自动化项目的工程管理.ppt

自控工程项目自控工程项目 开发与管理开发与管理华东理工大学信息学院华东理工大学信息学院 黄河清黄河清第一部份第一部份 工程师技术实务工程师技术实务第第3 3章章 PLCPLC的选型与配置的选型与配置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：l 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 摸屏等l 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 l 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 l 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： l S7-400，不支持冗余架构，使用Step 7 编程软 件 l S7-400H，支持冗余架构，使用Step 7 编程软 件中型PLC： l S7-300系列，使用Step 7 编程软件 l S7-1500系列，新型、高性能的PLC，使用TIA 博途 (TIA Portal) 软件平台小型PLC ： l S7-1200系列，使用Step 7 Basic编程软件 l S7-200系列，使用Step7 Micro/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：Modicon Quantum系列，可以支持冗余 架构，使用Unity Pro编程软件 中型PLC： l Modicon Premium系列，使用Unity Pro 编程 软件 l Modicon M340系列，使用Unity Pro 编程软 件小型PLC ： l Modicon M258系列，使用SoMachine编程软 件。

l Modicon M238系列，使用SoMachine编程软 件 l Modicon M218系列，使用SoMachine编程软 件 组态软件：Vijeo Citect （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 RSLogix 5000 编程软件 中型PLC：CompactLogix系列，使用RSLogix 5000 编程软件小型PLC ： l MicroLogix系列，使用RSLogix 500 编程软 件 l Micro800系列，使用CCW（Connected Components Workbench） 编程软件DCSDCS：：PlantPAxPlantPAx系统，使用系统，使用ControlLogixControlLogix系列系列 和和AADvanceAADvance系统的系统的I/OI/O站 安全控制系统：安全控制系统：AADvanceAADvance（（ICS TriplexICS Triplex产品）产品） 组态软件：组态软件：FactoryTalk View SEFactoryTalk View SE3.2 PLC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一3.2.1 PLC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： l 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 l 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l 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 l 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 l 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：l 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l 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 l 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 l 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 l 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。

l 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：l 对于使用多种电源电压的卡件，功耗要分别计 算如：使用5V DC和24V DC的功耗要分别计 算 l 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l 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， 如：5V DC的总功耗 l 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：l PLC采用24V DC电源模块，该电源模块输出两 种电压，5V DC用于背板总线供电，24V DC用 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1.2A l CPU不使用5V DC ，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： l 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 l 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：l 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。

l 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 l 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：l 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 l 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 l 装载存储器——用户程序存储器，使用微型存 储卡（Micro Memory Card ，简称MMC卡） 或闪存卡，程序下载就是写到用户程序存储器 中 l （二）PLC存储器容量的估算在PLC的编程软件里，一般都具有监 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：l 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 l 通信所使用的存储器容量（字节）﹦ ﹦ 72*通信任 务数 l 诊断缓存所使用的存储器容量（字节）﹦ ﹦ 32*诊 断实体数 l 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 2）估算用户程序存储器）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复杂性有关，而应用程序的复杂性又与I/O I/O 点数点数 有一定关系，故：有一定关系，故：用户程序所使用的存储器容量（字节）用户程序所使用的存储器容量（字节）﹦ ﹦ ﹦ ﹦ （（ 10×10×数字量数字量I/OI/O点数点数+100×+100×模拟量模拟量I/OI/O点数）点数） ×125%×125%第第4 4章章 自动化工程解决自动化工程解决方案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：l 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l 自动化解决方案是评标的重要指标——。