PLC系統(tǒng)設計方案

經典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網絡整理，如有侵權，請聯(lián)系刪除，謝謝！.PLC控制系統(tǒng)設計原則實用性實用性是控制系統(tǒng)設計的基本原則。工程師在研究被控對象的同時，還要了解控制系統(tǒng)的使用環(huán)境，使得所設計的控制系統(tǒng)能夠滿足用戶所有的要求。硬件上要盡量的小巧靈活，軟件上應簡潔、方便?？煽啃钥煽啃允强刂葡到y(tǒng)極其重要的原則。對于一些可能會產生危險的系統(tǒng)，必須要保證控制系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定、安全、可靠的運行，即使控制系統(tǒng)本身出現(xiàn)問題，起碼能夠保證不會出現(xiàn)人員和財產的重大損失。在系統(tǒng)規(guī)劃初期，應充分考慮系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題，提出不同的設計方案，選擇一種非?？煽壳逸^容易實施的方案；在硬件設計時，應根據設備的重要程度，考慮適當的備份或冗余；在軟件設計時，應采取相應的保護措施，在經過反復測試確保無大的疏漏之后方可聯(lián)機調試運行。經濟性..這要求工程師在滿足實用性和可靠性的前提下，應盡量使系統(tǒng)的軟、硬件配置經濟、實惠，切勿盲目追求新技術、高性能。硬件選型時應以經濟、合用為準；軟件應當在開發(fā)周期與產品功能之間作相應的平衡。還要考慮所使用的產品是否可以獲得完備的技術資料和售后服務，以減少開發(fā)成本。可擴展性這要求工程師，在系統(tǒng)總體規(guī)劃時，應充分考慮到用戶今后生產發(fā)展和工藝改進的需要，在控制器計算能力和I/O端口數量上應當留有適當的裕量，同時對外要留有擴展的接口，以便系統(tǒng)擴展和監(jiān)控的需要。先進性這要求工程師在硬件設計時，優(yōu)先選用技術先進，應用成熟廣泛的產品組成控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在一定時間內具有先進性，不致被市場淘汰。此原則與經濟性共同考慮，使控制系統(tǒng)具有較高的性價比。PLC控制系統(tǒng)設計流程..設計控制系統(tǒng)時應遵循一定的設計流程，掌握設計流程，可以增加控制系統(tǒng)的設計效率和正確性。PLC控制系統(tǒng)的一般設計流程如圖1-1所示：被控對象的分析與描述分析被控對象就是要詳細分析被控對象的工藝流程，了解其工作特性。此階段一定要與用戶進行深入的溝通，確保分析的全面而準確。..在控制系統(tǒng)設計時，往往需要達到一些特定的指標和要求，即滿足實際應用或是客戶需求。在分析被控對象時，必須考慮這些指標和要求。在全面的分析之后，就需要按照一定的原則，準確地用工程化的方法描述被控對象，為控制系統(tǒng)設計打好基礎。系統(tǒng)規(guī)模根據被控對象的工藝流程、復雜程度和客戶的技術要求確定系統(tǒng)的規(guī)模，可以分為大、中、小三種規(guī)模。確保硬件資源有一定裕量而不浪費。小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)適用于單機或小規(guī)模生產過程，以順序控制為主，信號多為開關量，且I/O點數較少（低于128，精度和響應時間要求不高。一般選用S7-200就可達到控制要求點數較多（128點到512點之間），需要完成某些特殊功能，如PID控制等。一般選用S7-300等。..大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)適用于大規(guī)模過程控制、DCS系統(tǒng)和工廠自動化網絡控制，I/O點數較多（高于512點），被控對象的工藝過程較復雜，對于精度和響應時間要求較高。應選用具有智能控制、高速通信、數據庫、函數運算等功能的高檔PLC，如S7-400等。硬件配置根據系統(tǒng)規(guī)模和客戶的技術對控制系統(tǒng)I/OI/O點數和I/O域的不同進行劃分，明確各個I/O點的位置和功能。再加上10%～20%的備用量列出詳細的I/O點清單。軟件配置根據控制系統(tǒng)設計要求選擇適合的軟件，包括系統(tǒng)平臺軟件、編程軟件。上位機監(jiān)控軟件的選擇。首先需考慮監(jiān)控的點數限制；是否有報警顯示、趨勢分析、報表打印以及歷史記錄功能。控制功能要正確的進行控制系統(tǒng)的規(guī)模選擇，首先要了解各家控制器的特性，比如性能參數、應用場合、行業(yè)解決方案，以及可靠性和通用性..等。如何選擇一個控制系統(tǒng)，一般遵循以下幾點：①控制系統(tǒng)是否需要冗余、I/O信號模塊是否需要冗余、通訊是否需要冗余。②控制點數有多少，包括數字量輸入和輸出點數、模擬量輸入和輸出點數。③被控對象工藝是否復雜，是否需要實現(xiàn)特殊功能，比如防喘控制等。④系統(tǒng)正常運行時，控制器的負載率是否有足夠的工作裕量；I/O信號點是否需要一定的余量。⑤針對數字信號，是否需要繼電器隔離；考慮輸入信號的電壓和電流等級；輸出信號是否需要固態(tài)繼電器輸出。⑥針對模擬量信號，是否需要安全隔離柵；信號的類型，電壓型還是電流型；電壓和電流的測量范圍。不一樣的信號類型，需要選擇不一樣的I/O信號模塊。⑦用于溫度測量的信號模塊，考慮是熱電阻還是熱電偶。⑧信號模塊是否需要在線帶電插拔更換。如果需要，還需考慮附加特殊的背板插槽。⑨當系統(tǒng)和外部出現(xiàn)故障時，比如信號短路或斷路，這時信號模塊是否需要將輸入輸出信號自動切換到預先設置的安全值。如有要求，需考慮選用故障安全型的控制器和信號模塊。..⑩當需要和第三方設備通訊時，需考慮通訊距離的長短，以及相應的通訊接口協(xié)議等，選用不同的通訊模塊。11針對系統(tǒng)中的重要連鎖信號，是否需要特殊的SOE模塊，來記錄信號變化的時間先后順序。熟悉被控對象是設計控制系統(tǒng)的基礎。只有深入了解被控對象以及被控過程，才能夠提出合理科學的控制方案。1）分析被控對象。詳細分析被控對象的工藝流程，了解其工作特性。此階段一定要與用戶進行深入的溝通，確保分析得全面而準確。2）畫出工藝流程圖。經過第一步，應對被控對象的整個工藝流程有了深入的了解，為了更直觀、簡潔的表示，畫出工藝流程圖，為后面的系統(tǒng)設計做準備。3）分析并明確控制任務。根據已經做好的工藝流程圖，工程師可以把用戶提出的控制要求轉換為專業(yè)術語，對其逐一進行分解，并從控制的角度將其中的要求轉化為多個控制回路。對于過程控制系統(tǒng)可用P&ID圖來表示其中的控制關系。..PLC控制系統(tǒng)總體設計在控制系統(tǒng)設計之前，需要對系統(tǒng)的方案進行論證。主要是對整個系統(tǒng)的可行性作一個預測性的估計。在此階段一定要全面地考慮到設計和實施此系統(tǒng)將會遇到的各種問題。如果沒有做過相關項目的經驗，應當在實地仔細考察，并詳細地論證設計此系統(tǒng)中的每一個步驟的可行性。特別是在硬件實施階段中，稍有不慎，就會造成很大的麻煩，輕則系統(tǒng)不成功，重則會造成嚴重的人員和財產的損失。工程實施的過程中的阻礙，往往都是由于這一步沒有做足工夫而導致的。系統(tǒng)的總體設計關系到整個系統(tǒng)的總體構架，每個細節(jié)都必須經過反復斟酌。首先要能夠滿足用戶提出的基本要求；其次是確保系統(tǒng)的可靠性，不可以經常出現(xiàn)故障，就算出現(xiàn)故障也不會造成大的損失；然后在經濟性等方面予以考慮。一般來說，在系統(tǒng)總體設計時，需要考慮下面幾個問題：確定系統(tǒng)是用PLC單機控制，還是PLC聯(lián)網控制；確定系統(tǒng)是采用遠程I/O還是本地I/O。主要根據系統(tǒng)的大小及用戶要求的功能來選擇。對于一般的中小型過程控制系統(tǒng)來說，PLC單機控制已基本能夠滿足功能要求。但也可借鑒集散控制系統(tǒng)的理念，即將危險和控制分散，管理與監(jiān)控集中。這樣可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。..（2）是否需要與其它部分通信。一個完整的控制系統(tǒng)，至少會包括三個部分：控制器、被控對象和監(jiān)控系統(tǒng)。所以對于控制器來說，至少要跟監(jiān)控系統(tǒng)之間進行通訊。至于是否跟另外的控制單元或部門通訊要根據用戶的要求來決定。一般來說，如果用戶沒有要求，也都會留有這樣的通訊接口。，在現(xiàn)場控制層級用PROFIBUSDP；而從現(xiàn)場控制層級到監(jiān)控系統(tǒng)的通訊用PROFINET。但有時候也可互相通用，根據具體情況選擇合適的通信方式。（4）是否需要冗余備份系統(tǒng)。根據系統(tǒng)的所要求的安全等級，選擇不同的辦法。在數據歸檔時，為了讓歸檔數據不丟失，可以使用OS服務器冗余；在自動化站（AutomationStation，AS），為了使系統(tǒng)不會因故障而導致停機或不可預知的結果，可以使用控制器冗余備份系統(tǒng)。選擇適當的冗余備份，可以使系統(tǒng)的可靠性得到大幅提高。在進行控制系統(tǒng)選型之前，首先考慮系統(tǒng)的網絡結構是怎樣搭建的，網絡結構示意圖如圖1-2所示。..確定系統(tǒng)的操作站、過程控制站的數目和位置，相互之間是怎樣連接的。是否需要工業(yè)以太網交換機。一般情況下，現(xiàn)場控制室和主控制室與電氣控制柜分別安放在兩個地方，且距離較遠，為保證信號的穩(wěn)定可靠，會考慮用光纜來連接各自的交換機。同時，為了通訊線路的冗余，會考慮選用帶榮譽管理功能的工業(yè)以太網交換機，將現(xiàn)場操作站和過程控制站組成一個光纖環(huán)網。這樣，即使有一個方向的通訊斷開，也可通過另一個方向繼續(xù)通訊。..對于過程控制站和現(xiàn)場信號之間的連接，傳統(tǒng)的連接方式是將現(xiàn)場信號直接通過硬件連接到過程控制站上。這樣如果距離太遠，從站（如果現(xiàn)場為危險區(qū)，需選用本質安全型的分布式I/O從站），將現(xiàn)場信號直接連接到I/O從站上，在通過現(xiàn)場總線的方式將信號傳送到過程控..PLC控制系統(tǒng)硬件設計1、傳感器的確定傳感器相當于整個系統(tǒng)的“眼睛”，它的確定對系統(tǒng)有著至關重要的影響。一般來說，選擇一個傳感器時，應注意下面幾個問題：①測量范圍；②測量精度；③可靠性；④接口類型。2、執(zhí)行器的確定執(zhí)行器相當于整個系統(tǒng)的“手臂”，其重要性不言而喻。與選擇傳感器相對應，在選擇執(zhí)行器時，應考慮到下面幾個問題：①輸出范圍；②輸出精度；③可靠性；④接口類型。PLC控制系統(tǒng)模塊的選擇在硬件設計中，對輸入、輸出點進行估算是一個重要的工作，控制系統(tǒng)總的輸入、輸出點數可以根據實際設備的I/O點匯總，然后另加10%至20%的備用量估算。1、數字量I/O點數的確定..按鈕要占一個輸入點光電開關要占一個輸入點選擇開關幾個位置就要占幾個輸入點；對各種位置開關一般占一個或兩個輸入點；一個信號燈占一個輸出點。一般可用下式進行估算：2、模擬量I/O點數的確定模擬量I/O點數的確定，一般應根據實際需要來確定，并預留出適當的備用點即可。3、存儲器容量的估算..而后者指的是存儲器中為用戶開放的部分。PLC一般內存容量估算經驗公式如下：4、控制模塊的選擇..確定了PLC的輸入/輸出點數及存儲器的容量后，下一步進行的是PLC模塊的選擇，主要包括CPU模塊，數字量和模擬量輸入/輸出模塊等；（1）對于CPU模塊選擇，一般要考慮到以下幾個問題：1）通信端口類型2）運算速度3）特殊功能（如高速計數等）4）存儲器（卡）容量5）對采樣周期、響應速度的要求（2）在選擇擴展模塊時，一般應注意以下方面：1）模塊的電壓等級。可根據現(xiàn)場設備與模塊間的距離來確定。當外部線路較長時，可選用交流220V電源；當外部線路較短，且控制設備相對較集中時，可選用DC24V電源。..2）數字量輸出模塊的輸出類型。數字量輸出有繼電器、晶閘管、晶體管三種形式。在通斷不頻繁的場合應該選用繼電器輸出；在通斷頻繁的場合，應該選用晶閘管或晶體管輸出，注意晶閘管只能用于交流負載，晶體管只能用于直流負載。3）模擬量信號類型。模擬量信號傳輸應盡量采用電流型信號傳輸。因為電壓量信號極易引入干擾，一般電壓信號僅用于控制設備柜內電位器的設置，或者距離較近、電磁環(huán)境好的場合。控制柜設計在大多數系統(tǒng)中，都需要設計控制柜，它可以將工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境與控制器隔離，使系統(tǒng)可靠的運行。一般來說，設計控制柜時應考慮到下面幾個問題：（1）尺寸大小。要根據現(xiàn)場的安裝位置和空間，設計合適的尺寸大小。切忌在設計完工之后才發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場不能安裝。而在外觀方面沒什么太嚴格的要求，只要看得簡潔明了就好。（2）電路圖。在設計控制柜的電路圖時，一方面要考慮到工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，另一方面要考慮到系統(tǒng)的安全性。（3）電源。在充分計算好系統(tǒng)所需的功率后，選擇合適的電源。并根據系統(tǒng)需要，選擇是否需要電源的備份。（4）緊急停止。緊急停止與正常的停止運行有很大的不同，緊急停止主要從硬件的方式上確保了系統(tǒng)在出問題時的可靠和安全。..（5）其他。對于接線方式、接地保護、接線排的余量等問題，在設計時都要予以詳細的考慮。I/O模塊原理圖設計I/O模塊原理圖是傳感器、執(zhí)行器與I/O模塊連接原理圖。在設計時，應多查閱相關的I/O模塊以及傳感器和執(zhí)行器的手冊資料，對其連接的方式應予以充分的了解。這樣在設計時才不會出現(xiàn)問題。同時還應考慮到裕量問題，即留出一部分I/O端口作備用，以便以后維修或者擴展之用。PLC控制系統(tǒng)軟件設計控制軟件設計控制軟件是整個控制系統(tǒng)的“思想”。經過工程師們漫長的摸索，總結出許多有用的開發(fā)方法。下面就其設計原則和流程進行探討。1、設計原則控制軟件的設計應該遵循以下幾個原則：..（1）正確性。首先要保證能夠完成用戶所要求的各項功能，確保程序不會出現(xiàn)人為的錯誤。（2）可靠性。在滿足正確性的同時，也不可忽視。在設計時要設置事故報警、聯(lián)鎖保護等。還要對不同的工作設備和不同的工作狀態(tài)做互鎖設計，以防止用戶的誤操作；在有信號干擾的系統(tǒng)中，程序設計還應考慮濾波和校正功能，以消除干擾的影響。（3）可調整性。程序設計應采用模塊化設計方式。要借鑒軟件工程中的“高內聚，低耦合”的思想。這樣，即便是程序出現(xiàn)了問題，或用戶想另增加功能時，能夠很容易的對其進行調整。可讀性強，以便系統(tǒng)的改進和移植。2、設計流程控制軟件設計流程可大體上遵照圖1-3。..監(jiān)控軟件設計一個很好的監(jiān)控系統(tǒng)能夠使操作員更加輕松、方便和安全。監(jiān)控軟件的發(fā)展也非常迅速，不僅功能強大，而且開發(fā)周期明顯縮短，節(jié)省了開發(fā)的成本。一般來說，監(jiān)控軟件在設計時，應該包括以下幾個方面：（1）工藝流程界面。針對系統(tǒng)的總體流程，給操作員一個直觀的操作環(huán)境，同時