电气控制系统设计这个东西, 它是以PLC、继电器、传感器、变频器这些为核心部件的。它的主要目的, 是为了实现生产设备的自动运行, 以及进行状态监控还有故障保护等方面的内容。这是一个典型的系统工程。
在设计的全过程里面, 我们必须要遵循GB/T 51309-2018、IEC 61131-3及EN 62061等现行规范的要求。而这个设计的核心工作部分, 会被划分为五个阶段, 其中每一个阶段都会有对应的输入、输出内容以及明确的验收标准。
设计核心流程
1. 需求分析与I/O统计这一工作需要梳理被控对象的工艺参数, 这里的工艺参数包括温度、压力、液位、速度、位置这些。
然后要把完整的I/O信号清单编制出来, 要区分清楚数字量以及模拟量输入输出的情况, 还要搞清楚通信接口的数量, 这些通信接口包含RS-485、Ethernet以及现场总线, 最后把这所有的数据作为PLC选型与柜体设计的量化依据。
2. 硬件选型与拓扑设计这一步, 要先搞清楚I/O的总点数是多少, 还得预留百分之二十到百分之三十的扩展余量, 同时要看清楚冗余等级是哪一种, 以及通信协议支持哪些, 比如Profinet、Modbus TCP还有EtherNet/IP这些协议都要考虑在内, 然后根据这些条件去选择PLC的品牌以及CPU的具体型号, 接着要完成电源回路的电气拓扑设计, 也要完成控制回路的电气拓扑设计, 还要完成通信回路的电气拓扑设计, 在这个设计里必须要明确各个电路回路的电流容量到底有多大, 还要明确上级保护与下级保护之间的配合关系是怎样的。
3. 对电气图纸绘制这项工作进行操作, 其具体的输出成果包括主电路原理图、控制回路接线图、I/O分配表、控制柜面布局图, 以及线缆敷设图。对于这些输出的图纸内容, 必须要在上面标注出特定的信息, 这些信息具体为回路编号、导线截面积、端子号,以及线缆的型号。
在图形符号的使用上灵音心图, 需要执行GB/T 4728这一标准。这样做的目的是为了使得整个过程确保具备可施工的条件, 同时保证相关数据或项目是可追溯的。
4. 程序开发与离线仿真这个部分需要大家用符合IEC 61131-3标准的那些语言, 比如LD、FBD、ST、SFC这些,去把控制逻辑给写出来电气控制系统设计, 这里头要重点去实现工艺时序、联锁保护、故障诊断还有和HMI的交互功能, 然后呢, 要在PLC仿真环境里面去验证那个逻辑完整性跟边界条件, 等这些都确认好了之后, 才能把它下载到现场去。
5. 现场调试与竣工验收: 要按照从单体功能, 到多设备联动, 再到带负荷连续运行的三级顺序来逐级进行调试。要一项一项地核对保护定值, 还要核对通信心跳周期, 以及冗余切换时间等等这些关键指标。最终要把调试记录编制出来, 并且签署验收报告。
关键规范要求
安全回路: 对于急停、安全门和安全光幕等等这些涉及安全的功能, 大家必须采用那种硬线的冗余设计方式来处理, 绝对不能够仅仅依靠PLC软件里面的逻辑来控制, 这样是不可以的；至于提到的安全PLC或者是安全继电器这一类设备, 则必须要满足EN 62061标准里面所规定的PLd或者是CAT 4等级要求。
电磁兼容（EMC）这里的情况是这样来处理的, 模拟量信号线和那些动力线要分开在不同的槽里面去走线, 它们之间的间距不能小于三百毫米, 电缆的屏蔽层必须要在单端的地方进行接地这一操作, 在变频器的输出侧还需要增加安装正弦波滤波器或者是输出电抗器这些设备, 目的是为了能够对谐波情况进行抑制。
冗余与可靠性的关键产线PLC采用双CPU热备架构, 开关电源双路冗余供电, 通信总线采用环形拓扑或者双网冗余。单点故障不得导致产线停机。
高频误区与规避
在选型这个阶段没有留出足够的扩展余量, 刚投产就已经满配了,搞到工艺升级的时候电气控制系统设计, 只能被迫地拆开机柜、更换机器, 这个停线所造成的损失, 远远高于前期那些预留成本。
安全功能信号接入常规数字量输入模块而非独立安全回路, 不符合功能安全法规, 存在合规与人身安全风险。
m.lingheal.com, 上面有工程设计实操资料, 还有完整选型参考。
