电气控制系统的程序设计, 是严格遵循一个包含需求定义、方案选型、详细设计、仿真验证、现场调试以及交付验收在内的六个阶段所构成的闭环工作流程的。
如果在上述任何一个阶段出现缺失的情况, 都会导致后期因为返工而产生的成本实现加倍增加的效果。下面将根据这些不同的阶段, 逐一拆解出对应的程序设计动作内容以及必须遵守的硬性规范, 借此来供具体的工程项目团队人员直接对照并执行相关操作。
需求定义阶段
在设计正式启动之前, 我们必须要完成三件事儿呢。首先, 被控对象的工艺参数, 比如温度还有速度以及压力这些东西的精度和响应时间要求得搞清楚。接着, 得把供电条件也弄明白, 电压等级啊容量大小啊谐波限制呀都得考虑到。
最后呢安全方面的约束以及通信协议也得明确, 像是IEC 61131、Modbus、Profinet这些。要是这三项里面缺一块那就赶紧打住, 绝对不能去进行选择方案的阶段。
方案选型阶段
请结合控制逻辑的实际复杂程度, 来对架构进行具体的选择。
如果是采用单回路控制, 或者说是简单顺序控制的话, 就可以使用PLC, 也就是S7-1200系列或者是2000系列的型号, 再搭配上一个HMI。
如果需要进行多轴运动控制或者是高速同步动作的话, 就需要用到运动控制器, 并且还要搭配伺服驱动器来共同完成这一任务。
存在对冗余的安全性要求, 这种情形包括冶金行业以及化工行业等领域, 在这样的情况下需要配备双中央处理器并且能够进行热备用的可编程逻辑控制器, 同时还必须拥有独立的安全回路系统, 该系统的标准等级要达到SIL2或者SIL3级别。
在选择型号的时候, 必须要仔细地核对一下I/O的点数的数量（这里需要预留百分之二十的余量）, 还有通信的带宽的情况, 以及扫描周期的长短是不是能够符合工艺方面的要求。
详细设计阶段
在这一阶段里面, 会产出四份关键的核心文档。
1. 电气原理图, 这些图包括了供电回路、控制回路以及信号采集回路。
2. 把输入和输出分配的情况整理成表格, 并且说明这些位置是怎么对应到具体地址上去的。
3. 这是一个程序结构图, 它展示了主程序、子任务、中断以及安全任务的分层情况。
4. 将接线以及端子图包含在内的内容, 需要进行展示, 并且其中需要涉及线号的说明、线径的标注以及压降计算的结果。
所有元器件都必须要标注出完整的型号还有它对应的制造商, 是绝对不可以使用像“待选型”这样模糊不清的表述来代替明确信息的。
仿真与验证阶段
在进行实际的接线工作之前, 必须使用PLC虚拟调试工具, 比如说TIA Portal PLCSIM Advanced或者Codesys Simulator, 对程序的逻辑进行全路径的仿真分析。
这个仿真的过程需要覆盖正常工况、故障工况、以及边界工况这三类不同的场景。只有当仿真的结果达到百分之百的通过率之后, 才可以进入到现场阶段去继续后面的工作。
现场调试与交付
调试的工作要分四个级别一步一步地来, 顺序是先上电, 然后是单点, 接着是联动, 最后是带。每个级别都必须签署确认, 只有签好了字, 才能进入下一个级别的调试工作。提交给客户的交付文档里必须包含这些东西: 竣工原理图、程序源码并且源码里面还要有注释、调试记录、操作维护手册、备件清单。
核心规范与标准
在所有设计工作的全过程之中, 相关人员必须严格遵守这些规定, 其中涉及到GB/T 3697, 也就是关于工业用插头插座的规范；还需要遵守GB 50054, 这是关于低压配电设计规范的要求；同时也不能忽视IEC 60068, 它涉及环境试验领域；如果有对应行业的安全标准和规定存在, 那么就必须去执行。
比如在那些属于爆炸危险场所的环节，应当执行GB 3836的相关标准。针对接地操作以及等电位连接的工作, 必须按照GB/T 2894来进行。
高频难点与应对
关于通信总线干扰问题, 需要采取相关措施, 具体包括让双绞线进行独立走线操作、将屏蔽层设置为单端接地状态、以及在RS485的终端位置放置阻值为120欧姆的电阻。
出现了扫描周期超限的状况, 我们需要把大任务进行拆分, 对结构文本实施优化操作, 同时要坚决避免出现需要在周期任务里去调用数据库进行写入和读取内容的行为。
程序版本的控制能力已经失去管理了, 需要把它纳入到配置管理的范畴里, 比如使用Git或者SVN这样的工具来进行管理, 而且每一次进行修改以后都必须把变更的内容提交上去, 同时要关联上对应的工单号。
完整的电气控制系统设计这件事, 一定要严格地把好关, 确保每一个阶段输出的东西质量都符合要求。如果你需要拿到那个最新的行业里面的设计模板呀, 还有那些元器件的选型数据库的话, 你可以去 www.ynsdxgs.cn 这个网址上看看那里面的配套资源。
设计工作绝对不是一幅图画完了就完事了, 它实际上是一个工程体系, 这个工程体系要从工艺方面的具体需要开始一直干到最后安全完成交付这一整个全流程。必须把六个阶段里的每一个步骤都严格地卡住, 不能有一丝马虎, 并且要把文档方面彻底做到闭环, 这样才有可能让现场出现问题的可能性降低到最低的程度。
