自动化项目的工程管理（PPT54页)

自控工程项目开发与管理华东理工大学信息学院黄河清第一部份工程师技术实务第3章PLC的选型与配置3.1主流的PLC产品从市场份额的角度看，西门子（Siemens）、施耐德（Schneider）和罗克韦尔（Rockwell）公司的PLC产品居前三位，属于一线品牌。尤其在中国市场，西门子和施耐德的PLC应用最为广泛。欧姆龙（OMRON）和三菱公司（Mitsubishi）的PLC产品也有一定的占有率，属于二线品牌。台湾公司的PLC产品也时有见到，而大陆公司的PLC产品聊胜于无，所占有的市场份额几乎可以忽略不计。3.1.1主流PLC的共同特点西门子、施耐德和罗克韦尔PLC所具有的共同特点是：产品线长，涵盖了高、中、低档的PLC。配套产品多，有网络产品、电源产品和工业触摸屏等。软件产品丰富，不仅有组态软件，还有MES（制造执行系统）套装软件。质量可靠，已经通过了国际、美国以及欧洲的多种认证，可以用于安全性、可靠性要求高的场合。业绩众多，覆盖了大多数工业领域。3.1.2主流PLC的产品系列（1）西门子PLC的主要产品系列大型PLC：S7-400，不支持冗余架构，使用Step7编程软件。S7-400H，支持冗余架构，使用Step7编程软件。中型PLC：S7-300系列，使用Step7编程软件。S7-1500系列，新型、高性能的PLC，使用TIA博途(TIAPortal)软件平台。小型PLC：S7-1200系列，使用Step7Basic编程软件。S7-200系列，使用Step7Micro/Win32编程软件。DCS：PCS7系统，使用S7-400H作为硬件平台。安全控制系统：S7-400FH系统，使用S7-400FH作为硬件平台。组态软件：WinCC（2）施耐德PLC的主要产品系列大型PLC：ModiconQuantum系列，可以支持冗余架构，使用UnityPro编程软件。中型PLC：ModiconPremium系列，使用UnityPro编程软件。ModiconM340系列，使用UnityPro编程软件。小型PLC：ModiconM258系列，使用SoMachine编程软件。ModiconM238系列，使用SoMachine编程软件。ModiconM218系列，使用SoMachine编程软件。组态软件：VijeoCitect（3）罗克韦尔PLC的主要产品系列大型PLC：ControlLogix系列，支持冗余架构，使用RSLogix5000编程软件。中型PLC：CompactLogix系列，使用RSLogix5000编程软件。小型PLC：MicroLogix系列，使用RSLogix500编程软件。Micro800系列，使用CCW（ConnectedComponentsWorkbench）编程软件。DCS：PlantPAx系统，使用ControlLogix系列和AADvance系统的I/O站。安全控制系统：AADvance（ICSTriplex产品）组态软件：FactoryTalkViewSE3.2PLC系统的选型与配置PLC的选型与配置是控制系统设计阶段以及招投标阶段的一项重要工作，其结果直接影响到控制系统的实现成本和后期的工程实施。因此，掌握PLC的选型与配置的基本思路和要点是工程师应当具备的能力之一。3.2.1PLC系统的选型与配置要点PLC的选型与配置是一个相当复杂过程，不仅要考虑到相关技术问题，而且还要考虑到商务和成本问题，其大体的步骤如下：（1）确定PLC的品牌PLC品牌的选择受到多种因素的限制，具体如下：用户指定——用户在招标书中一般会指定品牌选择的范围，此时，PLC只能在指定的品牌中选择。技术性能——知名PLC品牌均各有所长，但针对具体问题则会有技术上的差异。例如：系统规模、可靠性、系统架构、通信方式、软件平台等诸方面都是需要考虑的问题。实现成本——当针对具体问题时，不同的PLC会有成本上的差异，如采购成本、产品档次、第三方配套产品等。商务授权——在投标过程中，必须提供PLC厂商的授权。对于PLC厂商只允许单一授权的项目，PLC品牌的选择将受到限制。熟悉程度——在其它条件相近的情况下，优先选择熟悉的PLC，以降低实施难度和成本。以上因素应当依次考虑，最终才能确定具有竞争力的PLC品牌。（2）选择PLC的型号在PLC品牌已经确定的情况下，需要选择PLC的型号。事实上，在确定PLC品牌的过程中，基本上已经圈定了PLC产品的类别，这里需要的是进一步明确具体型号。选择PLC型号实质上是选择CPU的型号，在选定CPU的前提下才能完成PLC的配置。选择CPU型号的考虑因素主要是性能指标，如：运算速度、存储器容量、通信方式、扩展能力、网络连接数量等，使其满足招标书中指定的性能指标要求。（3）完成PLC的配置CPU型号选定后，可以进行整个PLC系统的配置，具体如下：根据CPU配置背板、扩展接口卡件、网络通信卡件等。如果对PLC有高可靠性要求，则需按照冗余架构和热插拔要求选择CPU、背板及切换组件。根据招标书或施工图提供的分类点数进行I/O卡件的配置，I/O卡件的总点数要比实际点数多20%以上，以便于临时增加点数。如果采用了冗余架构，则需配置成独立的I/O站，并要配置相应的现场总线通信卡。如果有热插拔要求，则需选择支持热插拔的卡件及底座。根据网络架构，配置网络产品，如交换机、光端机、光缆、通信电缆、连接器、通信网关等。计算PLC系统的功耗，根据功耗数据确定直流电源的容量，并选配合适的电源模块或通用的直流电源。根据实际需求，选配组态软件，作为人机界面的开发与运行平台。根据实际需求，选配第三方产品，如：工控机、触摸屏等。3.2.2直流电源容量的计算对于任何PLC系统都需要直流电源提供本机模块和外部负载（现场仪表、执行机构等）所需的能源。PLC的直流电源有两种选择：专用的直流电源模块和通用的直流电源。前者必须采用同系列PLC产品的电源模块，后者可以采用同厂商的通用直流电源产品，甚至第三方的产品。为了保证PLC系统的正常运行，直流电源的容量必须大于PLC系统的功耗，且有一定的裕量。对于不同厂商的PLC而言，CPU以及各类卡件的功耗是不同的，即使同一厂商不同型号的卡件也有差异，因此，进行计算时要参考相应手册的技术参数。尽管存在着CPU及各类卡件功耗的差异性，但直流电源容量计算与选型的基本原则还是相同的，具体如下：对于使用多种电源电压的卡件，功耗要分别计算。如：使用5VDC和24VDC的功耗要分别计算。空载（卡件本身消耗）和带载（外部负载消耗）的功耗要分别计算。总功耗为各项功耗之和。PLC背板总线的总功耗不能超出额定上限值，如：5VDC的总功耗。直流电源的容量应大于PLC系统的总功耗，并有20%以上的裕量。CPU及各类卡件的供电特点：PLC采用24VDC电源模块，该电源模块输出两种电压，5VDC用于背板总线供电，24VDC用于卡件自身（空载）及外部负载（通道）供电。S7300背板总线上的累积功耗不得超过1.2A。CPU不使用5VDC，DI卡无空载功耗。3.2.3存储器容量的估算与选择（一）PLC存储器的分类PLC是一种以微处理器为核心的控制装置，存储器是其必须配置的部件。尽管PLC的存储器与普通计算机的存储器并无本质区别，但它的分配方式、管理方式和实现方式仍有较大差异。按存储器的特性划分，PLC中的存储器可分为：只读存储器（ROM）——存储器中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC的性能。随机存取存储器（RAM）——用于执行程序代码、处理程序数据，存放过程映像和编程元件数据，存储用户程序和组态数据。按照随机存取存储器的功能划分，PLC中的RAM存储器又可分为：工作存储器——用于执行程序代码、处理程序数据，该存储器集成在CPU中，可以定义其中部分区域具有失电保持性，但一般不能扩展。数据存储器——用于存放输入输出过程映像、定时器、计数器等编程元件数据，并作为变量存储区，该存储器集成在CPU中，可以定义其中部分区域具有失电保持性，但一般不能扩展。用户程序存储器——用于存放用户编制的应用程序、数据块和组态数据，该存储器可以集成在CPU中，也可以采用外插的存储卡，具有失电保持性，可以扩展。应当指出，尽管上述RAM存储器的分类具有通用性，但分类的命名与各个PLC厂商的习惯有关。例如，对于西门子公司的S7-300系列PLC，其CPU的RAM存储器分为以下三种：主存储器（亦称工作存储器）——工作存储器，集成在CPU中，可以定义其中部分区域具有失电保持性，不能扩展。系统存储器——数据存储器，集成在CPU中，可以定义其中部分区域具有失电保持性，不能扩展。装载存储器——用户程序存储器，使用微型存储卡（MicroMemoryCard，简称MMC卡）或闪存卡，程序下载就是写到用户程序存储器中。（二）PLC存储器容量的估算在PLC的编程软件里，一般都具有在线监控存储器使用情况的功能。但是，当控制应用程序开发完之后，即使发现PLC的存储器容量偏小，也无能为力，因为工作存储器和数据存储器一般是集成在CPU中的，此时更换CPU已无可能。从系统配置的角度而言，估算PLC存储器的容量可以在很大程度上避免选型失误，有一定的实用意义。（1）估算工作存储器工作存储器的估算应参考PLC厂商提供的方法，以西门子公司的S7-400系列PLC为例，估算公式如下：输入输出过程映像所使用的存储器容量（字节）﹦12*输入输出过程映像所占的字节数通信所使用的存储器容量（字节）﹦72*通信任务数诊断缓存所使用的存储器容量（字节）﹦32*诊断实体数本地数据（局部变量）所使用的存储器容量（字节）按实际计算（2）估算用户程序存储器用户程序存储器的占用与控制应用程序的复杂性有关，而应用程序的复杂性又与I/O点数有一定关系，故：用户程序所使用的存储器容量（字节）﹦（10×数字量I/O点数+100×模拟量I/O点数）×125%第4章自动化工程解决方案自动化工程解决方案实质上是自动化工程的技术方案，但由于是面向实际问题解决的技术方案，故称之为解决方案。4.1自动化解决方案的相关概念自动化解决方案在自动化工程中具有极其重要的地位，其原因是：自动化解决方案是与用户沟通的桥梁——通过介绍自动化解决方案可以展示公司的实力，赢得用户的信任。自动化解决方案是评标的重要指标——在招投标过程中，高水平的解决方案可以获得评委的高分，提高中标概率。自动化解决方案是工程实施的参照依据——在工程实施的前期，要以投标书中提出的解决方案为基础进行修改和细化，使其更具有可操作性。按照用途的不同，自动化解决方案可以分成以下几类：交流方案——在与用户技术交流时提供的解决方案，又可分为两类：–介绍性的解决方案——用于向用户介绍控制系统的基本性能，阐述基本技术构想，展示对行业背景的熟悉程度，增加用户的信任感。–研讨性的解决方案——用于和高水平用户进行较为深入的技术讨论，阐述解决方案特点和优势，影响用户的技术决策。投标方案——项目投标书提供的解决方案，主要用于评标，必须响应招标书的要求。实施方案——在工程实施前期提供的解决方案，相对于投标方案更为具体，也更具可操作性。对自动化解决方案的基本要求：行业性——自动化解决方案是面向实际问题的技术方案，只有针对行业特点、符合行业要求的解决方案才能得到用户的认同。先进性——自动化解决方案应有适度的先进性，其设计理念、系统架构和设备选型等要符合自动化系统的主流发展趋势。可靠性——自动化解决方案应优先考虑系统的可靠性，以保证生产过程能够长周期的安全运行。可操作性——自动化解决方案应具有可操作性，尽可能地方便工程实施。易维护性——自动化解决方案应具有易维护性，以降低后期的维护难度和维护成本。开放性——自动化解决方案应具有开放性，以便于后期的扩展和第三方设备的接