工廠自動西門子PLC控制系統(tǒng)方案

1、*有限公司控制系統(tǒng)成套設(shè)備技術(shù)方案*科技有限公司*年*月*曰目錄第一章、概述3第二章、總體方案31、設(shè)計原則：32、系統(tǒng)配置42.1控制系統(tǒng)主要設(shè)備53系統(tǒng)方案63.1 .監(jiān)控系統(tǒng)方案63.2 邏輯控制方案83.3 過程控制方案103.4 網(wǎng)絡(luò)配置方案103.5 設(shè)備明細(xì)144保護(hù)方案17第三章、方案編制依據(jù)18第一章、概述*有限公司*廠是一座大型*,設(shè)計規(guī)模為3.00Mt/a（預(yù)留150Mt/a主洗車間）。針對*廠的技術(shù)方案，我們做了詳細(xì)的控制方案，包括：集控室上位機(jī)監(jiān)控方案、邏輯控制方案、過程控制方案、網(wǎng)絡(luò)配置方案。第二章、總體方案1、設(shè)計原則：根據(jù)技術(shù)要求，本廠控制系統(tǒng)成套設(shè)備方案分為：

2、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)方案、和各種保護(hù)方案。根據(jù)標(biāo)書要求系統(tǒng)形成后，*廠在自動化技術(shù)裝備和控制上達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化檢測、控制與監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。主要生產(chǎn)指標(biāo)及設(shè)備工況信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集，并實(shí)現(xiàn)信息處埋、查詢網(wǎng)絡(luò)化。建立分層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)管、控一體化;實(shí)現(xiàn)與廠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與與園區(qū)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，集控數(shù)據(jù)可通過opcge口上傳至園區(qū)信息中心。本工程設(shè)計滿足先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可升級和標(biāo)準(zhǔn)化等方面的要求。2、系統(tǒng)配置根據(jù)*廠工藝特點(diǎn)，在廠綜合樓集控室內(nèi)設(shè)置控制臺1套，配置生產(chǎn)監(jiān)控工作站，對設(shè)備運(yùn)行集中管理、控制，并打印報表等。PLC控制站分布如下：主廠房配電室設(shè)

3、置1套準(zhǔn)備車間配電室設(shè)置1套壓車間配電室設(shè)置1套6號轉(zhuǎn)載點(diǎn)變配電室設(shè)置2套I/O控制分站分布如下：車間配電室設(shè)置1套1號轉(zhuǎn)載點(diǎn)配電室設(shè)置1套7號轉(zhuǎn)載點(diǎn)配電室設(shè)置1套原倉上配電室設(shè)置1套產(chǎn)品倉上配電室設(shè)置1套中倉下配電室設(shè)置1套2.1控制系統(tǒng)主要設(shè)備西門子控制系統(tǒng)SIMATIC過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用，將會使你得到一個真正靈活、集成化系統(tǒng)所擁有的全部優(yōu)點(diǎn)。高程度的模塊化和可擴(kuò)展性，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)，以適應(yīng)相應(yīng)的工藝過程，如需要，今后還可進(jìn)行擴(kuò)充。巨大的降成本潛能來自于：?整個應(yīng)用系統(tǒng)范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)僅需輸入一次?已制作好的自動化對象的反復(fù)應(yīng)用?通過預(yù)制的技術(shù)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行面向技術(shù)的組態(tài)?從現(xiàn)場級到管理級均

4、可識別的通訊裝置?高標(biāo)準(zhǔn)的SIMATIC元件的使用保證了系統(tǒng)的長期可靠性，降低了成本，減少了備件存儲費(fèi)用。?標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的應(yīng)用和系統(tǒng)的開放性使之可與任意數(shù)量的第三方系統(tǒng)連接，并且可降低培訓(xùn)費(fèi)用。世界級合作伙伴全球領(lǐng)域內(nèi)的存在，表明無論你身在世界的何處，你都能獲得你所需的任何幫助。本方案采用的S7-400系列的主要性能指標(biāo)如下：?程序運(yùn)算速度：位和整數(shù)運(yùn)算0.1us,浮點(diǎn)運(yùn)算0.6us;?I/O能力：開關(guān)量I/O131072,模擬量I/O8192;?板載內(nèi)存：集成128K用于程序，128K用于數(shù)據(jù)，擴(kuò)展內(nèi)存可至64MB?通訊接口：多點(diǎn)接口MPI;PROFIBUS-DP:12MB/S;以太網(wǎng)?設(shè)計制造

5、標(biāo)準(zhǔn)：DIN、ENIEC?國際認(rèn)證：ULCSAFMClass1div.2GroupA,B,C,D溫度組T4(=135C)3系統(tǒng)方案3.1. 監(jiān)控系統(tǒng)方案在監(jiān)控系統(tǒng)中，在集控室設(shè)上位機(jī)，上位機(jī)將完成以下功能： 全廠模擬量數(shù)據(jù)的顯示、存儲，以趨勢圖、直方圖、餡餅圖等多種方式顯示全廠水位、皮帶運(yùn)量、灰份、電動機(jī)電流，閥門和閘門開度等。 系統(tǒng)參數(shù)修改：為了適應(yīng)生產(chǎn)需要，在集控室可以直接修改各控制回路的給定參數(shù)，使操作更簡便。 完成模擬量數(shù)據(jù)的計算、分析。將所得到的有關(guān)生產(chǎn)、質(zhì)量、經(jīng)營數(shù)據(jù)的圖表顯示。 完成全廠工藝流程的選擇、啟停及設(shè)備狀態(tài)信息的顯示。 PLC應(yīng)用程序的編輯修改。 設(shè)置豐富的畫面功能：a

6、、總貌畫面b、報警畫面c、模擬表畫面d、流程圖畫面（含全廠工藝流程圖畫面、子系統(tǒng)流程圖畫面）e、工藝設(shè)定畫面f、歷史趨勢畫面,操作記錄（記錄操作員每次操作過程和時間） 連續(xù)顯示各傳感器參數(shù)及報警信號； 可查詢報警信息和歷史趨勢圖；完成生產(chǎn)報表的定時打印、事故報警的隨機(jī)打印等功能。集控室上位機(jī)將數(shù)據(jù)實(shí)時提供給調(diào)度員和生產(chǎn)管理者，使他們掌握生產(chǎn)工況，通過調(diào)度或直接調(diào)整不合理的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝參數(shù)，使*廠的生產(chǎn)處于產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，效率高，能源消耗低的較理想狀態(tài)，提高*廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。3.2邏輯控制方案根據(jù)技術(shù)要求，本系統(tǒng)選用西門子SIMATICS7-400產(chǎn)品，對工藝系統(tǒng)參控設(shè)備進(jìn)行程序自動控制

7、。控制系統(tǒng)具有數(shù)字量、模擬量和特殊信號處理功能、診斷功能、PID回路調(diào)節(jié)功能、通訊接口功能和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)控制功能。主機(jī)結(jié)構(gòu)為模塊式結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)展。順控邏輯設(shè)計符合工藝系統(tǒng)的控制要求。系統(tǒng)采用在集控室計算機(jī)上集中進(jìn)行操作，由操作人員對運(yùn)行系統(tǒng)和控制方式進(jìn)行選擇，以實(shí)現(xiàn)單臺設(shè)備啟動和自動順序啟停功能。控制功能包括： 啟動預(yù)告功能：系統(tǒng)啟動前，設(shè)備啟車預(yù)告功能可以通過笛、鈴或語音向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)啟動預(yù)告信號，以提醒工作人員注意安全； 具有設(shè)備禁止啟動功能：在預(yù)告期間，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)若接收到現(xiàn)場禁啟信號，則禁止啟動設(shè)備，并自動記錄禁啟設(shè)備號；否則按逆流順序啟車； 啟動/暫停功能：在啟車過程中，若有

8、任一臺設(shè)備故障或禁啟，系統(tǒng)立即暫停啟車過程，閉鎖來源設(shè)備，延時一定時間（延時時間可在一定范圍內(nèi)設(shè)定），在延時時間內(nèi)，己啟動的設(shè)備不停，若故障能短時排除，可繼續(xù)啟車；否則，瞬時停止已啟動的設(shè)備； 事故處理、暫停/解除功能：在設(shè)備運(yùn)行過程中，當(dāng)某臺設(shè)備發(fā)生故障時，故障設(shè)備至源側(cè)各設(shè)備立即停車，故障點(diǎn)以后的設(shè)備延時停車。若故障能盡快處理，現(xiàn)場人員可解除故障。這時停車過程自動停止，未停完的設(shè)備不再繼續(xù)停車。系統(tǒng)向各設(shè)備重新發(fā)啟動預(yù)告信號，預(yù)告結(jié)束后，便自動啟車至源頭，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，以減少設(shè)備的頻繁啟停，降低設(shè)備的損壞率； 診斷功能：系統(tǒng)具有先進(jìn)的綜合診斷功能，能快速正確地識別模塊配置錯誤、模擬量

9、超程、線路斷線等故障，并自動報告故障 網(wǎng)絡(luò)功能：系統(tǒng)與I/0之間采用遠(yuǎn)程I/0體系結(jié)構(gòu)，該遠(yuǎn)程I/0系統(tǒng)將I/O分別設(shè)置在配電室。系統(tǒng)主機(jī)與上位機(jī)之間采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)連接，用于傳送控制信息； 通訊功能：具有直接通訊、高速對等通訊和開放性標(biāo)準(zhǔn)通訊功能，使系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)簡單，性能高，滿足計算機(jī)與控制器之間的緊密聯(lián)系，完成實(shí)時數(shù)據(jù)的傳送與統(tǒng)計；自動方式：自動方式的所有操作均可通過調(diào)度人員在計算機(jī)鍵盤實(shí)現(xiàn)；手動方式：手動方式有兩種：一種是聯(lián)鎖手動，另二種是解鎖手動。聯(lián)鎖手動遠(yuǎn)萬操作，解鎖手動在就地操作箱上操作；聯(lián)鎖手動是運(yùn)行人員按逆流方向一對一啟動設(shè)備，按順流的方向一對一停止設(shè)備，流程內(nèi)設(shè)備存在聯(lián)鎖關(guān)系

10、；9解鎖手動是運(yùn)行人員可隨意啟停任一臺設(shè)備，此時無任何聯(lián)鎖關(guān)系。每個保護(hù)聯(lián)鎖均設(shè)置軟手動解除開關(guān)；3.3 過程控制方案在*廠中，過程控制是至關(guān)重要的，模擬量參數(shù)控制的精度直接影響著*廠的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，所以設(shè)計的思路、編輯的程序非常重要。本系統(tǒng)將完成以下模擬量的控制：a、合格介質(zhì)懸浮液密度自動測控系統(tǒng)過程變量大于設(shè)定值過程變量小于設(shè)定值b、介質(zhì)桶液位自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)c、旋流器壓力自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)3.4 網(wǎng)絡(luò)配置方案經(jīng)過對技術(shù)要求的詳細(xì)研究與理解，為了充分滿足該技術(shù)要求，對本工程的自動化控制系統(tǒng)采用以下解決方案：-通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是分級的：現(xiàn)場監(jiān)控級要求時實(shí)性高、數(shù)據(jù)通訊安全、可靠；工業(yè)園區(qū)級的

11、監(jiān)視要求數(shù)據(jù)可靠，對時實(shí)性要求不高；另外，全廠的數(shù)據(jù)流是比較大的。因此，制定方案時要用可行、先進(jìn)的方法將系統(tǒng)合理分級，每級的通訊負(fù)荷要均衡。10-現(xiàn)場控制站采集的過程數(shù)據(jù)種類多、地點(diǎn)分散，既有離散的I/O量又有自成系統(tǒng)的控制裝置的數(shù)據(jù)以及Profibus總線設(shè)備等。因此，采集過程數(shù)據(jù)的方式要靈活、可靠、先進(jìn)，如：采用分布式I/O,現(xiàn)場總線的主從通訊技術(shù)及FDL接口技術(shù)等。針對上述特點(diǎn)，下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。本系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)共分兩級：1）現(xiàn)場監(jiān)控級采用100M光纖環(huán)路工業(yè)以太網(wǎng)，以滿足時實(shí)性高、通訊安全可靠的要求。此網(wǎng)段共有6個站點(diǎn)，2個操作站和4個現(xiàn)場控制站。其中2個操作站采用OPC技術(shù)做服務(wù)器，（

12、以滿足未來園區(qū)網(wǎng)絡(luò)管理的要求）負(fù)責(zé)上一級（數(shù)據(jù)服務(wù)器）的服務(wù)請求，這樣上一級不會對本級產(chǎn)生影響。本級的站點(diǎn)是4個，所以，通訊負(fù)荷突變不大，保證了4個控制站之間的快速點(diǎn)對點(diǎn)通訊、不同站的設(shè)備之間的連鎖及數(shù)據(jù)交換的要求和2個操作站命令的快速傳達(dá)及工藝流程畫面上的過程數(shù)據(jù)的快速更新。2）PLC控制站與遠(yuǎn)程I/O站采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。隨著未來園區(qū)發(fā)展，我們預(yù)測將來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為：兩個操作站具有雙網(wǎng)卡，一塊西門子專用網(wǎng)卡與交換機(jī)連接，負(fù)責(zé)在操作站與現(xiàn)場控制站之間過程數(shù)據(jù)和命令的傳輸；另一塊與數(shù)據(jù)服務(wù)器所在網(wǎng)連接，這樣使數(shù)據(jù)服務(wù)器所在網(wǎng)與現(xiàn)場監(jiān)控級100M光纖環(huán)網(wǎng)物理上隔離開，數(shù)據(jù)服務(wù)器裝有殺毒軟件并更新升

13、級，保證了監(jiān)控級光纖環(huán)網(wǎng)上的站點(diǎn)安全可靠的運(yùn)行。數(shù)據(jù)服務(wù)器可以11配置為冗余服務(wù)器，具有雙網(wǎng)卡使其與園區(qū)局域網(wǎng)物理隔離，更進(jìn)一步保證了監(jiān)控級光纖環(huán)網(wǎng)上的站點(diǎn)安全可靠的運(yùn)行。園區(qū)管理級利用局域網(wǎng)從數(shù)據(jù)服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)，以獲取*廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù),可以采用西門子WebNavigator技術(shù)，也可以采用OPCActiveX控件技術(shù)讀取動態(tài)數(shù)據(jù)。綜上所述，系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用分級結(jié)構(gòu)，根據(jù)每一級的不同要求采用針對性技術(shù)，防止了各級的互相干擾，均衡了各級的負(fù)荷，保證了整個系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。3.4.1 現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站用于控制全廠工藝處理流程的各個環(huán)節(jié)。每個現(xiàn)場控制站由SIMATICAS400系列現(xiàn)場控制器、

14、中間繼電器、小型斷路器、24V直流電源、風(fēng)扇和箱內(nèi)照明等器件構(gòu)成。所有現(xiàn)場控制站都通過有線網(wǎng)絡(luò)方式連接到系統(tǒng)總線上并與集控室服務(wù)器通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊。每個現(xiàn)場控制站都自成系統(tǒng)，可以獨(dú)立運(yùn)行。不受其他現(xiàn)場控制站或服務(wù)器故障停機(jī)的影響?，F(xiàn)場控制站的控制器選用西門子S7-400系列，主要是為了滿足分布式I/O、現(xiàn)場總線技術(shù)的要求。S7-400有以下特點(diǎn)：- -功能強(qiáng)大的PLC,適用于中高性能控制領(lǐng)域。- -滿足最復(fù)雜的任務(wù)要求。12-實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴(kuò)展通訊能力都很簡便，組成系統(tǒng)靈活自如。- -用戶友好性強(qiáng)，操作簡單，免風(fēng)扇設(shè)計。- -隨著應(yīng)用的擴(kuò)大，系統(tǒng)拓展無任何問題。對AS400系列及ET200

15、S而言，在CPU和模板設(shè)計時就已經(jīng)充分考慮了帶電插拔輸入、輸由模塊的功能，在運(yùn)行時即可更換模板，以保證系統(tǒng)連續(xù)不間斷運(yùn)行，顯著節(jié)省維護(hù)時間和減少維護(hù)時間。密封的模塊、無風(fēng)扇運(yùn)行以及安全起動和停止更能保證AS400的經(jīng)久耐用。機(jī)架內(nèi)底板并行I/O總線保證快速交換I/O信號，底板串行通訊總線專門用來將數(shù)據(jù)傳送到通信處理器和功能模板。電源冗余：從安全角度考慮，CPU電源安裝冗余電池，以提高模板本身和整個控制器的平均無故障時間（MTBF）,使之雙倍可靠。同時，所有分布式ET200S模板電源均為西門子SITOP冗余電源.3.4.2 遠(yuǎn)程I/O站ET200繇列遠(yuǎn)程輸入輸由模塊用于擴(kuò)展中央控制器的遠(yuǎn)程輸入輸

16、由能力，在SIMATICPCS用，I/O模板插入到ET200ss程站中。它們通過PROFIBUS-DP3與中央單元連接。這為遠(yuǎn)程I/O的配置提供了13極大的靈活性，即可在控制室內(nèi)集中配置，也可在另外的開關(guān)柜室內(nèi)或分站控制室內(nèi)分布配置。一個中央單元可配置多條SIMATICNET網(wǎng)絡(luò)。這可通過在中央處理單元插入多個通訊處理器來實(shí)現(xiàn)。為及時排除可能的故障，本方案中的模塊可以帶電插拔，具有自診斷能力的模件具有特殊功能，如通道故障顯示、自診斷中斷、內(nèi)部模件監(jiān)視、中央單元或電源故障時數(shù)據(jù)保持或連接替代值等等。這些檢測包括：斷線、短路、負(fù)載電壓故障和內(nèi)部模件故障等。3.4.3 I/O模塊的選擇及與外部的連接

17、方式DI選用16點(diǎn)的AC220V模塊,DO選用32點(diǎn)的DC24V莫塊，其平均無故障時間比AC220V的模塊要長；AI、AO選用4-20mA的模塊，以提高抗干擾能力。DI選用AC220V中間繼電器與外部連接；D0選用DC24V中間繼電器與外部連接；AI、AO選用有源隔離器與外部連接。這樣，整個系統(tǒng)的控制核心與外界完全隔離，這就是電磁兼容性理論所說的“孤島”技術(shù)，可以保證控制核心穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。另外，偶然的外界危險信號（高電壓、大電流），只能損壞隔離器件，而對控制核心沒有影響，控制核心無癱瘓之憂。3.5設(shè)備明細(xì)序號描述訂貨號參數(shù)數(shù)量主廠房141SIMATICPCS7AS416-212后備電池23

18、CP441-214MODBUS主站軟件V3.115IM153-256DIN53057SM321DI32328SM322DO3279SM331AI8910SM332AO8311FM350-211220針前連接器，螺釘型91340針前連接器，螺釘型4314BMPS/IM153515BM2X402616PS3075A51IM153-212DIN53013SM321DI3244SM322DO3215SM331AI816SM332AO817FM350-21820針前連接器，螺釘型1940針前連接器，螺釘型710BMPS/IM153111BM2X40412PS3075A11IM153-212DIN5301

19、3SM321DI3274SM322DO3225SM331AI816SM332AO81720針前連接器，螺釘型1840針前連接器，螺釘型10159BMPS/IM153110BM2X40611PS3075A11SIMATICPCS7AS416-212后備電池23CP441-214MODBUS主站軟件V3.115IM153-216DIN53017SM321DI3288SM322DO3239SM331AI811020針前連接器，螺釘型11140針前連接器，螺釘型1112BMPS/IM153113BM2X40614PS3075A11IM153-212DIN53013SM321DI3254SM322DO3

20、215SM331AI81620針前連接器，螺釘型1740針前連接器，螺釘型68BMPS/IM15319BM2X40410PS3075A11SIMATICPCS7AS416-212后備電池23IM153-224DIN53025SM321DI3296SM322DO322167SM331AI818FM350-21920針前連接器，螺釘型11040針前連接器，螺釘型1211BMPS/IM153212BM2X40713PS3075A21IM153-212DIN53013SM321DI3224SM322DO321520針前連接器，螺釘型1640針前連接器，螺釘型27BMPS/IM15318BM2X4029PS307