自动化项目的工程管理

1、3.1 主流的主流的plc产品产品 从市场份额的角度看，西门子（从市场份额的角度看，西门子（siemens）、施耐德（）、施耐德（schneider）和罗克韦尔（）和罗克韦尔（rockwell）公司的）公司的plc产品居前三位，属于一产品居前三位，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。应用最为广泛。 欧姆龙（欧姆龙（omron）和三菱公司（）和三菱公司（mitsubishi）的）的plc产品也有一定的占有率，产品也有一定的占有率，属于二线品牌。台湾公司的属于二线品牌。台湾公司的plc产品也时有见产品也时有见到，而大陆公司的到，

2、而大陆公司的plc产品聊胜于无，所占有产品聊胜于无，所占有的市场份额几乎可以忽略不计。的市场份额几乎可以忽略不计。3.1.1 主流主流plc的共同特点的共同特点 西门子、施耐德和罗克韦尔西门子、施耐德和罗克韦尔plc所具有的所具有的共同特点是：共同特点是：l 产品线长，涵盖了高、中、低档的产品线长，涵盖了高、中、低档的plc。l 配套产品多，有网络产品、电源产品和工业触配套产品多，有网络产品、电源产品和工业触摸屏等。摸屏等。l 软件产品丰富，不仅有组态软件，还有软件产品丰富，不仅有组态软件，还有mes（制造执行系统）套装软件。制造执行系统）套装软件。l 质量可靠，已经通过了国际、美国以及欧洲的

3、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、可靠性要求高的多种认证，可以用于安全性、可靠性要求高的场合。场合。l 业绩众多，覆盖了大多数工业领域。业绩众多，覆盖了大多数工业领域。3.1.2主流主流plc的产品系列的产品系列（1）西门子）西门子plc的主要产品系列的主要产品系列大型大型plc： l s7-400，不支持冗余架构，使用，不支持冗余架构，使用step 7 编程软编程软件。件。l s7-400h，支持冗余架构，使用，支持冗余架构，使用step 7 编程软编程软件。件。中型中型plc：l s7-300系列，使用系列，使用step 7 编程软件。编程软件。l s7-1

4、500系列，新型、高性能的系列，新型、高性能的plc，使用，使用tia 博途博途 (tia portal) 软件平台。软件平台。小型小型plc ：l s7-1200系列，使用系列，使用step 7 basic编程软件。编程软件。l s7-200系列，使用系列，使用step7 micro/win32 编程软编程软件。件。dcs： pcs7系统，使用系统，使用s7-400h 作为硬件平台作为硬件平台。安全控制系统：安全控制系统： s7-400fh系统，使用系统，使用s7-400fh作为硬件作为硬件平台。平台。组态软件：组态软件：wincc（2）施耐德）施耐德plc的主要产品系列的主要产品系列大型大

5、型plc： modicon quantum系列，可以支持冗余系列，可以支持冗余架构，使用架构，使用unity pro编程软件。编程软件。中型中型plc：l modicon premium系列，使用系列，使用unity pro 编程编程软件。软件。l modicon m340系列，使用系列，使用unity pro 编程软编程软件。件。小型小型plc ：l modicon m258系列，使用系列，使用somachine编程软编程软件。件。l modicon m238系列，使用系列，使用somachine编程软编程软件。件。l modicon m218系列，使用系列，使用somachine编程软编程

6、软件。件。组态软件：组态软件：vijeo citect （3）罗克韦尔）罗克韦尔plc的主要产品系列的主要产品系列大型大型plc： controllogix系列，支持冗余架构，使用系列，支持冗余架构，使用rslogix 5000 编程软件。编程软件。中型中型plc： compactlogix系列，使用系列，使用rslogix 5000 编程软件。编程软件。小型小型plc ：l micrologix系列，使用系列，使用rslogix 500 编程软编程软件。件。l micro800系列，使用系列，使用ccw（connected components workbench） 编程软件。编程软件。 3

7、.2 plc系统的选型与配置系统的选型与配置 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。响到控制系统的实现成本和后期的工程实施。 因此，掌握因此，掌握plc的选型与配置的基本思路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。和要点是工程师应当具备的能力之一。3.2.1 plc系统的选型与配置要点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，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，而且还要考虑到不仅要考虑到相

8、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：商务和成本问题，其大体的步骤如下：（1）确定）确定plc的品牌的品牌 plc品牌的选择受到多种因素的限制，具品牌的选择受到多种因素的限制，具体如下：体如下：l 用户指定用户指定用户在招标书中一般会指定品牌用户在招标书中一般会指定品牌选择的范围，此时，选择的范围，此时，plc只能在指定的品牌中只能在指定的品牌中选择。选择。l 技术性能技术性能知名知名plc品牌均各有所长，但针品牌均各有所长，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、软件平规模、可靠性、系统架构、

9、通信方式、软件平台等诸方面都是需要考虑的问题。台等诸方面都是需要考虑的问题。l 实现成本实现成本当针对具体问题时，不同的当针对具体问题时，不同的plc会有成本上的差异，如采购成本、产品档次、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。第三方配套产品等。l 商务授权商务授权在投标过程中，必须提供在投标过程中，必须提供plc厂厂商的授权。对于商的授权。对于plc厂商只允许单一授权的项厂商只允许单一授权的项目，目，plc品牌的选择将受到限制。品牌的选择将受到限制。l 熟悉程度熟悉程度在其它条件相近的情况下，优先在其它条件相近的情况下，优先选择熟悉的选择熟悉的plc，以降低实施难度和成本

10、。，以降低实施难度和成本。 以上因素应当依次考虑，最终才能确定具以上因素应当依次考虑，最终才能确定具有竞争力的有竞争力的plc品牌。品牌。（2）选择）选择plc的型号的型号 在在plc品牌已经确定的情况下，需要选择品牌已经确定的情况下，需要选择plc的型号。事实上，在确定的型号。事实上，在确定plc品牌的过程品牌的过程中，基本上已经圈定了中，基本上已经圈定了plc产品的类别，这里产品的类别，这里需要的是进一步明确具体型号。需要的是进一步明确具体型号。 选择选择plc型号实质上是选择型号实质上是选择cpu的型号，的型号，在选定在选定cpu的前提下才能完成的前提下才能完成plc的配置。选的配置。选

11、择择cpu型号的考虑因素主要是性能指标，如：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、网络连接数量等，使其满足招标书中指定的性能指标要求。性能指标要求。（3）完成）完成plc的配置的配置 cpu型号选定后，可以进行整个型号选定后，可以进行整个plc系统的配系统的配置，具体如下：置，具体如下：l 根据根据cpu配置背板、扩展接口卡件、网络通信配置背板、扩展接口卡件、网络通信卡件等。如果对卡件等。如果对plc有高可靠性要求，则需按有高可靠性要求，则需按照冗余架构和热插拔要求选择照冗余架

12、构和热插拔要求选择cpu、背板及切、背板及切换组件。换组件。l 根据招标书或施工图提供的分类点数进行根据招标书或施工图提供的分类点数进行i/o卡卡件的配置，件的配置，i/o卡件的总点数要比实际点数多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，则需配置成独立的冗余架构，则需配置成独立的i/o站，并要配置站，并要配置相应的现场总线通信卡。如果有热插拔要求，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。则需选择支持热插拔的卡件及底座。l 根据网络架构，配置网络产品，如交换机、光根据网络架构，配置网络产品，

13、如交换机、光端机、光缆、通信电缆、连接器、通信网关等端机、光缆、通信电缆、连接器、通信网关等。l 计算计算plc系统的功耗，根据功耗数据确定直流系统的功耗，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电源的容量，并选配合适的电源模块或通用的直流电源。直流电源。l 根据实际需求，选配组态软件，作为人机界面根据实际需求，选配组态软件，作为人机界面的开发与运行平台。的开发与运行平台。l 根据实际需求，选配第三方产品，如：工控机根据实际需求，选配第三方产品，如：工控机、触摸屏等。、触摸屏等。3.2.2 直流电源容量的计算直流电源容量的计算 对于任何对于任何plc系统都需要直流电源提供本

14、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）机模块和外部负载（现场仪表、执行机构等）所需的能源。所需的能源。plc的直流电源有两种选择：专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须采用同系列plc产品的电源模块，后者可以产品的电源模块，后者可以采用同厂商的通用直流电源产品，甚至第三方采用同厂商的通用直流电源产品，甚至第三方的产品。的产品。 为了保证为了保证plc系统的正常运行，直流电源系统的正常运行，直流电源的容量必须大于的容量必须大于plc系统的功耗，且有一定的系统的功耗，且有一定的裕量。对于不同

15、厂商的裕量。对于不同厂商的plc而言，而言，cpu以及各以及各类卡件的功耗是不同的，即使同一厂商不同型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。相应手册的技术参数。尽管存在着尽管存在着cpu及各类卡件功耗的差异性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，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：相同的，具体如下：l 对于使用多种电源电压的卡件，功耗要分别计对于使用多种电源电压的卡件，功耗要分别计算。如：使用算。如：使用5v dc和和24v dc的功耗要分别计的功

16、耗要分别计算。算。l 空载（卡件本身消耗）和带载（外部负载消耗空载（卡件本身消耗）和带载（外部负载消耗）的功耗要分别计算。）的功耗要分别计算。l 总功耗为各项功耗之和。总功耗为各项功耗之和。l plc背板总线的总功耗不能超出额定上限值，背板总线的总功耗不能超出额定上限值，如：如：5v dc的总功耗。的总功耗。l 直流电源的容量应大于直流电源的容量应大于plc系统的总功耗，并系统的总功耗，并有有20%以上的裕量。以上的裕量。 cpu及各类卡件的供电特点：及各类卡件的供电特点：l plc采用采用24v dc电源模块，该电源模块输出两电源模块，该电源模块输出两种电压，种电压，5v dc用于背板总线供

17、电，用于背板总线供电，24v dc用用于卡件自身（空载）及外部负载（通道）供电于卡件自身（空载）及外部负载（通道）供电。l s7 300背板总线上的累积功耗不得超过背板总线上的累积功耗不得超过1.2a。l cpu不使用不使用5v dc ，di卡无空载功耗。卡无空载功耗。3.2.3存储器容量的估算与选择存储器容量的估算与选择（一）（一）plc存储器的分类存储器的分类 plc是一种以微处理器为核心的控制装置，存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。尽管储器是其必须配置的部件。尽管plc的存储器的存储器与普通计算机的存储器并无本质区别，但它的与普通计算机的存储器并无本质区别，但

18、它的分配方式、管理方式和实现方式仍有较大差异分配方式、管理方式和实现方式仍有较大差异。 按存储器的特性划分，按存储器的特性划分， plc中的存储器可分中的存储器可分为：为：l 只读存储器（只读存储器（rom）存储器中存放着相当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、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，它和硬件一中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该起决定了该plc 的性能。的性能。 l

19、 随机存取存储器（随机存取存储器（ram）用于执行程序代用于执行程序代码、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。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，按照随机存取存储器的功能划分，plc中中的的ram存储器又可分为：存储器又可分为：l 工作存储器工作存储器用于执行程序代码、处理程序用于执行程序代码、处理程序数据，该存储器集成在数据，该存储器集成在cpu中，可以定义其中中，可以定义其中部分区域具有失电保持性，但一般不能扩展。部分区域具有失电保持性，但一般不能扩展。l 数据存储器数据存储器用于存放输入输出过

20、程映像、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，该存储器集成在存储区，该存储器集成在cpu中，可以定义其中，可以定义其中部分区域具有失电保持性，但一般不能扩展中部分区域具有失电保持性，但一般不能扩展。l 用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户编制的应用用于存放用户编制的应用程序、数据块和组态数据，该存储器可以集成程序、数据块和组态数据，该存储器可以集成在在cpu中，也可以采用外插的存储卡，具有失中，也可以采用外插的存储卡，具有失电保持性，可以扩展。电保持性，可以扩展。应当指出，尽管上述应当指出，尽管上述ram存储器的分

21、类具存储器的分类具有通用性，但分类的命名与各个有通用性，但分类的命名与各个plc厂商的习厂商的习惯有关。例如，对于西门子公司的惯有关。例如，对于西门子公司的s7-300系列系列plc，其，其cpu的的ram存储器分为以下三种：存储器分为以下三种：l 主存储器（亦称工作存储器）主存储器（亦称工作存储器）工作存储器工作存储器，集成在，集成在cpu中，可以定义其中部分区域具有中，可以定义其中部分区域具有失电保持性，不能扩展。失电保持性，不能扩展。l 系统存储器系统存储器数据存储器，集成在数据存储器，集成在cpu中，中，可以定义其中部分区域具有失电保持性，不能可以定义其中部分区域具有失电保持性，不能扩

22、展。扩展。l 装载存储器装载存储器用户程序存储器，使用微型存用户程序存储器，使用微型存储卡（储卡（micro memory card ，简称，简称mmc卡）卡）或闪存卡，程序下载就是写到用户程序存储器或闪存卡，程序下载就是写到用户程序存储器中。中。l （二）（二）plc存储器容量的估算存储器容量的估算 在在plc的编程软件里，一般都具有在线监的编程软件里，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，即使发现程序开发完之后，即使发现plc的存储器容量的存储器容量偏小，也无能为力，因为工作存储器和数据存偏小，也无能为力，因为工作存

23、储器和数据存储器一般是集成在储器一般是集成在cpu中的，此时更换中的，此时更换cpu已已无可能。无可能。 从系统配置的角度而言，估算从系统配置的角度而言，估算plc存储器存储器的容量可以在很大程度上避免选型失误，有一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。定的实用意义。（1）估算工作存储器）估算工作存储器 工作存储器的估算应参考工作存储器的估算应参考plc厂商提供的厂商提供的方法，以西门子公司的方法，以西门子公司的s7-400系列系列plc为例，为例，估算公式如下：估算公式如下：l 输入输出过程映像所使用的存储器容量（字节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

24、程映像所占的字节数输入输出过程映像所占的字节数l 通信所使用的存储器容量（字节）通信所使用的存储器容量（字节）72*通信任通信任务数务数l 诊断缓存所使用的存储器容量（字节）诊断缓存所使用的存储器容量（字节）32*诊诊断实体数断实体数l 本地数据（局部变量）所使用的存储器容量（本地数据（局部变量）所使用的存储器容量（字节）按实际计算字节）按实际计算 自动化工程解决方案实质上是自动化工程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。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

25、的相关概念 自动化解决方案在自动化工程中具有极其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：重要的地位，其原因是：l 自动化解决方案是与用户沟通的桥梁自动化解决方案是与用户沟通的桥梁通过通过介绍自动化解决方案可以展示公司的实力，赢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。得用户的信任。l 自动化解决方案是评标的重要指标自动化解决方案是评标的重要指标在招投在招投标过程中，高水平的解决方案可以获得评委的标过程中，高水平的解决方案可以获得评委的高分，提高中标概率。高分，提高中标概率。l 自动化解决方案是工程实施的参照依据自动化解决方案是工程实施的参照依据在在工程实施的前期，

26、要以投标书中提出的解决方工程实施的前期，要以投标书中提出的解决方案为基础进行修改和细化，使其更具有可操作案为基础进行修改和细化，使其更具有可操作性。性。 按照用途的不同，自动化解决方案可以分成按照用途的不同，自动化解决方案可以分成以下几类：以下几类：l 交流方案交流方案在与用户技术交流时提供的解决方在与用户技术交流时提供的解决方案，又可分为两类：案，又可分为两类：介绍性的解决方案介绍性的解决方案用于向用户介绍控制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。行业背景的熟悉程度，增加用户的信任感。研讨性的解

27、决方案研讨性的解决方案用于和高水平用户进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。优势，影响用户的技术决策。l 投标方案投标方案项目投标书提供的解决方案，主要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。用于评标，必须响应招标书的要求。l 实施方案实施方案在工程实施前期提供的解决方案，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。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：对自动化解决方案的基本要求：l 行业性行业性自动化解决方案是面向实际问题的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。的解决方案才能得到用户的认同。l 先进性先进性自动化解决方案应有适度的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，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。自动化系统的主流发展趋势。l 可靠性可靠性自动化