國產(chǎn)PLC集成系統(tǒng)研究

孫 超，郭彥樟，傅 濤，陳洪業(yè)

（廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司，河北廊坊 065000）

國產(chǎn)PLC集成系統(tǒng)研究

孫 超，郭彥樟，傅 濤，陳洪業(yè)

（廊坊開發(fā)區(qū)中油龍慧自動化工程有限公司，河北廊坊 065000）

PLC系統(tǒng)目前以國外品牌為主，目前國內(nèi)廠家陸續(xù)在研發(fā)自主可控的國產(chǎn)PLC，對于PLC系統(tǒng)的集成包含整體防護(hù)、安裝、接線、供電等多個系統(tǒng)，文本針對上述系統(tǒng)進(jìn)行了簡單的分析。

PLC；國產(chǎn)PLC；自主；集成系統(tǒng)

1 概述

對于PLC的集成，系統(tǒng)安全技術(shù)的推動來源是石化行業(yè)防爆要求、海洋船舶的防腐要求、核電站的防輻射抗震、飛機(jī)控制系統(tǒng)尤其是黑匣子的安全完整性要求。例如飛機(jī)的黑匣子，其外殼設(shè)計滿足最高的整體防護(hù)要求，而且其與飛行控制系統(tǒng)的接口也非常特別。黑匣子內(nèi)部數(shù)據(jù)來自預(yù)制線纜的航空插頭，對這個插頭的安裝要求不僅僅要求通過螺釘固定。線纜上的插頭和黑匣子上的插頭還需要采用不同熱膨脹系數(shù)的合金材料制成。飛機(jī)在高空飛行過程中盡管會發(fā)生非常嚴(yán)重的顛簸，但是由于不同金屬膨脹系數(shù)不同，在高空低溫的情況下，這個接頭永遠(yuǎn)都會非常緊密的結(jié)合在一起。即使發(fā)生了空難，預(yù)制線纜被損壞，但是接頭仍然連接完好，這樣才能保證即使沉入海底若干年之后，被打撈出來黑匣子內(nèi)的數(shù)據(jù)仍然是完好的。類似的要求與石化行業(yè)內(nèi)本安的防爆要求有異曲同工之妙。

對于海洋船舶、飛機(jī)、核電站等設(shè)施內(nèi)的控制系統(tǒng)，雖然其安全要求比管道工藝要求更高，但是其應(yīng)用場景非常典型，即使是事故情況下，也能夠針對可能發(fā)生的事故進(jìn)行風(fēng)險控制。而油氣管道沿線距離長，要經(jīng)歷不同溫度、不同濕度、不同海拔、不同供電條件等多種情況，應(yīng)用場景的不可預(yù)知性非常高。無論是安裝調(diào)試階段，還是實際投產(chǎn)運行之后，都要時刻準(zhǔn)備著經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗。能夠放心可靠應(yīng)用自主PLC就不僅僅是拿到第三方的認(rèn)證證書，更重要的是自始至終參與相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計、原料選型、加工生產(chǎn)和測試過程。

2 整體防護(hù)系統(tǒng)

整體防護(hù)系統(tǒng)包括PLC背板、CPU模塊、IO模塊的高度大小和形狀設(shè)計。在這些設(shè)計研究過程中，要對外殼材料選型進(jìn)行合理選擇，進(jìn)行擠壓和坍塌時受力分析，單板的熱仿真分析，卡件與背板安裝后的震動分析，并在試制生產(chǎn)后對產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)高度下的跌落實驗、IEC 60529防護(hù)等級測試（防塵防水防腐）、溫度濕度環(huán)境試驗等，并在這些基本實驗的基礎(chǔ)上最終推動產(chǎn)品通過CE認(rèn)證。

先進(jìn)的整體防護(hù)系統(tǒng)要體現(xiàn)先進(jìn)的工業(yè)設(shè)計理念，既保證美觀，又保證實用。

3 先進(jìn)安裝系統(tǒng)

PLC的柜內(nèi)安裝不僅僅考慮在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)的安裝和布置方式，也包括了滿足通用站場的點數(shù)要求的基礎(chǔ)下最小柜內(nèi)站位空間、PLC擴(kuò)展IO在不同機(jī)柜間的安裝、以及標(biāo)準(zhǔn)化安裝后柜內(nèi)的散熱和熱仿真分析。

4 先進(jìn)接線系統(tǒng)

PLC的接線系統(tǒng)包括CPU網(wǎng)絡(luò)接線、IO接線等相關(guān)接線端子的設(shè)計。接線系統(tǒng)設(shè)計要保證接線快速、連接穩(wěn)定、可靠，滿足油氣管道現(xiàn)場應(yīng)用的要求。接線系統(tǒng)的基本要求是連接穩(wěn)定和可靠，同時保證接線操作方便和快速。

具體的接線設(shè)計要綜合考慮接線點的方向和位置、是否使用預(yù)制接頭等不同要求。接線系統(tǒng)需要支持在線熱插拔，帶電接線時不同的接線順序不會造成IO板卡的損壞；不使用預(yù)制接頭，也不對線頭進(jìn)行螺絲固定，但是要求接線人員使用簡單的改錐或接線工具能夠單人完成接線工作；不能夠因為接線距離、卡件間距等原因影響接線，必須要保證合理的接線空間；也不能因為不同接頭直接距離過近，造成卡件發(fā)生短路，必須要保證合理的路間間距。

5 供電分配系統(tǒng)

按照國家對工業(yè)自動化系統(tǒng)在電氣安裝和電磁兼容性的相關(guān)要求，對PLC各個板卡的耗電量、功率進(jìn)行核算，PLC內(nèi)部和外部供電系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計。

對于PLC各個卡件需要單獨供電的，需要設(shè)計專用的供電組件，通過該組件對系統(tǒng)進(jìn)行完整的供電。而不需要工程人員對CPU和IO卡件中的每一個設(shè)備單獨接供電線纜。

無論是采用背板供電的系統(tǒng)，還是背板外供電的系統(tǒng)，都要求供電系統(tǒng)可靠，可靠性指標(biāo)大于PLC整體系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)；同時，系統(tǒng)能夠良好接地，在發(fā)生雷擊等情況時，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定供電。

6 PLC與SCADA系統(tǒng)接口設(shè)計

自主品牌PLC需要較好的解決PLC與SCADA系統(tǒng)軟件集成的問題，通過設(shè)計相應(yīng)的接口，將PLC的組態(tài)信息、運行狀態(tài)、診斷信息等在SCADA系統(tǒng)軟件中集成顯示，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性、可集成性和易用性。先進(jìn)PLC與SCADA系統(tǒng)進(jìn)行接口適配，有以下優(yōu)點：第一，可以增加數(shù)據(jù)上傳的內(nèi)容，將PLC內(nèi)部設(shè)備的診斷信息、時間標(biāo)簽、信號質(zhì)量位等信息一并上傳到SCADA系統(tǒng)中，增加整體系統(tǒng)的可靠性，降低系統(tǒng)的平均故障恢復(fù)時間MTTR；第二，能夠極大的減少SCADA數(shù)據(jù)庫組態(tài)和聯(lián)調(diào)測試的工作量，提高工程組態(tài)的效率（大約1千點的站場能夠減少2人/天的工作量）；第三，通過PLC與SCADA系統(tǒng)接口融合，能夠像DCS系統(tǒng)演變，通過集成SCADA系統(tǒng)集群化、大規(guī)模、跨平臺等優(yōu)點，形成PLC與DCS系統(tǒng)兼顧的技術(shù)特性，這也符合國際自動化系統(tǒng)廠商的未來技術(shù)發(fā)展趨勢。

除了在軟件上的整合之外，系統(tǒng)接口設(shè)計還包括了專用數(shù)據(jù)協(xié)議通訊卡的開發(fā)。現(xiàn)有國產(chǎn)PLC對很多管道上使用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議支持并不好，很多僅僅支持OPC通訊或者M(jìn)odbus通訊。這些協(xié)議在近距離數(shù)據(jù)采集應(yīng)用相對較好。而在管道上使用時由于超遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，容易造成大范圍的數(shù)據(jù)延遲和數(shù)據(jù)丟失，難以滿足管道安全運行的需要。這就需要使用管道遠(yuǎn)距離通訊中經(jīng)常使用的CIP協(xié)議或IEC104協(xié)議。考慮到CIP協(xié)議并不支持時標(biāo)的傳遞，因此初步考慮開發(fā)支持IEC104協(xié)議通訊卡。

[1]曾蓉，馮繼勇，丁明亮，等.國產(chǎn)DCS與PLC集成方案的比較及其在電廠的應(yīng)用[J].自動化儀表，2009，30（12）：46-48. [2]SY/T0091—2006油氣管道計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].

Advanced Autonomous Domestic PLC Integrated System

Sun Chao，Guo Yan-zhang，F(xiàn)u Tao，Chen Hong-ye

PLC system is currently dominated by foreign brands，at present domestic manufacturers gradually in the control of independent research and development of domestic PLC，for PLC system integration includes the whole door，installation，wiring，power supply and other multiple system，text in view of the above system were simple analysis.

PLC；domestic PLC；autonomous；integrated system

TP311.52

B

1003–6490（2016）04–0147–02

2016–04–16

孫超（1986—），男，河北廊坊人，工程師，主要從事油氣儲運自動化行業(yè)軟硬件研究工作。