一、项目的系统架构设计1、如果I/O点数量少且集中,可采用集中式I/O布线结构。即将I/O模块全部放置于PLC的主机架上,所有的I/O线缆集中汇聚至控制室的机柜内。
2、如果I/O点数量多且分散,必须采用分布式Distributed I/O结构,以减少I/O布线长度、线缆费用、线缆敷设工作量,和减少中心控制室机柜线缆的汇聚数量。
3、如果采用分布式Distributed I/O结构,并只能直接安装于生产现场时,依现场的环境状况不同,还要针对性的选择分布式Distributed I/O机架结构。例如:有高温、有腐蚀、有冲击震动的环境,应选用高防护等级的ET200pro、ET200eco等模块;有易燃易爆危险的化工环境,应选用本质安全型的ET200isp模块;对于机电液一体化的加工驱动设备,可选用ET200s模块,以减少柜内继电器、接触器的选型设计、配线安装;无特殊环境要求的,可选用性价比高的ET200M模块和热拔插结构。
4、每种I/O类型(即:AI、AO、DI、DO)的I/O模块都应预留10%~15%的通道备用。
5、对于主机架PLC,如果是用于热电站、热工或化工的过程控制,通常控制回路多,控制模型复杂、数学运算量大,因此要求CPU存储容量大、运算处理能力强,所以应选用S7-400系列;对于要求极高可靠性的,例如:冶炼高炉、核心动力风机、水库大坝、高压锅炉容器、高危化工反应等,可选用S7-400H系列;如果是电气顺序逻辑控制、电气联锁保护控制、机电液一体化控制,则可选用性价比高的S7-300系列。
6、对于软件系统工具,如果是PID调节回路数量多、控制模型复杂、数学运算量大的系统,应选用CFC工具;而对于分散型、跨区域、交叉联锁的复杂控制,和要求集中数据采集、分析处理、集中监控操作和报警,和多操作终端的过程控制环境,就应选择PCS 7系统了。
7、监控操作站OS数量超过6台以上,且分散放置,为减轻PLC的通讯负荷,和便于生产过程数据的集中管理和处理,应增设服务器(WinCC Server);如果对生产过程数据管理的稳定性、可靠性要求高时,还可增设冗余备份服务器(WinCC Redundant Server)。
二、机柜设计与电气安装1、机柜前门上下应尽可能开通风窗散热。环境温度过高,且无空调降温的环境,柜内应加装风扇强制散热。
2、室外露天安装的机柜、操作箱、接线箱等,箱柜外壳钢板应足够厚而坚固,箱柜顶部钢板应制作倾斜,以防积水;箱柜顶部钢板还应加宽边缘,以防滴水浸入柜内。
3、机柜前后都开门,电气元器件则安装固定于柜内竖立钢板的前后,则过线穿孔边缘应尽量用胶圈覆盖。
4、柜内底部应加装电气接地铜排(PE排)和多颗接线螺栓,以及防雷接地铜排(IE排),并且PE排和IE排必需分开加装。
5、柜内元器件接地线应足够粗,并用螺栓牢固拧紧。
6、柜外光线或照度不明亮的环境,柜内应加装照明灯。
7、柜内底部缆线槽施工完后,应加装防鼠板和敷设防火泥。
8、就地安装的机柜、操作箱、接线箱等应尽量远离高温、粉尘、潮湿、易燃易爆,及有腐蚀的环境。
9、缆线敷设时应将动力线和信号线、网线分开敷设。如果缆线是平行路由,应将托盘桥架分层架设后,分层敷设放置。
10、缆线敷设时还应尽量避开高温环境。
11、托盘桥架分出线至操作箱、接线箱、传感器、变送器、调节阀、电磁阀和驱动电机等之间,应穿套金属软管或金属硬管加以保护。
12、现场各种传感器、变送器、调节阀、电磁阀等设备的安装,既要保证信号的可靠检测和机构的执行动作,还要利于日后的安全和维护。例如:安装于高空或悬空的设备,应搭设安全可靠的扶梯或检修操作平台。
三、供电系统设计1、电源供电及其重要,所以一定要合理选择各个空开分断容量、总开关和分开关的分断容量。
2、一定要将主机架供电、I/O模块驱动供电、继电器和指示灯供电、现场电磁阀供电、现场仪表传感器和调节阀供电,严格区分开,以免某个电源故障或某一路供电中断后相互影响牵连。
3、有条件和重要的系统,都应增设UPS电源,以提高供电可靠性和稳定性。并且UPS电源容量选择时,应考虑在供电负荷满载后仍保留20%的富余量。
四、系统通讯接口和网络架构1、如果考虑与当前流行的TCP/IP通讯协议兼容性,则应在S7-300/400主机架上分别增设CP343-1或CP443-1以太网(Ethernet)通讯模块,或直接选用带PN/DP接口标识的CPU模块,进行PROFINET(工业实时以太网)协议通讯。
2、当运动(传动)控制装置数量较多时,应将运动(传动)控制网络与普通的分布式Distributed DP I/O 站点网络,在物理通讯接口上分离,以减轻网络通讯负荷,增强通讯实时性。例如:可选用CPU 414-3 DP、CPU 416-3 DP模块,或增设CP343-5、CP443-5模块。
3、当要求通讯数据实时流量大,以及AS站、OS站和ES站数量较多时,应采用高质量的应用于工业环境的交换机(Switch)或光纤(Optical Fiber)通讯介质。
4、对于要实现高精度的运动(传动)控制对象,就应采用SCALANCE X IRT系列交换机。
5、对于分布式Distributed DP I/O 站点间的通讯连线距离,如果波特率默认1.5Mbit/s时,连线距离<200m,超长后只能降低波特率为500Kbit/s了;如果欲保持1.5Mbit/s波特率,应增设中继器(Repeater),或采用光纤(Optical Fiber)通讯介质。
6、需要生产过程数据实时动态向车间和厂级管理部门发布,以利管理层实时了解掌握生产信息,并分析决策后指导生产和调度,应采用具有WEB功能的监控软件系统结构(WinCC Browser/Server)。
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