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簡述PLC可編程控制器在北京南站能源站BAS系統中的選型

時間:2018-05-09 14:43來源:未知 作者:360期刊網 點擊:

  簡述PLC可編程控制器在北京南站能源站BAS系統中的選型

  李國昌

  (中國中鐵建工集團北京安裝工程有限公司,北京100070)

  摘要:文章通過對北京南站能源站“熱、電、冷三聯供+污水源熱泵+補燃”系統BAS專業二次深化設計的總結,從輸入輸出( I/O)點數的估算、存儲器容量的估算、控制功能的選擇、機型的選擇等方面,介紹BAS系統PLC應用的要點。

  關鍵詞:PLC;I/O;存儲器;控制功能;機型選擇

  中圖分類號:TU85 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937( 2010)03-0010-03

  PLC selection in energy station BAS of Beijing Southern Station Project

  LI Guo-chang

  Department, China Railway Construction Rngineering Group

  Beijing 100070, China)

  Abstract: Based on Beijing Southern Station project, experience of BAS specialty deepen design was summarized. And the outline of Programmable Logic Controller applying in energy station BAS, such as measure of memorizer capability,selection of control function and type selection.

  Key words: PLC;I/O; memorizer; control function; type selection

  北京南站自通車以來,能源站經歷1年多的運行,進一步驗證了PLC可編程控制器在施工過程中二次深化設計選型的重要性。本文應用于能源站BAS系統設計范圍,包括地下一層、地面二層及污水泵等設備,系統的監控對象是三聯供系統設備,保證各設備按程序按要求協同工作,并根據熱、電、冷的負荷情況確定相關設備運行的投入和撤出,其系統圖如圖1所示。此系統具有分散控制、集中管理(DCS)的特點,其結構主要為3級,即上位機系統(運行編程軟件、人機界面)、PLC控制系統(包括發電機組控制器、溴冷機組控制器、熱泵機組控制器和相關的過程控制器等)、現場儀表變送器及執行機構等。其中PLC控制器的功能性、可靠性直接決定現場數據能否準確、及時傳送至上位機系統,這就要求在施工調試過程中進行二次深化設計,做好PLC系統的應用選型工作。

  1輸入輸出(I/O)點數的確定

  PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分(I/O)模塊完成的。I/O模塊分為開關量輸入(DI)、開關量輸出(DO)、模擬量輸入(AI)、模擬量輸出(AO)模塊等。I/O點數估算時應考慮適當的余量,通常根據統計的輸入輸出點數,再增加100/0~ 20%的可擴展余量后,作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時,還需根據制造廠商PLC的產品特點,對輸入輸出點數進行圓整。經過詳細統計及估算,最后確定點數。北京南站能源站BAS系統輸入輸出點數如表1所示。

  在PLC系統應用選型時,首先應確定控制方案,由設計方案和調試數據來確定符合控制方案的PLC應用選型。選型時還應注意PLC及有關設備應是集成的、標準的,易于與工業控制系統形成一個整體、易于擴充其功能的原則選型,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。工程設計選型和估算時,應詳細分析工藝過程的特點、控制要求,明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作,然后根據控制要求,估算輸入輸出點數、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格比的PLC和設計相應的控制系統。

  表1北京南站能源站BAS系統I/O點數表

  序號 部位       輸入輸出點數 備注
DI  DO  AI  AO通信口
    1 負一層三聯供 130   54   94   0  
    2 一層三聯供 376   216   261   16    13
    3 二層   2
    4 三聯供潛污泵房 59   40
    5 總計 565   310   357   16    13
    6 擴展后點數 678   372   428   20    14

  2 PLC功能的選擇

  PLC的選擇應包括運算功能、控制功能j通信功能、編程功能、診斷功能、抗干擾性和處理速度等特性的選擇。近年生產的PLC控制器的功能完全滿足工況系統的控制要求,這里重點介紹選型時應注意的控制功能、通訊功能和編程功能及抗干擾性。

  2.1控制功能

  常用工況控制有兩種模型:開環控制和閉環控制。PID控制器的前饋補償控制、比值控制都是閉環控制。按控制單元分有單回路控制和多回路控制單元。為了提高控制精度,北京南站能源站為了能實現對站內各系統實現數據采集系統監視( DAS)、模擬量自動調節(MCS)、順序控制(SCS)系統的控制,采用的是多回路控制單元,并增加了高速計數器、速度補償模擬單元ASC碼轉換單元,從而提高PLC的的處理速度和節省了存儲器容量,優化了系統的性價比。

  2.2通信功能

  目前不論是國產的還是進口的PLC控制器都具備了支持多種現場總線和標準通信協議(如TCP/IP)的功能,符合ISO/IEEE通信標準,適用任何網絡通信要求并遵守無線通訊標準。選擇時應注意PCL控制器的通訊接口,必須有串行和并行通信接口( RS232C/422A/423/485)、RIO通信口、DCS等接口。

  PLC系統的通信網絡中,上級的網絡通信速率應大于1 Mbps,通信負荷不大于70010。PLC系統的通信網絡主要形式有下列幾種形式。

  ①簡易PLC網絡。PC為主站,多臺同型號PLC為從站,應用在小型控制系統中。

  ②主從式PLC網絡。1臺PLC為主站,其他同型號PLC為從站,應用在中型控制系統中。

  ③作為DCS的子網。PLC網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中,北京南站能源站的BAS系統即為此種通信網絡。

  ④專用PLC網絡(各廠商的專用PLC通信網絡),不建議使用。

  北京南站能源站BAS系統主PLC網絡作為DCS的子網,選擇了具有不同通信功能的點對點、現場總線、工業以太網等多網絡通信系統,既節約了投資又滿足了控制要求。

  2.3編程功能

  目前PLC編程方式有兩種:

  ①一種是在編程時PLC和編程器公用一個CPU,CPU只為編程器提供服務,不能對現場設備進行控制。當編程器切換到運行模式時,CPU才對現場設備進行控制,編程停止。編程器工作在單工況狀態,習慣稱作離線編程方式。離線編程方式可降低系統成本,但使用和調試不方便。常用于規模較小或簡單的系統控制。

  ②另一種是編程器處于雙工況狀態下工作的,PCL和編程器有各自的CPU,主機CPU負責現場控制,每完成一個掃描周期就與編程器進行一次數據交換,編程器把在線編制的程序或數據發送到主機,主機在下一掃描周期間驗證程序或數據的正確性,周而復始,主機根據新收到的程序或數據運行,完成編程與控制。這種方式界業稱為在線編程方式,此種編程方式成本較高,但系統調試和操作方便,能及時驗證程序和數據參數的準確性和控制精度,在大中型PLC控制中常采用,不言而喻北京南站能源站BAS系統應用的就是在線編程系統。

  2.4抗干擾性

  能否保證控制系統在較惡劣的環境下穩定、正常、準確的工作,PCL控制器的抗干擾性也是選擇時的重要指標,所以應注意以下幾點:

  ①PCL控制器自身要有較高的抗電源波形畸變、電路耦合、輸入觸點、電容性、電感性干擾等、選擇時應認真查看產品說明書;

  ②施工中應重點解決PCL控制器的接地問題,處理好信號地、交流地、屏蔽地、保護地的連接;

  ③輸入、輸出線的敷設,輸入信號線、輸出信號線必須采用雙絞線或屏蔽線,將可能產生的感應電流引起的干擾互相抵消。

  3機型的選擇

  3.1 PLC的類型

  PLC按結構分為整體型和模塊型兩類:

  ①整體型PLC的I/O點數固定,適用于控制點數固定,控制系統較小的場所。

  ②模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡,因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的I/O點數,功能擴展方便靈活。北京南站能源站BAS系統即為此種類型PLC。

  3.2輸入輸出模塊的選擇

  對于輸入模塊的選擇,應考慮輸入阻抗高、靈敏度高、抗干擾強、供電方式等。

  對于輸出模塊的選擇,應按照負載的類型選用機械開關式或電子開關式(繼電器或可控硅)。機械開關式輸出模塊價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長。電子開關式輸出模塊適用于開關頻繁,電感性低功率因數負荷場合,但價格較貴,過載能力較差。北京南站能源站BAS系統是兩種混合使用的,兼顧了系統的可靠性和經濟性。

  3.3 電源的選擇

  PLC的供電電源,除應嚴格根據產品說明書要求設計和選用外,一般PLC的供電電源都選用獨立的220 V電源,重要應用場所可采用不間斷電源或穩壓電源供電。供電電源應具有較好的凈化、隔離諧波、干擾作用。

  3.4存儲器的選擇

  隨著大規模集成電路的發展,制造成本的降低,存儲器的容量用K來計量的時代已過去。使用M或G的存儲器到處可見。

  輸出卡件就需增加一定的費用,當點數增加到某一數值后,相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加,因此,點數的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮,使整個控制系統有較合理的性能價格比。

  通過對綜合因素的考慮,北京南站能源站BAS系統PLC最后選用AB品牌的模塊及卡件,其功能性、可靠性在同類產品中屬佼佼者,性價比高。具體的選型和數量見表2。

  表2 AB品牌PLC可編程控制器組件明細表

序號     材料名稱     規格 品牌 單位 數量
  1     .10槽框架     1756-A10   AB   個   2
  2     電源模塊   1756-PA72   AB   個   9
  3     LOCIX5562處理器4MB內存     1756-L62   AB   個   2
  4     工業級CF卡64M     1784-CF64   AB   個   2  .
  5     EtherNet/IP 10/100M通訊卡   1756-ENBT   AB   個   2
  6     ContoINet通訊卡(冗余)   1756-CNBR   AB   個   11
  7     空槽蓋板     1756-N2   AB   個   16
  8     系統冗余通訊模板   1757-SRM   AB   個   2
  9  16路電流/電壓模擬量輸入(36針)     1756-IF16   AB   個   32
  10   32路24V數字量輸入(36針)     1756-IB32   AB   個   25
  11   32路24V數字量輸出(36針)   1756-OB32   AB   個   12
  12     13槽框架     1756-A13   AB   個   7
  13   8路電流/電壓模擬量輸出(20針)     1756-OF8  AB 3
  14     36針接線臂   1756-TBCH  AB 69
 15     20針接線臂   1756-TBNH   AB   個   3
  16     ContolNet通訊卡(冗余) 1794-ACNR15  AB 2
  17   16路數字量輸入板(TB3端子基座)     1794-IB16  AB 7
  18   16路數字量輸出板(帶保護)   1794-OB16P   AB   個   5
  19     8路電流/電壓模擬量輸入板     1794-IE8  AB 1
 20     端子基座     1794-TB3  AB 12

  過去在DOS系統下,使用的基本都是匯編語言,一般要求PLC的存儲器容量,按256個I/O點至少選8K存儲器就能滿足使用了。而如今的控制程序的編制基本都由個人計算機來完成,人機對話系統都是Windows或Linux系統,滿足了需要靈活、復雜的控制功能,所以應選擇容量更大,檔次更高的存儲器,北京南站能源站PLC存儲器為64M。

  3.5 冗余功能的選擇

  ①控制單元的冗余。重要的過程單元:CPU(包括存儲器)及電源均應1:1冗余;在需要時也可選用PLC硬件與軟件構成的冗余系統。

  ②I/O接口單元的冗余。控制回路的多點I/O卡應冗余配置;重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。

  3.6經濟性的考慮

  輸入輸出點數對價格有直接影響。

  4結語

  PLC可編程控制器的選購選型是一個多目標綜合優化的過程,既包括工程技術問題,又包括項目成本問題。因此如何選購最恰當的PLC是仁者見仁,智者見智,此文供廣大工程技術人員共同商榷。

  參考文獻:

  [1]方強.PLC可編程控制器技術開發與應用實踐[Ml.北京:電子工業出版社,2009.

  [2]王文強.基于PLC與力控組態軟件實現的溫度控制系統[J].化學工程與裝備,2009,(12):82-86.

  [3]易蕓蕓.PLC在針梳機自調勻整控制系統中的應用[J].可編程控制器與工廠自動化,2009,(12):53-54.

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