源，風(fēng)扇要有防護手指免受傷害措施。(b) 風(fēng)扇要有可清洗的濾網(wǎng)，噪聲要滿足標準要求。(c) 機柜要提供通氣孔和強制通風(fēng)，以防止內(nèi)部安裝的設(shè)備使得溫度過高，除了靠墻安裝的屏，一般的機柜的通氣孔要放在機柜的背面，頂部和底部,通氣孔被壓制成金屬片結(jié)構(gòu)，對靠墻安裝的設(shè)備，通風(fēng)孔要放在其兩側(cè)，當機柜內(nèi)部產(chǎn)生的熱量不能由風(fēng)扇來調(diào)節(jié)時，要提供致冷系統(tǒng)。C、機柜的結(jié)構(gòu)(a) 用2mm厚的鋼板裝配柜體，每一個門要用單獨一片鋼板制做，當鋼板焊接時，要求焊縫接合片應(yīng)是平實光滑的，屏的開孔要剪切，沖孔或鉆孔，孔的周邊要求平整。(b) 用角鋼做角鋼框架，一

15、般的用2的角鋼構(gòu)成機柜的框架，整個框架強度要允許柜體整體提升而不要擠壓和變形，除非特殊說明，要提供吊環(huán)，為裝配和安裝期間起吊提供方便，當機柜一個接一個安裝時，它們的前面板要有可靠的螺栓連接，柜體要有墊片保證水平。(c) 每個機柜都要提供足夠的尺寸，全部儀表和控制門，門要逆時針打開，門緣在頂部和底部要有轉(zhuǎn)軸，以便于平滑開啟，門的鎖緊程度應(yīng)保證在門關(guān)上時，能將門墊片壓入10%，在門的背部要做加固，用梯形鋼或角鋼，以免儀表等控制設(shè)備對門造成擠壓或偏移，門要用不小于1/4不銹鋼插銷懸吊在連續(xù)的絞鏈上。(d) 在內(nèi)部提供安裝板，用于所有儀器，控制部分和端子板安裝。D、機柜噴漆(a) 最終的外殼要用聚氨脂

16、漆或環(huán)氧樹脂漆噴涂，機柜的內(nèi)部、外部顏色在協(xié)商會上確定。(b) 所有鋼制柜體，都要經(jīng)過內(nèi)部和外部的表面予處理、涂底漆和噴漆。要噴砂并去除小銹皮、銹斑、油脂和油污、充實所有未填滿處，并使噴砂平整。用環(huán)氧樹脂金屬底漆刷柜的內(nèi)部和外部，用2種成分的環(huán)氧樹脂刷二層罩面，在罩面之間砂要平整。在安裝后還要修補柜體漆面。E、銘牌(a) 對機柜前面板安裝的設(shè)備要提供薄片狀的白色或彩色酚醛樹脂標牌,上面刻有黑色字母，標牌要用2個自攻螺絲安裝在機柜上。(b) 機械模壓，背面粘合的標牌要標記出儀表、端子板、繼電器、熔斷器端子點和內(nèi)部斷路器的標志號。F、機柜電氣(a)內(nèi)部線路(i) 電源線和控制線應(yīng)是銅線。(ii)

17、電線要有線槽支持，線槽填充度不能超過60%。(iii) 要提供帶有接地線的220VAC電源插座，每個需要220V電源的設(shè)備，要提供帶有地線的接頭，用于連線，機柜內(nèi)不能有暴露在外的端子相接觸,電源線和AC控制線要在一個封閉的線槽內(nèi)，和低壓的信號回路隔離開來。(iv) 端子板：要滿足下列要求提供充足的端子，滿足目前和20%的余量，要將機柜內(nèi)備件和端子板連好線。提供螺栓壓緊：耐壓要求不小于500V。在端子板底部要有一個標記并且還應(yīng)有一個貫穿整個端子板標記條，上面用不同號碼標記每個端子，號碼應(yīng)打印的。按照所需的尺寸和型號的線選擇端子板，端子板要有標志，用打印的標志號標出可使用的系統(tǒng)。(v) 現(xiàn)場連接的

18、端子板將作為現(xiàn)場機柜的一部分。(vi) 為了安全起見，每個回路應(yīng)有斷路器或熔斷器保護；220VAC的回路應(yīng)裝斷路器，能承受250V，2500A的短路容量，24VDC回路應(yīng)為快速響應(yīng)的玻璃管式熔斷器，對于420mA回路為1A,用于單獨儀表供電為3A。斷路器和熔斷器應(yīng)選用國際知名品牌產(chǎn)品。(B)提供2條接地銅排，一條用于信號和屏蔽接地，一條用于設(shè)備和控制屏接地，信號接地母排安裝在獨立的支座上。(b) 機柜內(nèi)電源分配(i) 每個機柜要提供所需的220VAC,50Hz的電源，每個機柜要保證饋電線路的進出。(ii) 機柜內(nèi)提供一個主回路斷路器和每個單獨回路的斷路器。主回路應(yīng)和各支路的規(guī)格要配合好，以確保

19、支路的故障僅僅能將支路斷路器跳閘，而不影響主回路控制器，機柜內(nèi)的電源回路布置要做到門打開后，能夠清楚地看到全部斷路器的進出線。(iii) 按照控制和儀表所需，提供220V的配電斷路器，配電線路要有回路號標志。(iv) 220V配電線路應(yīng)為帶接地的單相三極回路。(v) 對于有熔斷器保護的回路要求；每一個熔斷器下不能超過20個設(shè)備。當多單元并列運行時，不要接在一個回路上，以防止一個支路故障影響整個系統(tǒng)運行。不能超過允許的載流量。機柜的照明和維護用照明要由一個獨立電源支路提供。(c) 信號線在機柜內(nèi)信號線和控制電纜要分開，如果必要，二者要垂直交叉。信號電纜要用銅絲編織屏蔽層或100%鋁一一聚脂屏蔽層

20、，等級為60°C，信號電纜的額定電壓值為300V。(d) 機柜內(nèi)的信號分配(i) 機柜外的420mA信號將是隔離的。(ii) 儀表回路的接線要在機柜內(nèi)和端子相接，在相同回路的儀表要通過柜內(nèi)足夠的端子轉(zhuǎn)接，不允許儀表間的相互連線。(e) 直流供電器(i)功能將220V、50Hz的輸入轉(zhuǎn)換成相適應(yīng)的DC出電源。(ii) 性能輸出電壓：24±0.5V,DC輸出電流容量：2ADC40°C負載和線性調(diào)節(jié)：±0.1%輸出波形：1.5mV均方根(iii) 特點短路保護：自動短路保護過電壓保護：內(nèi)部安裝過電壓保護器，強制輸出低額定值。浮地輸出：允許正負端接地或浮地。輸出隔離：輸出與輸入，輸出與地隔離為300V。(iv) 連線端子式(v) 包裝全部封裝在一起，安裝在屏的側(cè)壁底部。(vi) 電源220V,AC±10%,50Hz。(f) 繼電器繼電器應(yīng)采用國際一流品牌繼電器分為輸入繼電器和輸出繼電器。繼電器具有良好的耐