自动化项目的工程管理

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份工程师技技术实务务第3章PLC的选型与与配置3.1主流的PLC产品从市场份份额的角角度看，，西门子子（Siemens）、施耐耐德（Schneider）和罗克克韦尔（（Rockwell）公司的的PLC产品居前前三位，，属于一一线品牌牌。尤其其在中国国市场，，西门子子和施耐耐德的PLC应用最为为广泛。。欧姆龙（（OMRON）和三菱菱公司（（Mitsubishi）的PLC产品也有有一定的的占有率率，属于于二线品品牌。台台湾公司司的PLC产品也时时有见到到，而大大陆公司司的PLC产品聊胜胜于无，，所占有有的市场场份额几几乎可以以忽略不不计。3.1..1主流PLC的共同特特点西门子、、施耐德德和罗克克韦尔PLC所具有的的共同特特点是：：产品线长长，涵盖盖了高、、中、低低档的PLC。配套产品品多，有有网络产产品、电电源产品品和工业业触摸屏屏等。软件产品品丰富，，不仅有有组态软软件，还还有MES（制造执执行系统统）套装装软件。。质量可靠靠，已经经通过了了国际、、美国以以及欧洲洲的多种种认证，，可以用用于安全全性、可可靠性要要求高的的场合。。业绩众多多，覆盖盖了大多多数工业业领域。。3.1..2主流PLC的产品系系列（1）西门子子PLC的主要产产品系列列大型PLC：S7-400，不支持持冗余架架构，使使用Step7编程软件件。S7-400H，支持冗冗余架构构，使用用Step7编程软件件。中型PLC：S7-300系列，使使用Step7编程软件件。S7-1500系列，新新型、高高性能的的PLC，使用TIA博途(TIAPortal)软件平台台。小型PLC：S7-1200系列，使使用Step7Basic编程软件件。S7-200系列，使使用Step7Micro/Win32编程软件件。

DCS：PCS7系统，使使用S7-400H作为硬件件平台。。安全控制制系统：：S7-400FH系统，使使用S7-400FH作为硬件件平台。。组态软件件：WinCC（2）施耐德德PLC的主要产产品系列列大型PLC：ModiconQuantum系列，可可以支持持冗余架架构，使使用UnityPro编程软件件。中型PLC：ModiconPremium系列，使使用UnityPro编程软件件。ModiconM340系列，使使用UnityPro编程软件件。小型PLC：ModiconM258系列，使使用SoMachine编程软件件。ModiconM238系列，使使用SoMachine编程软件件。ModiconM218系列，使使用SoMachine编程软件件。组态软件件：VijeoCitect（3）罗克韦韦尔PLC的主要产产品系列列大型PLC：ControlLogix系列，支支持冗余余架构，，使用RSLogix5000编程软件件。中型PLC：CompactLogix系列，使使用RSLogix5000编程软件件。

小型PLC：MicroLogix系列，使使用RSLogix500编程软件件。Micro800系列，使使用CCW（ConnectedComponentsWorkbench）编程程软件。。

DCS：PlantPAx系统，使使用ControlLogix系列和AADvance系统的I/O站。安全控制制系统：：AADvance（ICSTriplex产品）组态软件件：FactoryTalkViewSE3.2PLC系统的选选型与配配置PLC的选型与与配置是是控制系系统设计计阶段以以及招投投标阶段段的一项项重要工工作，其其结果直直接影响响到控制制系统的的实现成成本和后后期的工工程实施施。因此，掌掌握PLC的选型与与配置的的基本思思路和要要点是工工程师应应当具备备的能力力之一。。3.2..1PLC系统的选选型与配配置要点点PLC的选型与与配置是是一个相相当复杂杂过程，，不仅要要考虑到到相关技技术问题题，而且且还要考考虑到商商务和成成本问题题，其大大体的步步骤如下下：（1）确定PLC的品牌PLC品牌的选选择受到到多种因因素的限限制，具具体如下下：用户指定定——用户在招招标书中中一般会会指定品品牌选择择的范围围，此时时，PLC只能在指指定的品品牌中选选择。技术性能能——知名PLC品牌均各各有所长长，但针针对具体体问题则则会有技技术上的的差异。。例如：：系统规规模、可可靠性、、系统架架构、通通信方式式、软件件平台等等诸方面面都是需需要考虑虑的问题题。实现成本本——当针对具具体问题题时，不不同的PLC会有成本本上的差差异，如如采购成成本、产产品档次次、第三三方配套套产品等等。商务授权权——在投标过过程中，，必须提提供PLC厂商的授授权。对对于PLC厂商只允允许单一一授权的的项目，，PLC品牌的选选择将受受到限制制。熟悉程度度——在其它条条件相近近的情况况下，优优先选择择熟悉的的PLC，以降低低实施难难度和成成本。以上因素素应当依依次考虑虑，最终终才能确确定具有有竞争力力的PLC品牌。（2）选择PLC的型号在PLC品牌已经经确定的的情况下下，需要要选择PLC的型号。。事实上上，在确确定PLC品牌的过过程中，，基本上上已经圈圈定了PLC产品的类类别，这这里需要要的是进进一步明明确具体体型号。。选择PLC型号实质质上是选选择CPU的型号，，在选定定CPU的前提下下才能完完成PLC的配置。。选择CPU型号的考考虑因素素主要是是性能指指标，如如：运算算速度、、存储器器容量、、通信方方式、扩扩展能力力、网络络连接数数量等，，使其满满足招标标书中指指定的性性能指标标要求。。（3）完成PLC的配置CPU型号选定定后，可可以进行行整个PLC系统的配配置，具具体如下下：根据CPU配置背板板、扩展展接口卡卡件、网网络通信信卡件等等。如果果对PLC有高可靠靠性要求求，则需需按照冗冗余架构构和热插插拔要求求选择CPU、背板及及切换组组件。根据招标标书或施施工图提提供的分分类点数数进行I/O卡件的配配置，I/O卡件的总总点数要要比实际际点数多多20%以上，以以便于临临时增加加点数。。如果采采用了冗冗余架构构，则需需配置成成独立的的I/O站，并要要配置相相应的现现场总线线通信卡卡。如果果有热插插拔要求求，则需需选择支支持热插插拔的卡卡件及底底座。根据网络络架构，，配置网网络产品品，如交交换机、、光端机机、光缆缆、通信信电缆、、连接器器、通信信网关等等。计算PLC系统的功功耗，根根据功耗耗数据确确定直流流电源的的容量，，并选配配合适的的电源模模块或通通用的直直流电源源。根据实际际需求，，选配组组态软件件，作为为人机界界面的开开发与运运行平台台。根据实际际需求，，选配第第三方产产品，如如：工控控机、触触摸屏等等。3.2..2直流电源源容量的的计算对于任何何PLC系统都需需要直流流电源提提供本机机模块和和外部负负载（现现场仪表表、执行行机构等等）所需需的能源源。PLC的直流电电源有两两种选择择：专用用的直流流电源模模块和通通用的直直流电源源。前者者必须采采用同系系列PLC产品的电电源模块块，后者者可以采采用同厂厂商的通通用直流流电源产产品，甚甚至第三三方的产产品。

为了保证证PLC系统的正正常运行行，直流流电源的的容量必必须大于于PLC系统的功功耗，且且有一定定的裕量量。对于于不同厂厂商的PLC而言，CPU以及各类类卡件的的功耗是是不同的的，即使使同一厂厂商不同同型号的的卡件也也有差异异，因此此，进行行计算时时要参考考相应手手册的技技术参数数。尽管存在在着CPU及各类卡卡件功耗耗的差异异性，但但直流电电源容量量计算与与选型的的基本原原则还是是相同的的，具体体如下：：对于使用用多种电电源电压压的卡件件，功耗耗要分别别计算。。如：使使用5VDC和24VDC的功耗要要分别计计算。空载（卡卡件本身身消耗））和带载载（外部部负载消消耗）的的功耗要要分别计计算。总功耗为为各项功功耗之和和。PLC背板总线线的总功功耗不能能超出额额定上限限值，如如：5VDC的总功耗耗。直流电源源的容量量应大于于PLC系统的总总功耗，，并有20%以上的裕裕量。

CPU及各类卡卡件的供供电特点点：PLC采用24VDC电源模块块，该电电源模块块输出两两种电压压，5VDC用于背板板总线供供电，24VDC用于卡件件自身（（空载））及外部部负载（（通道））供电。。S7300背板总线线上的累累积功耗耗不得超超过1.2A。CPU不使用5VDC，DI卡无空载载功耗。。3.2..3存储器容容量的估估算与选选择（一）PLC存储器的的分类PLC是一种以以微处理理器为核核心的控控制装置置，存储储器是其其必须配配置的部部件。尽尽管PLC的存储器器与普通通计算机机的存储储器并无无本质区区别，但但它的分分配方式式、管理理方式和和实现方方式仍有有较大差差异。按存储器器的特性性划分，，PLC中的存储储器可分分为：只读存储储器（ROM）——存储器中中存放着着相当于于计算机机操作系系统的系系统程序序，包括括监控程程序、管管理程序序、命令令解释程程序、功功能子程程序、系系统诊断断子程序序、等由由制造厂厂商将其其固化在在EPROM中，用户户不能直直接存取取，它和和硬件一一起决定定了该PLC的性能。。随机存取取存储器器（RAM）——用于执行行程序代代码、处处理程序序数据，，存放过过程映像像和编程程元件数数据，存存储用户户程序和和组态数数据。

按照随机机存取存存储器的的功能划划分，PLC中的RAM存储器又又可分为为：工作存储储器——用于执行行程序代代码、处处理程序序数据，，该存储储器集成成在CPU中，可以以定义其其中部分分区域具具有失电电保持性性，但一一般不能能扩展。。

数据存储储器——用于存放放输入输输出过程程映像、、定时器器、计数数器等编编程元件件数据，，并作为为变量存存储区，，该存储储器集成成在CPU中，可以以定义其其中部分分区域具具有失电电保持性性，但一一般不能能扩展。。用户程序序存储器器——用于存放放用户编编制的应应用程序序、数据据块和组组态数据据，该存存储器可可以集成成在CPU中，也可可以采用用外插的的存储卡卡，具有有失电保保持性，，可以扩扩展。

应当指出出，尽管管上述RAM存储器的的分类具具有通用用性，但但分类的的命名与与各个PLC厂商的习习惯有关关。例如如，对于于西门子子公司的的S7-300系列PLC，其CPU的RAM存储器分分为以下下三种：：主存储器器（亦称称工作存存储器））——工作存储储器，集集成在CPU中，可以以定义其其中部分分区域具具有失电电保持性性，不能能扩展。。系统存储储器——数据存储储器，集集成在CPU中，可以以定义其其中部分分区域具具有失电电保持性性，不能能扩展。。装载存储储器——用户程序序存储器器，使用用微型存存储卡（（MicroMemoryCard，简称MMC卡）或闪闪存卡，，程序下下载就是是写到用用户程序序存储器器中。

（二）PLC存储器容容量的估估算在PLC的编程软软件里，，一般都都具有在在线监控控存储器器使用情情况的功功能。但但是，当当控制应应用程序序开发完完之后，，即使发发现PLC的存储器器容量偏偏小，也也无能为为力，因因为工作作存储器器和数据据存储器器一般是是集成在在CPU中的，此此时更换换CPU已无可能能。从系统配配置的角角度而言言，估算算PLC存储器的的容量可可以在很很大程度度上避免免选型失失误，有有一定的的实用意意义。（1）估算工工作存储储器工作存储储器的估估算应参参考PLC厂商提供供的方法法，以西西门子公公司的S7-400系列PLC为例，估估算公式式如下：：输入输出出过程映映像所使使用的存存储器容容量（字字节）﹦﹦12*输入输出出过程映映像所占占的字节节数通信所使使用的存存储器容容量（字字节）﹦﹦72*通信任务务数诊断缓存存所使用用的存储储器容量量（字节节）﹦32*诊断实体体数本地数据据（局部部变量））所使用用的存储储器容量量（字节节）按实实际计算算（2）估算用用户程序序存储器器用户程序序存储器器的占用用与控制制应用程程序的复复杂性有有关，而而应用程程序的复复杂性又又与I/O点数有一一定关系系，故：：用户程序序所使用用的存储储器容量量（字节节）﹦（（10×数字量I/O点数+100×模拟量I/O点数）×125%第4章自动动化工程程解决方案自动化工工程解决决方案实实质上是是自动化化工程的的技术方方案，但但由于是是面向实实际问题题解决的的技术方方案，故故称之为为解决方方案。4.1自动化解解决方案案的相关关概念自动化解解决方案案在自动动化工程程中具有有极其重重要的地地位，其其原因是是：自动化解解决方案案是与用用户沟通通的桥梁梁——通过介绍绍自动化化解决方方案可以以展示公公司的实实力，赢赢得用户户的信任任。自动化解解决方案案是评标标的重要要指标——在招投标标过程中中，高水水平的解解决方案案可以获获得评委委的高分分，提高高中标概概率。自动化解解决方案案是工程程实施的的参照依依据——在工程实实施的前前期，要要以投标标书中提提出的解解决方案案为基础础进行修修改和细细化，使使其更具具有可操操作性。。按照用途途的不同同，自动动化解决决方案可可以分成成以下几几类：交流方案案——在与用户户技术交交流时提提供的解解决方案案，又可可分为两两类：介绍性的的解决方方案——用于向用用户介绍绍控制系系统的基基本性能能，阐述述基本技技术构想想，展示示对行业业背景的的熟悉程程度，增增加用户户的信任任感。研讨性的的解决方方案——用于和高高水平用用户进行行较为深深入的技技术讨论论，阐述述解决方方案特点点和优势势，影响响用户的的技术决决策。投标方案案——项目投标标书提供供的解决决方案，，主要用用于评标标，必须须响应招招标书的的要求。。实施方案案——在工程实实施前期期提供的的解决方方案，相相对于投投标方案案更为具具体，也也更具可可操作性性。对自动化化解决方方案的基基本要求求：行业性——自动化解解决方案案是面向向实际问问题的技技术方案案，只有有针对行行业特点点、符合合行业要要求的解解决方案案才能得得到用户户的认同同。先进性——自动化解解决方案案应有适适度的先先进性，，其设计计理念、、系统架架构和设设备选型型等要符符合自动动化系统统的主流流发展趋趋势。可靠性——自动化解解决方案案应优先先考虑