自動化項目的工程管理

自控工程項目

開發(fā)與管理華東理工大學(xué)信息學(xué)院黃河清第一部份份工程師技技術(shù)實務(wù)務(wù)第3章PLC的選型與與配置3.1主流的PLC產(chǎn)品從市場份份額的角角度看，，西門子子（Siemens）、施耐耐德（Schneider）和羅克克韋爾（（Rockwell）公司的的PLC產(chǎn)品居前前三位，，屬于一一線品牌牌。尤其其在中國國市場，，西門子子和施耐耐德的PLC應(yīng)用最為為廣泛。。歐姆龍（（OMRON）和三菱菱公司（（Mitsubishi）的PLC產(chǎn)品也有有一定的的占有率率，屬于于二線品品牌。臺臺灣公司司的PLC產(chǎn)品也時時有見到到，而大大陸公司司的PLC產(chǎn)品聊勝勝于無，，所占有有的市場場份額幾幾乎可以以忽略不不計。3.1..1主流PLC的共同特特點西門子、、施耐德德和羅克克韋爾PLC所具有的的共同特特點是：：產(chǎn)品線長長，涵蓋蓋了高、、中、低低檔的PLC。配套產(chǎn)品品多，有有網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)產(chǎn)品、電電源產(chǎn)品品和工業(yè)業(yè)觸摸屏屏等。軟件產(chǎn)品品豐富，，不僅有有組態(tài)軟軟件，還還有MES（制造執(zhí)執(zhí)行系統(tǒng)統(tǒng)）套裝裝軟件。。質(zhì)量可靠靠，已經(jīng)經(jīng)通過了了國際、、美國以以及歐洲洲的多種種認證，，可以用用于安全全性、可可靠性要要求高的的場合。。業(yè)績眾多多，覆蓋蓋了大多多數(shù)工業(yè)業(yè)領(lǐng)域。。3.1..2主流PLC的產(chǎn)品系系列（1）西門子子PLC的主要產(chǎn)產(chǎn)品系列列大型PLC：S7-400，不支持持冗余架架構(gòu)，使使用Step7編程軟件件。S7-400H，支持冗冗余架構(gòu)構(gòu)，使用用Step7編程軟件件。中型PLC：S7-300系列，使使用Step7編程軟件件。S7-1500系列，新新型、高高性能的的PLC，使用TIA博途(TIAPortal)軟件平臺臺。小型PLC：S7-1200系列，使使用Step7Basic編程軟件件。S7-200系列，使使用Step7Micro/Win32編程軟件件。

DCS：PCS7系統(tǒng)，使使用S7-400H作為硬件件平臺。。安全控制制系統(tǒng)：：S7-400FH系統(tǒng)，使使用S7-400FH作為硬件件平臺。。組態(tài)軟件件：WinCC（2）施耐德德PLC的主要產(chǎn)產(chǎn)品系列列大型PLC：ModiconQuantum系列，可可以支持持冗余架架構(gòu)，使使用UnityPro編程軟件件。中型PLC：ModiconPremium系列，使使用UnityPro編程軟件件。ModiconM340系列，使使用UnityPro編程軟件件。小型PLC：ModiconM258系列，使使用SoMachine編程軟件件。ModiconM238系列，使使用SoMachine編程軟件件。ModiconM218系列，使使用SoMachine編程軟件件。組態(tài)軟件件：VijeoCitect（3）羅克韋韋爾PLC的主要產(chǎn)產(chǎn)品系列列大型PLC：ControlLogix系列，支支持冗余余架構(gòu)，，使用RSLogix5000編程軟件件。中型PLC：CompactLogix系列，使使用RSLogix5000編程軟件件。

小型PLC：MicroLogix系列，使使用RSLogix500編程軟件件。Micro800系列，使使用CCW（ConnectedComponentsWorkbench）編程程軟件。。

DCS：PlantPAx系統(tǒng)，使使用ControlLogix系列和AADvance系統(tǒng)的I/O站。安全控制制系統(tǒng)：：AADvance（ICSTriplex產(chǎn)品）組態(tài)軟件件：FactoryTalkViewSE3.2PLC系統(tǒng)的選選型與配配置PLC的選型與與配置是是控制系系統(tǒng)設(shè)計計階段以以及招投投標階段段的一項項重要工工作，其其結(jié)果直直接影響響到控制制系統(tǒng)的的實現(xiàn)成成本和后后期的工工程實施施。因此，掌掌握PLC的選型與與配置的的基本思思路和要要點是工工程師應(yīng)應(yīng)當具備備的能力力之一。。3.2..1PLC系統(tǒng)的選選型與配配置要點點PLC的選型與與配置是是一個相相當復(fù)雜雜過程，，不僅要要考慮到到相關(guān)技技術(shù)問題題，而且且還要考考慮到商商務(wù)和成成本問題題，其大大體的步步驟如下下：（1）確定PLC的品牌PLC品牌的選選擇受到到多種因因素的限限制，具具體如下下：用戶指定定——用戶在招招標書中中一般會會指定品品牌選擇擇的范圍圍，此時時，PLC只能在指指定的品品牌中選選擇。技術(shù)性能能——知名PLC品牌均各各有所長長，但針針對具體體問題則則會有技技術(shù)上的的差異。。例如：：系統(tǒng)規(guī)規(guī)模、可可靠性、、系統(tǒng)架架構(gòu)、通通信方式式、軟件件平臺等等諸方面面都是需需要考慮慮的問題題。實現(xiàn)成本本——當針對具具體問題題時，不不同的PLC會有成本本上的差差異，如如采購成成本、產(chǎn)產(chǎn)品檔次次、第三三方配套套產(chǎn)品等等。商務(wù)授權(quán)權(quán)——在投標過過程中，，必須提提供PLC廠商的授授權(quán)。對對于PLC廠商只允允許單一一授權(quán)的的項目，，PLC品牌的選選擇將受受到限制制。熟悉程度度——在其它條條件相近近的情況況下，優(yōu)優(yōu)先選擇擇熟悉的的PLC，以降低低實施難難度和成成本。以上因素素應(yīng)當依依次考慮慮，最終終才能確確定具有有競爭力力的PLC品牌。（2）選擇PLC的型號在PLC品牌已經(jīng)經(jīng)確定的的情況下下，需要要選擇PLC的型號。。事實上上，在確確定PLC品牌的過過程中，，基本上上已經(jīng)圈圈定了PLC產(chǎn)品的類類別，這這里需要要的是進進一步明明確具體體型號。。選擇PLC型號實質(zhì)質(zhì)上是選選擇CPU的型號，，在選定定CPU的前提下下才能完完成PLC的配置。。選擇CPU型號的考考慮因素素主要是是性能指指標，如如：運算算速度、、存儲器器容量、、通信方方式、擴擴展能力力、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)連接數(shù)數(shù)量等，，使其滿滿足招標標書中指指定的性性能指標標要求。。（3）完成PLC的配置CPU型號選定定后，可可以進行行整個PLC系統(tǒng)的配配置，具具體如下下：根據(jù)CPU配置背板板、擴展展接口卡卡件、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信信卡件等等。如果果對PLC有高可靠靠性要求求，則需需按照冗冗余架構(gòu)構(gòu)和熱插插拔要求求選擇CPU、背板及及切換組組件。根據(jù)招標標書或施施工圖提提供的分分類點數(shù)數(shù)進行I/O卡件的配配置，I/O卡件的總總點數(shù)要要比實際際點數(shù)多多20%以上，以以便于臨臨時增加加點數(shù)。。如果采采用了冗冗余架構(gòu)構(gòu)，則需需配置成成獨立的的I/O站，并要要配置相相應(yīng)的現(xiàn)現(xiàn)場總線線通信卡卡。如果果有熱插插拔要求求，則需需選擇支支持熱插插拔的卡卡件及底底座。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)架構(gòu)，，配置網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品品，如交交換機、、光端機機、光纜纜、通信信電纜、、連接器器、通信信網(wǎng)關(guān)等等。計算PLC系統(tǒng)的功功耗，根根據(jù)功耗耗數(shù)據(jù)確確定直流流電源的的容量，，并選配配合適的的電源模模塊或通通用的直直流電源源。根據(jù)實際際需求，，選配組組態(tài)軟件件，作為為人機界界面的開開發(fā)與運運行平臺臺。根據(jù)實際際需求，，選配第第三方產(chǎn)產(chǎn)品，如如：工控控機、觸觸摸屏等等。3.2..2直流電源源容量的的計算對于任何何PLC系統(tǒng)都需需要直流流電源提提供本機機模塊和和外部負負載（現(xiàn)現(xiàn)場儀表表、執(zhí)行行機構(gòu)等等）所需需的能源源。PLC的直流電電源有兩兩種選擇擇：專用用的直流流電源模模塊和通通用的直直流電源源。前者者必須采采用同系系列PLC產(chǎn)品的電電源模塊塊，后者者可以采采用同廠廠商的通通用直流流電源產(chǎn)產(chǎn)品，甚甚至第三三方的產(chǎn)產(chǎn)品。

為了保證證PLC系統(tǒng)的正正常運行行，直流流電源的的容量必必須大于于PLC系統(tǒng)的功功耗，且且有一定定的裕量量。對于于不同廠廠商的PLC而言，CPU以及各類類卡件的的功耗是是不同的的，即使使同一廠廠商不同同型號的的卡件也也有差異異，因此此，進行行計算時時要參考考相應(yīng)手手冊的技技術(shù)參數(shù)數(shù)。盡管存在在著CPU及各類卡卡件功耗耗的差異異性，但但直流電電源容量量計算與與選型的的基本原原則還是是相同的的，具體體如下：：對于使用用多種電電源電壓壓的卡件件，功耗耗要分別別計算。。如：使使用5VDC和24VDC的功耗要要分別計計算?？蛰d（卡卡件本身身消耗））和帶載載（外部部負載消消耗）的的功耗要要分別計計算。總功耗為為各項功功耗之和和。PLC背板總線線的總功功耗不能能超出額額定上限限值，如如：5VDC的總功耗耗。直流電源源的容量量應(yīng)大于于PLC系統(tǒng)的總總功耗，，并有20%以上的裕裕量。

CPU及各類卡卡件的供供電特點點：PLC采用24VDC電源模塊塊，該電電源模塊塊輸出兩兩種電壓壓，5VDC用于背板板總線供供電，24VDC用于卡件件自身（（空載））及外部部負載（（通道））供電。。S7300背板總線線上的累累積功耗耗不得超超過1.2A。CPU不使用5VDC，DI卡無空載載功耗。。3.2..3存儲器容容量的估估算與選選擇（一）PLC存儲器的的分類PLC是一種以以微處理理器為核核心的控控制裝置置，存儲儲器是其其必須配配置的部部件。盡盡管PLC的存儲器器與普通通計算機機的存儲儲器并無無本質(zhì)區(qū)區(qū)別，但但它的分分配方式式、管理理方式和和實現(xiàn)方方式仍有有較大差差異。按存儲器器的特性性劃分，，PLC中的存儲儲器可分分為：只讀存儲儲器（ROM）——存儲器中中存放著著相當于于計算機機操作系系統(tǒng)的系系統(tǒng)程序序，包括括監(jiān)控程程序、管管理程序序、命令令解釋程程序、功功能子程程序、系系統(tǒng)診斷斷子程序序、等由由制造廠廠商將其其固化在在EPROM中，用戶戶不能直直接存取取，它和和硬件一一起決定定了該PLC的性能。。隨機存取取存儲器器（RAM）——用于執(zhí)行行程序代代碼、處處理程序序數(shù)據(jù)，，存放過過程映像像和編程程元件數(shù)數(shù)據(jù)，存存儲用戶戶程序和和組態(tài)數(shù)數(shù)據(jù)。

按照隨機機存取存存儲器的的功能劃劃分，PLC中的RAM存儲器又又可分為為：工作存儲儲器——用于執(zhí)行行程序代代碼、處處理程序序數(shù)據(jù)，，該存儲儲器集成成在CPU中，可以以定義其其中部分分區(qū)域具具有失電電保持性性，但一一般不能能擴展。。

數(shù)據(jù)存儲儲器——用于存放放輸入輸輸出過程程映像、、定時器器、計數(shù)數(shù)器等編編程元件件數(shù)據(jù)，，并作為為變量存存儲區(qū)，，該存儲儲器集成成在CPU中，可以以定義其其中部分分區(qū)域具具有失電電保持性性，但一一般不能能擴展。。用戶程序序存儲器器——用于存放放用戶編編制的應(yīng)應(yīng)用程序序、數(shù)據(jù)據(jù)塊和組組態(tài)數(shù)據(jù)據(jù)，該存存儲器可可以集成成在CPU中，也可可以采用用外插的的存儲卡卡，具有有失電保保持性，，可以擴擴展。

應(yīng)當指出出，盡管管上述RAM存儲器的的分類具具有通用用性，但但分類的的命名與與各個PLC廠商的習習慣有關(guān)關(guān)。例如如，對于于西門子子公司的的S7-300系列PLC，其CPU的RAM存儲器分分為以下下三種：：主存儲器器（亦稱稱工作存存儲器））——工作存儲儲器，集集成在CPU中，可以以定義其其中部分分區(qū)域具具有失電電保持性性，不能能擴展。。系統(tǒng)存儲儲器——數(shù)據(jù)存儲儲器，集集成在CPU中，可以以定義其其中部分分區(qū)域具具有失電電保持性性，不能能擴展。。裝載存儲儲器——用戶程序序存儲器器，使用用微型存存儲卡（（MicroMemoryCard，簡稱MMC卡）或閃閃存卡，，程序下下載就是是寫到用用戶程序序存儲器器中。

（二）PLC存儲器容容量的估估算在PLC的編程軟軟件里，，一般都都具有在在線監(jiān)控控存儲器器使用情情況的功功能。但但是，當當控制應(yīng)應(yīng)用程序序開發(fā)完完之后，，即使發(fā)發(fā)現(xiàn)PLC的存儲器器容量偏偏小，也也無能為為力，因因為工作作存儲器器和數(shù)據(jù)據(jù)存儲器器一般是是集成在在CPU中的，此此時更換換CPU已無可能能。從系統(tǒng)配配置的角角度而言言，估算算PLC存儲器的的容量可可以在很很大程度度上避免免選型失失誤，有有一定的的實用意意義。（1）估算工工作存儲儲器工作存儲儲器的估估算應(yīng)參參考PLC廠商提供供的方法法，以西西門子公公司的S7-400系列PLC為例，估估算公式式如下：：輸入輸出出過程映映像所使使用的存存儲器容容量（字字節(jié)）﹦﹦12*輸入輸出出過程映映像所占占的字節(jié)節(jié)數(shù)通信所使使用的存存儲器容容量（字字節(jié)）﹦﹦72*通信任務(wù)務(wù)數(shù)診斷緩存存所使用用的存儲儲器容量量（字節(jié)節(jié)）﹦32*診斷實體體數(shù)本地數(shù)據(jù)據(jù)（局部部變量））所使用用的存儲儲器容量量（字節(jié)節(jié)）按實實際計算算（2）估算用用戶程序序存儲器器用戶程序序存儲器器的占用用與控制制應(yīng)用程程序的復(fù)復(fù)雜性有有關(guān)，而而應(yīng)用程程序的復(fù)復(fù)雜性又又與I/O點數(shù)有一一定關(guān)系系，故：：用戶程序序所使用用的存儲儲器容量量（字節(jié)節(jié)）﹦（（10×數(shù)字量I/O點數(shù)+100×模擬量I/O點數(shù)）×125%第4章自動動化工程程解決方案自動化工工程解決決方案實實質(zhì)上是是自動化化工程的的技術(shù)方方案，但但由于是是面向?qū)崒嶋H問題題解決的的技術(shù)方方案，故故稱之為為解決方方案。4.1自動化解解決方案案的相關(guān)關(guān)概念自動化解解決方案案在自動動化工程程中具有有極其重重要的地地位，其其原因是是：自動化解解決方案案是與用用戶溝通通的橋梁梁——通過介紹紹自動化化解決方方案可以以展示公公司的實實力，贏贏得用戶戶的信任任。自動化解解決方案案是評標標的重要要指標——在招投標標過程中中，高水水平的解解決方案案可以獲獲得評委委的高分分，提高高中標概概率。自動化解解決方案案是工程程實施的的參照依依據(jù)——在工程實實施的前前期，要要以投標標書中提提出的解解決方案案為基礎(chǔ)礎(chǔ)進行修修改和細細化，使使其更具具有可操操作性。。按照用途途的不同同，自動動化解決決方案可可以分成成以下幾幾類：交流方案案——在與用戶戶技術(shù)交交流時提提供的解解決方案案，又可可分為兩兩類：介紹性的的解決方方案——用于向用用戶介紹紹控制系系統(tǒng)的基基本性能能，闡述述基本技技術(shù)構(gòu)想想，展示示對行業(yè)業(yè)背景的的熟悉程程度，增增加用戶戶的信任任感。研討性的的解決方方案——用于和高高水平用用戶進行行較為深深入的技技術(shù)討論論，闡述述解決方方案特點點和優(yōu)勢勢，影響響用戶的的技術(shù)決決策。投標方案案——項目投標標書提供供的解決決方案，，主要用用于評標標，必須須響應(yīng)招招標書的的要求。。實施方案案——在工程實實施前期期提供的的解決方方案，相相對于投投標方案案更為具具體，也也更具可可操作性性。對自動化化解決方方案的基基本要求求：行業(yè)性——自動化解解決方案案是面向向?qū)嶋H問問題的技技術(shù)方案案，只有有針對行行業(yè)特點點、符合合行業(yè)要要求的解解決方案案才能得得到用戶戶的認同同。先進性——自動化解解決方案案應(yīng)有適適度的先先進性，，其設(shè)計計理念、、系統(tǒng)架架構(gòu)和設(shè)設(shè)備選型型等要符符合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)的主流流發(fā)展趨趨勢?？煽啃浴詣踊饨鉀Q方案案應(yīng)優(yōu)先先考慮