如何按步驟實(shí)現一個(gè)完整的自動(dòng)化項目?
發(fā)布時(shí)間:
2024-07-16 09:29
一、工作內容
1、承擔自控技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)和實(shí)施;
2、編制最優(yōu)化控制計算機軟件;
3、參與編制項目的技術(shù)方案、項目建議書(shū)和可行性研究報告;
4、為項目的建設、安裝、調試、運行提供技術(shù)支持。
二、做一個(gè)PLC項目的大體流程如下
1、熟悉好現場(chǎng)環(huán)境和工藝流程
2、設計出安全可靠的控制方案
3、畫(huà)出電氣控制原理圖
4、確定好材料,制作材料物資明細表
5、編寫(xiě)PLC程序,組態(tài)監控畫(huà)面,設計PLC 機柜接線(xiàn)圖,并同時(shí)制作PLC機柜
6、溝通甲方,現場(chǎng)施工
7、現場(chǎng)調試,并完善工藝控制方案
8、組織甲方驗收項目
三、PLC 設計原則
1、最大限度的滿(mǎn)足被控對象提出的各項性能指標
為明確控制任務(wù)和控制系統應有的功能,設計人員在進(jìn)行設計前,就應深入現場(chǎng)進(jìn)行調查研究,搜集資料,與機械部分的設計人員和實(shí)際操作人員密切配合,共同擬定電氣控制方案,以便協(xié)同解決在設計過(guò)程中出現的各種問(wèn)題。
2、確??刂葡到y的安全可靠
電氣控制系統的可靠性就是生命線(xiàn),不能安全可靠工作的電氣控制系統,是不可能長(cháng)期投入生產(chǎn)運行的。尤其是在以提高產(chǎn)品數量和質(zhì)量,保證生產(chǎn)安全為目標的應用場(chǎng)合,必須將可靠性放在首位,甚至構成冗余控制系統。
3、力求控制系統簡(jiǎn)單
在能夠滿(mǎn)足控制要求和保證可靠工作的前提下,應力求控制系統構成簡(jiǎn)單。只有構成簡(jiǎn)單的控制系統才具有經(jīng)濟性、實(shí)用性的特點(diǎn),才能做到使用方便和維護容易。
4、留有適當的裕量
考慮到生產(chǎn)規模的擴大,生產(chǎn)工藝的改進(jìn),控制任務(wù)的增加,以及維護方便的需要,要充分利用PLC易于擴充的特點(diǎn),在選擇PLC的容量(包括存儲器的容量、機架插槽數、I/O點(diǎn)的數量等)時(shí),應留有適當的裕量。
四、PLC設計的基本步驟
在進(jìn)行PLC控制系統設計,盡管有著(zhù)不同的被控對象和設計任務(wù),設計內容可能涉及諸多方面,又需要和大量的現場(chǎng)輸入、輸出設備相連接,但是基本內容應包括以下幾個(gè)方面:
1、明確設計任務(wù)和技術(shù)條件
設計任務(wù)和技術(shù)條件一般以設計任務(wù)書(shū)的方式給出,在設計任務(wù)書(shū)中,應明確各項設計要求、約束條件及控制方式。因此,設計任務(wù)書(shū)是整個(gè)系統設計的依據。
2、確定用戶(hù)輸入設備和輸出設備
用戶(hù)的輸入、輸出設備是構成PLC控制系統中,除了作為控制器的PLC本身以外的硬件設備,是進(jìn)行機型選擇和軟件設計的依據。因此,要明確輸入設備的類(lèi)型(如控制按鈕、行程開(kāi)關(guān)、操作開(kāi)關(guān)、檢測元件、保護器件、傳感器等)和數量,輸出設備的類(lèi)型(如信號燈、接觸器、繼電器等執行元件)和數量,以及由輸出設備驅動(dòng)的負載(如電動(dòng)機、電磁閥等)。并進(jìn)行分類(lèi)、匯總。
3、選擇PLC的機型
PLC是整個(gè)控制系統的核心部件,正確、合理的選擇機型對于保證整個(gè)系統的技術(shù)經(jīng)濟性能指標起著(zhù)重要的作用。
PLC的選型應包括機型的選擇、存儲器容量的選擇、I/O模板的選擇等。
4、分配I/O地址,繪制I/O接線(xiàn)圖
通過(guò)對用戶(hù)輸入、輸出設備的分析、分類(lèi)和整理,進(jìn)行相應的I/O地址分配,并據此繪制I/O接線(xiàn)圖。
至此,基本完成了PLC控制系統的硬件設計。
5、設計控制程序
根據控制任務(wù)和所選擇的機型以及I/O接線(xiàn)圖,一般采用梯形圖語(yǔ)言設計系統的控制程序。設計控制程序就是設計應用軟件,這對于保證整個(gè)系統安全可靠的運行至關(guān)重要,必須經(jīng)過(guò)反復調試,使之滿(mǎn)足控制要求。
6、必要時(shí)設計非標準設備
在進(jìn)行設備選型時(shí),應盡量選用標準設備。如無(wú)標準設備可選,還可能需要設計操作臺、控制柜、模擬顯示屏等非標準設備。
7、編制控制系統的技術(shù)文件
在設計任務(wù)完成后,要編制系統的技術(shù)文件。技術(shù)文件一般應包括設計說(shuō)明書(shū)、使用說(shuō)明書(shū)、I/O接線(xiàn)圖和控制程序(如梯形圖等)。
五、PLC的選型
在PLC系統設計時(shí),首先應確定控制方案,下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點(diǎn)和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關(guān)設備應是集成的、標準的,按照易于與工業(yè)控制系統形成一個(gè)整體,易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績(jì)、成熟可靠的系統,PLC的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間,因此,工程設計選型和估算時(shí),應詳細分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求,明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作,然后根據控制要求,估算輸入輸出點(diǎn)數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等,最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設計相應的控制系統。
1、輸入輸出(I/O)點(diǎn)數的估算
I/O點(diǎn)數估算時(shí)應考慮適當的余量,通常根據統計的輸入輸出點(diǎn)數,再增加10%~20%的可擴展余量后,作為輸入輸出點(diǎn)數估算數據。實(shí)際訂貨時(shí),還需根據制造廠(chǎng)商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn),對輸入輸出點(diǎn)數進(jìn)行圓整。
2、存儲器容量的估算
存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小,程序容量是存儲器中用戶(hù)應用項目使用的存儲單元的大小,因此程序容量小于存儲器容量。設計階段,由于用戶(hù)應用程序還未編制,因此,程序容量在設計階段是未知的,需在程序調試之后才知道。為了設計選型時(shí)能對程序容量有一定估算,通常采用存儲器容量的估算來(lái)替代。
存儲器內存容量的估算沒(méi)有固定的公式,許多文獻資料中給出了不同公式,大體上都是按數字量I/O點(diǎn)數的10~15倍,加上模擬I/O點(diǎn)數的100倍,以此數為內存的總字數(16位為一個(gè)字),另外再按此數的25%考慮余量。
3、控制功能的選擇
該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。
(a)運算功能
簡(jiǎn)單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時(shí)和計數功能;普通PLC的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能;較復雜運算功能有代數運算、數據傳送等;大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著(zhù)開(kāi)放系統的出現,目前在PLC中都已具有通信功能,有些產(chǎn)品具有與下位機的通信,有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信,有些產(chǎn)品還具有與工廠(chǎng)或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數據通信的功能。設計選型時(shí)應從實(shí)際應用的要求出發(fā),合理選用所需的運算功能。大多數應用場(chǎng)合,只需要邏輯運算和計時(shí)計數功能,有些應用需要數據傳送和比較,當用于模擬量檢測和控制時(shí),才使用代數運算,數值轉換和PID運算等。要顯示數據時(shí)需要譯碼和編碼等運算。
(b)控制功能
控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等,應根據控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制,因此,大多數場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制,有時(shí)也采用專(zhuān)用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能,提高PLC的處理速度和節省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、ASC碼轉換單元等。
(c)通信功能
大中型PLC系統應支持多種現場(chǎng)總線(xiàn)和標準通信協(xié)議(如TCP/IP),需要時(shí)應能與工廠(chǎng)管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應符合ISO/IEEE通信標準,應是開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò )。
PLC系統的通信接口應包括串行和并行通信接口(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等;大中型PLC通信總線(xiàn)(含接口設備和電纜)應1:1冗余配置,通信總線(xiàn)應符合國際標準,通信距離應滿(mǎn)足裝置實(shí)際要求。
PLC系統的通信網(wǎng)絡(luò )中,上級的網(wǎng)絡(luò )通信速率應大于1Mbps,通信負荷不大于60%。PLC系統的通信網(wǎng)絡(luò )主要形式有下列幾種形式:1)PC為主站,多臺同型號PLC為從站,組成簡(jiǎn)易PLC網(wǎng)絡(luò );2)1臺PLC為主站,其他同型號PLC為從站,構成主從式PLC網(wǎng)絡(luò );3)PLC網(wǎng)絡(luò )通過(guò)特定網(wǎng)絡(luò )接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng);4)專(zhuān)用PLC網(wǎng)絡(luò )(各廠(chǎng)商的專(zhuān)用PLC通信網(wǎng)絡(luò ))。
為減輕CPU通信任務(wù),根據網(wǎng)絡(luò )組成的實(shí)際需要,應選擇具有不同通信功能的(如點(diǎn)對點(diǎn)、現場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng))通信處理器。
(d)編程功能
離線(xiàn)編程方式:PLC和編程器公用一個(gè)CPU,編程器在編程模式時(shí),CPU只為編程器提供服務(wù),不對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制。完成編程后,編程器切換到運行模式,CPU對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制,不能進(jìn)行編程。離線(xiàn)編程方式可降低系統成本,但使用和調試不方便。在線(xiàn)編程方式:CPU和編程器有各自的CPU,主機CPU負責現場(chǎng)控制,并在一個(gè)掃描周期內與編程器進(jìn)行數據交換,編程器把在線(xiàn)編制的程序或數據發(fā)送到主機,下一掃描周期,主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高,但系統調試和操作方便,在大中型PLC中常采用。
五種標準化編程語(yǔ)言:順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表(IL)、結構文本(ST)兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應遵守其標準(IEC6113123),同時(shí),還應支持多種語(yǔ)言編程形式,如C,Basic等,以滿(mǎn)足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。
(e)診斷功能
PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置,軟件診斷分內診斷和外診斷。通過(guò)軟件對PLC內部的性能和功能進(jìn)行診斷是內診斷,通過(guò)軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。
PLC的診斷功能的強弱,直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求,并影響平均維修時(shí)間。
(f)處理速度
PLC采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看,處理速度應越快越好,如果信號持續時(shí)間小于掃描時(shí)間,則PLC將掃描不到該信號,造成信號數據的丟失。
處理速度與用戶(hù)程序的長(cháng)度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前,PLC接點(diǎn)的響應快、速度高,每條二進(jìn)制指令執行時(shí)間約0.2~0.4Ls,因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期(處理器掃描周期)應滿(mǎn)足:小型PLC的掃描時(shí)間不大于0.5ms/K;大中型PLC的掃描時(shí)間不大于0.2ms/K。
4、機型的選擇
(a)PLC的類(lèi)型
PLC按結構分為整體型和模塊型兩類(lèi),按應用環(huán)境分為現場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類(lèi);按CPU字長(cháng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā),通??砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數選型。
整體型PLC的I/O點(diǎn)數固定,因此用戶(hù)選擇的余地較小,用于小型控制系統;模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡,因此用戶(hù)可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點(diǎn)數,功能擴展方便靈活,一般用于大中型控制系統。
(b)輸入輸出模塊的選擇
輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊,應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊,應考慮選用的輸出模塊類(lèi)型,通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時(shí)間較長(cháng)等特點(diǎn);可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁,電感性低功率因數負荷場(chǎng)合,但價(jià)格較貴,過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等,與應用要求應一致。
可根據應用要求,合理選用智能型輸入輸出模塊,以便提高控制水平和降低應用成本。
考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。
(c)電源的選擇
PLC的供電電源,除了引進(jìn)設備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應根據產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設計和選用外,一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源,與國內電網(wǎng)電壓一致。重要的應用場(chǎng)合,應采用不間斷電源或穩壓電源供電。
如果PLC本身帶有可使用電源時(shí),應核對提供的電流是否滿(mǎn)足應用要求,否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC,對輸入和輸出信號的隔離是必要的,有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。
(d)存儲器的選擇
由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展,存儲器的價(jià)格已下降,因此,為保證應用項目的正常投運,一般要求PLC的存儲器容量,按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時(shí),應選擇容量更大,檔次更高的存儲器。
(e)冗余功能的選擇
控制單元的冗余
(1)重要的過(guò)程單元:CPU(包括存儲器)及電源均應1B1冗余。
(2)在需要時(shí)也可選用PLC硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統、2重化或3重化冗余容錯系統等。
I/O接口單元的冗余
(1)控制回路的多點(diǎn)I/O卡應冗余配置。
(2)重要檢測點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。3)根據需要對重要的I/O信號,可選用2重化或3重化的I/O接口單元。
(f)經(jīng)濟性的考慮
選擇PLC時(shí),應考慮性能價(jià)格比??紤]經(jīng)濟性時(shí),應同時(shí)考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素,進(jìn)行比較和兼顧,最終選出較滿(mǎn)意的產(chǎn)品。
很多電氣的新手在做完電氣控制柜以及PLC程序等設計環(huán)節后,不清楚調試應如何開(kāi)始?或者一些人因為不適當的調試方法導致了PLC燒毀等等問(wèn)題,那么設計完的電氣系統應該如何調試?可依照以下七步。
一、按照圖紙檢查回路(未送電狀態(tài)下)
一般PLC系統的圖紙包含柜內圖紙和柜外圖紙兩部分;柜內圖紙指柜子內部的接線(xiàn)圖;柜外圖紙是所有接出電氣柜的接線(xiàn)圖。這一部分需要檢查的是:
1、圖紙設計是否合理,包括各種元器件的容量等等。
2、根據圖紙檢查元器件是否嚴格按照圖紙連接。
在這一過(guò)程中,最需要注意的地方就是檢查電源
1、確?;芈窙](méi)有短路。
2、確保強弱電沒(méi)有混合到一起
因為PLC電源為24v,一旦因為接線(xiàn)錯誤導致220V接進(jìn)PLC里,很容易將PLC或者拓展模塊燒毀。
二、檢查PLC外部回路,也就是俗稱(chēng)的“打點(diǎn)”
電源確認完畢后送電,測試輸入輸出點(diǎn),這就是俗稱(chēng)的“打點(diǎn)”,測試IO點(diǎn)需要挨個(gè)測試,包括操作按鈕,急停按鈕,操作指示燈以及氣缸及其限位開(kāi)關(guān)等等,具體方法是一人在現場(chǎng)側操作按鈕等,另一人在PLC測監控輸入輸出信號;對于大型系統應該建立測試表,即測試后做好標記。如果發(fā)現在施工過(guò)程中有接線(xiàn)錯誤的地方需要立即處理。
這一步應該注意的是需要將程序備份后清空PLC里面的程序或者將程序禁用,避免因測試導致設備的動(dòng)作。
三、檢查機械結構并測試電機類(lèi)負載
這一步需要檢查機械結構是否緊固等等,電機類(lèi)負載是否做好相應保護,避免因意外導致的事故,檢查完畢后需要手動(dòng)去測試設備運行,如正反轉電機類(lèi),需要測試線(xiàn)路是否完好并帶電試車(chē),變頻器類(lèi)設置相應參數并進(jìn)行電機優(yōu)化,靜態(tài)識別或者動(dòng)態(tài)識別等。
這里需要注意的是對于一些特殊負載,比如說(shuō)垂直類(lèi)上下移動(dòng)的負載需要由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行,以免因控制不當導致測試事故。
四、調試手動(dòng)模式/半自動(dòng)模式以及相關(guān)邏輯關(guān)系
IO點(diǎn)和負載側都測試以后,接下來(lái)要進(jìn)行的就是手動(dòng)模式下的調試。這里的手動(dòng)模式也可以叫做半自動(dòng)模式,不是用手直接去按動(dòng)電磁閥或接觸器等,而是指通過(guò)按鈕或者HMI的按鈕等去驅動(dòng)設備,是與自動(dòng)狀態(tài)對應的。
手動(dòng)模式的測試可以將自動(dòng)模式按照人的意愿分解,方便測試程序。
這一環(huán)節最重要的是要測試安全功能,即在設備運行狀態(tài)下測試急停,安全光柵等等的安全功能是否起到相應作用。
五、根據生產(chǎn)工藝調試自動(dòng)模式
在完成半自動(dòng)調試后,可進(jìn)一步調試自動(dòng)工作。這一環(huán)節是最重要的,需要根據生產(chǎn)工藝測試各種連鎖,包括邏輯連鎖,安全連鎖等,而且要多測試幾個(gè)工作循環(huán),以確保系統能正確無(wú)誤地連續工作。
六、特殊工藝的測試
PLC系統里除了邏輯控制,還有很多拓展出來(lái)的功能,比如說(shuō)PID控制等,當這些邏輯調試基本完成后,可著(zhù)手調試模擬量、脈沖量控制。
最主要的是選定合適控制參數。一般講,這個(gè)過(guò)程是比較長(cháng)的。要耐心調,參數也要作多種選擇,再從中選出最優(yōu)者。有的PLC,它的PID參數可通過(guò)自整定獲得。但這個(gè)自整定過(guò)程,也是需要相當的時(shí)間才能完成的。
七、完成上述所有的步驟
整個(gè)調試基本算是完成了,接下來(lái)就到了預生產(chǎn)的步驟了,預生產(chǎn)是生產(chǎn)前的工作檢測,在該階段可以配合生產(chǎn)進(jìn)行一些特殊的測試,比如說(shuō)生產(chǎn)節奏是否滿(mǎn)足,帶載情況下安全功能還能否起作用等等,一般連續生產(chǎn)一定時(shí)間后就可以交工了。
新手尤其需要注意電源,記得我在多年前調試第一個(gè)項目的時(shí)候,因為施工單位將大皮帶的拉繩開(kāi)關(guān)的220V觸點(diǎn)和24V觸點(diǎn)接錯了(皮帶的拉繩開(kāi)關(guān)為安全裝置,兩組觸點(diǎn),一組為220V斷開(kāi)控制回路,另一組為24V進(jìn)入PLC),導致燒毀了一個(gè)數字量輸入模板,后來(lái)就長(cháng)記性了,再調試的時(shí)候一定分清220V和24V,就再也沒(méi)出現過(guò)問(wèn)題。
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