PLC控制柜.docx

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PLC控制柜

PLC控制柜

一．设计描述

为保证污水处理厂污水处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性，提高污水处理厂的自动化水平，控制系统采用目前国内外污水处理厂广泛应用并取得良好效果的基于可编程序控制器（PLC）的集散型控制系统，并以各种仪表及计算机监控系统组成监控和数据采集（SCADA）系统。

集散型控制系统的特点是将管理层和控制层分开。

管理层主要是对全厂整个生产过程进行监视；控制层主要是通过现场PLC完成各自辖域内的自动控制。

SCADA系统可理解为通过现场检测仪表和网络设备完成对主要工艺流程的监控和对生产过程的工艺参数进行数据采集。

污水处理流程中的各检测仪表均为在线式仪表，变送器均带有数字显示装置并向可编程序控制器（PLC）传送标准模拟、数字信号。

每个AI/AO要求加信号隔离器，加防雷器，DI/DO要求加继电器隔离。

PLC位于变配电所内，控制范围为粗格栅、进水泵房、细格栅和氧化沟、二沉池、反应沉淀池、污泥泵站、提升泵站等。

输入输出点如下：

PLC1：

DI=440DO=80AI=140AO=20

变电站具有独立的电站微机管理系统，电站微机管理系统通过PLC1内的以太网交换机实现与管理层的网络通信。

电站微机管理系统须提供满足开放的以太网通信协议的网络交换功能及硬件设备，网络通信速率不小于10Mbps，通信介质采用双绞线。

自控系统负责电站微机管理系统在中控室相关图形界面显示的设置。

二．PLC分控站设备

硬件

1

PLC机柜包括：

CPU模块;电源模块;网络通讯模块;4～20mA输入模块;4～20mA输出模块;开关量输入模块;开关量输出模块;机架、连接器;端子、隔离器、避雷器等及全部配件，提供仪表电源

DI=440DO=80AI=140AO=20

1套

PLC

触摸屏（操作终端）

15"或以上液晶含驱动操作程序（具体见技术要求）

1套

UPS

3000VA/1h在线隔离式

1台

通讯模块

1套

以太网交换机

模块式，2个光纤口，

4个RJ45口

1套

三．设备性能要求

（1）可编程序逻辑控制器（PLC）

对可编程序逻辑控制器（PLC）有如下要求：

采用国内外知名公司的最新产品，可编程序控制器（PLC）应选用模块化的分布式控制系统，且支持符合国际标准的开放现场总线协议。

应考虑选择货源充足中文资料丰富、备品备件方便，技术服务方便、国内有维修处的生产商的产品。

PLC的选型应充分考虑其可靠性、先进性、可扩充性，应能满足中高控制性能的要求，能承受工业环境的严格要求。

平均故障间隔时间（MTBF）为15年。

PLC的输入输出控制点应有20％的余量，并予留30％空槽。

输入输出模块均需具备隔离性能。

★全部模块必须可带电插拔（RIUP）。

a）CPU

★双机热备的冗余配置，即支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余、总线冗余，热备无扰切换时间≤50ms。

同时应提供冗余的扩展I/O通讯网络。

任何部件的故障或者异常关断都应能够自动切换到备用系统。

★PLC内部采用32位的高性能工业级微处理器，主频≥533MHz，支持实时的多任务操作系统；程序存储器≥16MB，数据存储器≥64MB，掉电保持区≥1MB；内存分布为程序区和用户数据区，采用完全的自动内存分配机制，开发人员无需人工分配系统内存，缩短开发时间并保证程序的可维护性；

★数字量I/O点数≥50000点；模拟量I/O≥3000点；

★布尔指令执行时间≤0.013ms/1k；

★定时器/计数器：

不限点

具有RUN运行模式、PROGRAM编程模式、REMOTE远程模式钥匙开关，便于用户使用方便。

CPU自带锂电池，对用户程序和数据进行保存。

PLC必须能够提供包括梯形图（LD）、指令表（IT）、功能图块（FDB）、结构化文本（ST）、顺序功能流程图（SFC）、连续功能图（CFC）在内的符合IEC1131-3标准的灵活的编程语言支持，数据格式应符合IEC1131标准。

用户程序、I/O内存或系统参数能够以文件形式存放于数据存储卡或CPU内存中。

I/O扩展通讯网络：

所有扩展I/O站与处理器之间应采用符合IEC61158国际标准的冗余现场总线连接。

★主站和扩展I/O站的背板应采用同系列规格的底板，所有的I/O模块须采用和CPU对应同一系列的模块。

所有的I/O模块的配置及编制通过软件实现，无跳线及DIP开关；

★所有输出模块支持在系统故障时输出预置功能；

★完整的自诊断功能，可以在运行中自动诊断出系统的任何一个部件的故障，并且在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点及相关信息。

在系统或工艺设备发生故障后，I/O状态应返回到工艺要求预设置的安全状态上。

支持目前主流通讯协议，如TCP/IP、PROFIBUS-DP、MODBUS、自由口协议。

PLC处理器符合工业环境中使用标准；在背板电源和用户端电源不断开的情况下CPU、I/O模块、通讯模块及可拆卸端子排等必须能够支持带电插拨。

PLC机架应为金属式框架，并具备模块机械锁定装置，模块的安装、拆卸无需螺丝刀的任何的特殊工具，PLC系统，包括背板、各种插槽式模块都应符合完全的无风扇设计要求。

b）电源模块

电源：

220VAC±10%。

工作电压：

85～265VAC；

频率范围：

47~63HZ

工作温度：

0~60℃；

保存温度：

0~85℃；

相对湿度：

5~95%；

电源模块提供浪涌保护和隔离保护功能；

c）I/O模块指标：

——数字输入模块（DI）：

输入点数：

16点

输入电压：

24VDC

★支持带电插拨；

各模块具有光电隔离功能，每个输入点都具有状态指示

隔离：

系统与现场间500VAC/1min

——数字输出模块（DO）：

输出点数：

16点

输出类型：

24VDC，另配中间继电器进行隔离，触点容量220VAC，5A

★支持带电插拨；

具有回读功能；

各模块具有光电隔离功能，每个输出点都具有状态指示

隔离：

系统与现场间500VAC/1min

——模拟输入模块（AI）：

输入点数：

8点

输入范围：

4-20mA

★分辨率：

16位

★支持带电插拨；

隔离：

系统与现场间500VAC/1min

——模拟输出模块（AO）：

输出点数：

4点

输出范围：

4-20mA

分辨率：

≥12位或以上

具有回读功能；

★隔离：

系统与现场间500VAC/1min；通道间500VAC/1min；

输出建立时间：

≤2ms

精度：

≤0.3%满量程

★支持带电插拨；

（2）隔离装置

根据开关量信号输入输出点配置继电器以隔离PLC与被测控的设备。

根据模拟量信号输入、输出点配置隔离器以隔离PLC与被测控的设备。

连接所有信号电缆的端子排并使信号正常工作。

承包商应提供完整的信号连接表，它应清楚地表明各种信号名称和端子排上的位置。

承包商应将信号组合如下：

数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出

数字组和模拟组应适当分开，使相互交叉耦合达到可以忽视的程度。

（3）系统防雷单元

系统中凡是经过电缆由室外进入室内的信号线（采用光缆的除外）、PLC的电源线，由室内馈出到室外仪表的电源线、信号线等均需安装防雷器、浪涌吸收装置。

防雷器应选用质量可靠、市场占有率高的国际知名品牌产品。

1）信号线防雷器的主要技术性能指标

在防雷器安装后，对原有线路无影响，且安装使用方便。

可多次反复使用，雷击后可恢复功能。

残压：

≤2.5倍工作电压（测试电压为6KV/3KA）

工作温度：

-40℃~+70℃，

响应时间：

≤1ns

每线对地泄流：

≥10KA

2）电源线防雷器的主要技术性能指标

正常工作电压符合我国电网要求工作温度：

-40℃~+70℃

可多次反复使用，雷击后可恢复功能。

响应时间：

≤25ns

每线对地泄流：

≥64KA，

残压≤1000V。

全保护功能：

具有L-N、L-G、N-G保护功能，具有工作状态显示功能。

（4）分控站不间断电源（UPS）及子站电源切换装置

UPS是提供现场PLC和现场仪表的电源。

UPS是静态整流器/逆变器型，并有储能电池，要求输出为正弦波，并应对指定的设备提供不间断电源。

它应安排成在主电源不符合规定要求时，避免设备的破坏或扰动。

在正常状态，电源应通过整流器/充电器向储能电池供电并向逆变器供电。

通常由电源经过逆变器向荷载供电。

在主电源有故障时，应由电池通过逆变器向荷载供电。

当电源恢复正常，荷载供电应恢复到正常，电池应自动充电。

在任何情况下，向荷载供电应保持不断。

·对UPS输入的要求如下：

电压——220VAC单相

频率——50HZ

输入功率因数——0.97

输入谐波反馈——=<5％

抗浪涌保护能力——符合EN50091-2EN50082-2

·对UPS输出的要求如下：

电压——220VAC±3％

频率——50HZ±0.2％

正弦波失真率——<3％

UPS荷载——按承包商的设计容量再加20％

电池容量——3KVA1小时。

在控制子站PLC2-1、PLC2-2机柜内设置电源自动转换开关，由电气配电系统提供两路电源，实现欠压、断相时的自动转换，保证子站配电系统的可靠性。

要求该自动转换开关具有以下功能：

具有电气和机械双重联锁装置，确保电源可靠工作。

具有欠压、断相、防止二次重合闸等保护功能。

开关转换采用电机驱动，切换可靠平稳，无冲击、抗干扰。

执行断路器要求选用国际知名品牌产品。

（5）PLC机柜

A、概述

（a）除非用户同意，所有的机柜都要有统一的外形尺寸，以便于安装，另外，每个屏要有20%的空间，以便远期修改和增加元件，机柜的结构和所有内部连线要符合IEC标准的具体要求。

（b）所有机柜要有完整的装配，在制造厂内要安装好仪器并接线。

（c）所有电气工作，要根据电气章节的应用要求。

（d）环境要求：

各机柜均放置在室内。

B、温度控制

为了保持机柜内温度低于各元件允许的最高温度，要提供强制的通风。

（a）风扇为220V，50Hz电源来自机柜内电源，风扇要有防护手指免受伤害措施。

（b）风扇要有可清洗的滤网，噪声要满足标准要求。

（c）机柜要提供通气孔和强制通风，以防止内部安装的设备使得温度过高，除了靠墙安装的屏，一般的机柜的通气孔要放在机柜的背面，顶部和底部，通气孔被压制成金属片结构，对靠墙安装的设备，通风孔要放在其两侧，当机柜内部产生的热量不能由风扇来调节时，要提供致冷系统。

C、机柜的结构

（a）用2mm厚的钢板装配柜体，每一个门要用单独一片钢板制做，当钢板焊接时，要求焊缝接合片应是平实光滑的，屏的开孔要剪切，冲孔或钻孔，孔的周边要求平整。

（b）用角钢做角钢框架，一般的用2″的角钢构成机柜的框架，整个框架强度要允许柜体整体提升而不要挤压和变形，除非特殊说明，要提供吊环，为装配和安装期间起吊提供方便，当机柜一个接一个安装时，它们的前面板要有可靠的螺栓连接，柜体要有垫片保证水平。

（c）每个机柜都要提供足够的尺寸，全部仪表和控制门，门要逆时针打开，门缘在顶部和底部要有转轴，以便于平滑开启，门的锁紧程度应保证在门关上时，能将门垫片压入10%，在门的背部要做加固，用梯形钢或角钢，以免仪表等控制设备对门造成挤压或偏移，门要用不小于1/4″不锈钢插销悬吊在连续的绞链上。

（d）在内部提供安装板，用于所有仪器，控制部分和端子板安装。

D、机柜喷漆

（a）最终的外壳要用聚氨脂漆或环氧树脂漆喷涂，机柜的内部、外部颜色在协商会上确定。

（b）所有钢制柜体，都要经过内部和外部的表面予处理、涂底漆和喷漆。

要喷砂并去除小锈皮、锈斑、油脂和油污、充实所有未填满处，并使喷砂平整。

用环氧树脂金属底漆刷柜的内部和外部，用2种成分的环氧树脂刷二层罩面，在罩面之间砂要平整。

在安装后还要修补柜体漆面。

E、铭牌

（a）对机柜前面板安装的设备要提供薄片状的白色或彩色酚醛树脂标牌，上面刻有黑色字母，标牌要用2个自攻螺丝安装在机柜上。

（b）机械模压，背面粘合的标牌要标记出仪表、端子板、继电器、熔断器端子点和内部断路器的标志号。

F、机柜电气

（a）内部线路

（ⅰ）电源线和控制线应是铜线。

（ⅱ）电线要有线槽支持，线槽填充度不能超过60%。

（ⅲ）要提供带有接地线的220VAC电源插座，每个需要220V电源的设备，要提供带有地线的接头，用于连线，机柜内不能有暴露在外的端子相接触，电源线和AC控制线要在一个封闭的线槽内，和低压的信号回路隔离开来。

（ⅳ）端子板：

要满足下列要求

提供充足的端子，满足目前和20%的余量，要将机柜内备件和端子板连好线。

提供螺栓压紧：

耐压要求不小于500V。

在端子板底部要有一个标记并且还应有一个贯穿整个端子板标记条，上面用不同号码标记每个端子，号码应打印的。

按照所需的尺寸和型号的线选择端子板，端子板要有标志，用打印的标志号标出可使用的系统。

（ⅴ）现场连接的端子板将作为现场机柜的一部分。

（ⅵ）为了安全起见，每个回路应有断路器或熔断器保护；220VAC的回路应装断路器，能承受250V，2500A的短路容量，24VDC回路应为快速响应的玻璃管式熔断器，对于4～20mA回路为1A，用于单独仪表供电为3A。

断路器和熔断器应选用国际知名品牌产品。

（ⅶ）提供2条接地铜排，一条用于信号和屏蔽接地，一条用于设备和控制屏接地，信号接地母排安装在独立的支座上。

（b）机柜内电源分配

（ⅰ）每个机柜要提供所需的220VAC，50Hz的电源，每个机柜要保证馈电线路的进出。

（ⅱ）机柜内提供一个主回路断路器和每个单独回路的断路器。

主回路应和各支路的规格要配合好，以确保支路的故障仅仅能将支路断路器跳闸，而不影响主回路控制器，机柜内的电源回路布置要做到门打开后，能够清楚地看到全部断路器的进出线。

（ⅲ）按照控制和仪表所需，提供220V的配电断路器，配电线路要有回路号标志。

（ⅳ）220V配电线路应为带接地的单相三极回路。

（ⅴ）对于有熔断器保护的回路要求；

每一个熔断器下不能超过20个设备。

当多单元并列运行时，不要接在一个回路上，以防止一个支路故障影响整个系统运行。

不能超过允许的载流量。

机柜的照明和维护用照明要由一个独立电源支路提供。

（c）信号线

在机柜内信号线和控制电缆要分开，如果必要，二者要垂直交叉。

信号电缆要用铜丝编织屏蔽层或100%铝——聚脂屏蔽层，等级为60℃，信号电缆的额定电压值为300V。

（d）机柜内的信号分配

（ⅰ）机柜外的4～20mA信号将是隔离的。

（ⅱ）仪表回路的接线要在机柜内和端子相接，在相同回路的仪表要通过柜内足够的端子转接，不允许仪表间的相互连线。

（e）直流供电器

（ⅰ）功能

将220V、50Hz的输入转换成相适应的DC出电源。

（ⅱ）性能

输出电压：

24±0.5V，DC

输出电流容量：

2ADC40℃

负载和线性调节：

±0.1%

输出波形：

1.5mV均方根

（ⅲ）特点

短路保护：

自动短路保护

过电压保护：

内部安装过电压保护器，强制输出低额定值。

浮地输出：

允许正负端接地或浮地。

输出隔离：

输出与输入，输出与地隔离为300V。

（ⅳ）连线

端子式

（ⅴ）包装

全部封装在一起，安装在屏的侧壁底部。

（ⅵ）电源

220V，AC±10%，50Hz。

（f）继电器

继电器应采用国际一流品牌

继电器分为输入继电器和输出继电器。

继电器具有良好的耐蚀性接点。

继电器具有内装的明显的动作指标标志，前安装底座，并可以安装在DIN轨上。

继电器指标：

二常开以上接点

耐压2000V50HZ

环境温度：

-20℃-60℃

湿度：

35%～85%

寿命：

机械性AC4×107次

DC8×107次

电气性AC4×105次

DC1.6×105次

输入继电器指标：

线圈额定值：

220VAC50HZ4.8mA

接点额定值：

24VDC2A

输出继电器指标：

线圈额定值：

24VDC18.5mA

接点额定值：

220VAC5A

（g）柜内照明灯和维护插座

（ⅰ）独立的机柜要提供可开关的荧光灯，灯安装在屏的顶部，要有一个保护罩。

（ⅱ）独立的机柜要提供一个220V，50HzAC、15A的维护插座，在机柜的后部，插座应为单相，3线的16A，双联插座。

（h）标准按钮颜色的说明

除非特殊说明，按钮的颜色在联络会议上确定。

（i）标准的灯光颜色和说明

除非特殊说明灯光的颜色在联络会议上确定。

（j）电气要求

（ⅰ）线路

所有机柜内线路需符合下列要求。

用于交流回路的线应为铜线，按负载电流选定。

用于直流回路的线也应为铜线。

导线应编号，且在端子处做标志，标记线号，线号和标志应是用PVC打号机打印出的，粘贴或胶条标志不能接受。

特殊信号线，如通讯数字数据和多种信号要用厂家专用的标准电缆。

（ⅱ）线的界面

机柜的进出线应按照下列是要求接线和标记。

模拟和离散的信号线在编号的端子板上接线。

用特殊信号的线，如通讯等，要用厂商专用的连接器连线。

（ⅲ）接地

机柜要有独立的铜排用于信号和屏蔽接地。

每个模拟回路要有一个点接地，这个点应电源提供的位置。

每个模拟回路要把线屏蔽层和地连接。