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)成套設備技術方案*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、設計原則：32、系統(tǒng)配置42.1控制系統(tǒng)主要設備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)絡配置方案103.5 設備明細144保護方案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*,設計規(guī)模為3.00Mt/a（預留150Mt/a主洗車間）。針對*廠的技術方案，我們做了詳細的控制方案，包括：集控室上位機監(jiān)控方案、邏輯控制方案、過程控制方案、網(wǎng)絡配置方案。第二章、總體方案1、設計原則：根據(jù)技術要求，本廠控制系統(tǒng)成套設備方案分為：

2、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)方案、和各種保護方案。根據(jù)標書要求系統(tǒng)形成后，*廠在自動化技術裝備和控制上達到國內(nèi)先進水平。生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化檢測、控制與監(jiān)視，實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)控操作。主要生產(chǎn)指標及設備工況信息實現(xiàn)實時采集，并實現(xiàn)信息處埋、查詢網(wǎng)絡化。建立分層次的網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)管、控一體化;實現(xiàn)與廠計算機網(wǎng)絡與與園區(qū)計算機網(wǎng)絡的互聯(lián)，集控數(shù)據(jù)可通過opcge口上傳至園區(qū)信息中心。本工程設計滿足先進性、可靠性、實用性、經(jīng)濟性、可升級和標準化等方面的要求。2、系統(tǒng)配置根據(jù)*廠工藝特點，在廠綜合樓集控室內(nèi)設置控制臺1套，配置生產(chǎn)監(jiān)控工作站，對設備運行集中管理、控制，并打印報表等。PLC控制站分布如下：主廠房配電室設

3、置1套準備車間配電室設置1套壓車間配電室設置1套6號轉(zhuǎn)載點變配電室設置2套I/O控制分站分布如下：車間配電室設置1套1號轉(zhuǎn)載點配電室設置1套7號轉(zhuǎn)載點配電室設置1套原倉上配電室設置1套產(chǎn)品倉上配電室設置1套中倉下配電室設置1套2.1控制系統(tǒng)主要設備西門子控制系統(tǒng)SIMATIC過程控制系統(tǒng)的應用，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。高程度的模塊化和可擴展性，使系統(tǒng)達到最優(yōu)，以適應相應的工藝過程，如需要，今后還可進行擴充。巨大的降成本潛能來自于：?整個應用系統(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應用?通過預制的技術和工業(yè)標準塊進行面向技術的組態(tài)?從現(xiàn)場級到管理級均

4、可識別的通訊裝置?高標準的SIMATIC元件的使用保證了系統(tǒng)的長期可靠性，降低了成本，減少了備件存儲費用。?標準技術的應用和系統(tǒng)的開放性使之可與任意數(shù)量的第三方系統(tǒng)連接，并且可降低培訓費用。世界級合作伙伴全球領域內(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如下：?程序運算速度：位和整數(shù)運算0.1us,浮點運算0.6us;?I/O能力：開關量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)，擴展內(nèi)存可至64MB?通訊接口：多點接口MPI;PROFIBUS-DP:12MB/S;以太網(wǎng)?設計制造

5、標準：DIN、ENIEC?國際認證：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，在集控室設上位機，上位機將完成以下功能： 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、皮帶運量、灰份、電動機電流，閥門和閘門開度等。 系統(tǒng)參數(shù)修改：為了適應生產(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、啟停及設備狀態(tài)信息的顯示。 PLC應用程序的編輯修改。 設置豐富的畫面功能：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、事故報警的隨機打印等功能。集控室上位機將數(shù)據(jù)實時提供給調(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)濟效益和社會效益。3.2邏輯控制方案根據(jù)技術要求，本系統(tǒng)選用西門子SIMATICS7-400產(chǎn)品，對工藝系統(tǒng)參控設備進行程序自動控制

7、?？刂葡到y(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、通訊接口功能和強大的網(wǎng)絡控制功能。主機結構為模塊式結構，便于系統(tǒng)維護和擴展。順控邏輯設計符合工藝系統(tǒng)的控制要求。系統(tǒng)采用在集控室計算機上集中進行操作，由操作人員對運行系統(tǒng)和控制方式進行選擇，以實現(xiàn)單臺設備啟動和自動順序啟停功能?？刂乒δ馨ǎ?啟動預告功能：系統(tǒng)啟動前，設備啟車預告功能可以通過笛、鈴或語音向現(xiàn)場設備發(fā)啟動預告信號，以提醒工作人員注意安全； 具有設備禁止啟動功能：在預告期間，監(jiān)控系統(tǒng)上位機若接收到現(xiàn)場禁啟信號，則禁止啟動設備，并自動記錄禁啟設備號；否則按逆流順序啟車； 啟動/暫停功能：在啟車過程中，若有

8、任一臺設備故障或禁啟，系統(tǒng)立即暫停啟車過程，閉鎖來源設備，延時一定時間（延時時間可在一定范圍內(nèi)設定），在延時時間內(nèi)，己啟動的設備不停，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備； 事故處理、暫停/解除功能：在設備運行過程中，當某臺設備發(fā)生故障時，故障設備至源側各設備立即停車，故障點以后的設備延時停車。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，未停完的設備不再繼續(xù)停車。系統(tǒng)向各設備重新發(fā)啟動預告信號，預告結束后，便自動啟車至源頭，使系統(tǒng)恢復正常運行，以減少設備的頻繁啟停，降低設備的損壞率； 診斷功能：系統(tǒng)具有先進的綜合診斷功能，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)絡功能：系統(tǒng)與I/0之間采用遠程I/0體系結構，該遠程I/0系統(tǒng)將I/O分別設置在配電室。系統(tǒng)主機與上位機之間采用工業(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準通訊功能，使系統(tǒng)通訊結構簡單，性能高，滿足計算機與控制器之間的緊密聯(lián)系，完成實時數(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)度人員在計算機鍵盤實現(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)鎖手動遠萬操作，解鎖手動在就地操作箱上操作；聯(lián)鎖手動是運行人員按逆流方向一對一啟動設備，按順流的方向一對一停止設備，流程內(nèi)設備存在聯(lián)鎖關系

10、；9解鎖手動是運行人員可隨意啟停任一臺設備，此時無任何聯(lián)鎖關系。每個保護聯(lián)鎖均設置軟手動解除開關；3.3 過程控制方案在*廠中，過程控制是至關重要的，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)濟效益，所以設計的思路、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)過程變量大于設定值過程變量小于設定值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)絡配置方案經(jīng)過對技術要求的詳細研究與理解，為了充分滿足該技術要求，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)絡應該是分級的：現(xiàn)場監(jiān)控級要求時實性高、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、先進的方法將系統(tǒng)合理分級，每級的通訊負荷要均衡。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總線設備等。因此，采集過程數(shù)據(jù)的方式要靈活、可靠、先進，如：采用分布式I/O,現(xiàn)場總線的主從通訊技術及FDL接口技術等。針對上述特點，下面進行詳細介紹。本系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡共分兩級：1）現(xiàn)場監(jiān)控級采用100M光纖環(huán)路工業(yè)以太網(wǎng)，以滿足時實性高、通訊安全可靠的要求。此網(wǎng)段共有6個站點，2個操作站和4個現(xiàn)場控制站。其中2個操作站采用OPC技術做服務器，（

12、以滿足未來園區(qū)網(wǎng)絡管理的要求）負責上一級（數(shù)據(jù)服務器）的服務請求，這樣上一級不會對本級產(chǎn)生影響。本級的站點是4個，所以，通訊負荷突變不大，保證了4個控制站之間的快速點對點通訊、不同站的設備之間的連鎖及數(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，我們預測將來的網(wǎng)絡架構為：兩個操作站具有雙網(wǎng)卡，一塊西門子專用網(wǎng)卡與交換機連接，負責在操作站與現(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)服務器所在網(wǎng)連接，這樣使數(shù)據(jù)服務器所在網(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)上的站點安全可靠的運行。數(shù)據(jù)服務器可以11配置為冗余服務器，具有雙網(wǎng)卡使其與園區(qū)局域網(wǎng)物理隔離，更進一步保證了監(jiān)控級光纖環(huán)網(wǎng)上的站點安全可靠的運行。園區(qū)管理級利用局域網(wǎng)從數(shù)據(jù)服務器讀取數(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，也可以采用OPCActiveX控件技術讀取動態(tài)數(shù)據(jù)。綜上所述，系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡采用分級結構，根據(jù)每一級的不同要求采用針對性技術，防止了各級的互相干擾，均衡了各級的負荷，保證了整個系統(tǒng)安全、可靠地運行。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、風扇和箱內(nèi)照明等器件構成。所有現(xiàn)場控制站都通過有線網(wǎng)絡方式連接到系統(tǒng)總線上并與集控室服務器通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊。每個現(xiàn)場控制站都自成系統(tǒng)，可以獨立運行。不受其他現(xiàn)場控制站或服務器故障停機的影響?，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)場總線技術的要求。S7-400有以下特點：- -功能強大的PLC,適用于中高性能控制領域。- -滿足最復雜的任務要求。12-實現(xiàn)分布式系統(tǒng)和擴展通訊能力都很簡便，組成系統(tǒng)靈活自如。- -用戶友好性強，操作簡單，免風扇設計。- -隨著應用的擴大，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，在運行時即可更換模板，以保證系統(tǒng)連續(xù)不間斷運行，顯著節(jié)省維護時間和減少維護時間。密封的模塊、無風扇運行以及安全起動和停止更能保證AS400的經(jīng)久耐用。機架內(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 遠程I/O站ET200繇列遠程輸入輸由模塊用于擴展中央控制器的遠程輸入輸

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。這可通過在中央處理單元插入多個通訊處理器來實現(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點的AC220V模塊,DO選用32點的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，可以保證控制核心穩(wěn)定、可靠地運行。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設備明細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