基于EC20系列平台研发的专用PLC可行性报告.docx
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基于EC20系列平台研发的专用PLC可行性报告
基于EC20系列平台研发的专用PLC可行性报告
一、项目概况、国内外同类研究情况（包括技术水平）
1.1项目概况
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，基于EC20系列平台研发的专用PLC是专门为塑料机械自动化控制而开发的。
基于EC20系列平台研发的专用PLC是基于EC20系列PLC软硬件平台，通过直流电源部分开关电源的研究，信号输入电路的研究，PLC输出级的电路的研究，开发出将PLC和文本显示器（人机界面）集合为一体专用节能型可编程控制器。
本专用PLC主要用于塑料机械，能对塑料机械的启动、运行及各控制点进行智能化监测和控制，同时对塑料机械进行报警、故障保护，以及参数设置，为塑料机械可靠运行提供保障，实现自动化控制，解决运行参数的波动大，需有人值守的问题，达到减少用工和节约能源的目的。
1.2国内外的技术发展状况：
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。
限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。
这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。
最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。
接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。
目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。
上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。
此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。
可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
21世纪，PLC会有更大的发展。
从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
二．技术（产品）、经济、社会、生态效益分析
2．1市场需求
可编程控制器PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案。
随着我国工业自
动化进程的加快，中国已成为世界PLC市场的重要组成部分。
近年来中国OEM机械厂家一直忙于提高国产机械的自动化水平，减少对国外高端机械产品的依赖。
因此，PLC作为典型控制产品，在塑料机械、印刷机械、食品机械、包装机械、机床、化工机械等行业
被广泛使用。
本PLC主要为塑料机械自动化控制研究开发的。
我国的塑料机械工业近几十年得到迅猛发展，尤其是改革开放二十多年来，年平均增长速度达到10%以上，塑料机械昂首阔步以"朝阳工业"的姿态步入了21世纪，取得了举世瞩目的成绩，2010年塑料机械总产量已已位居世界第二位。
据国家统计局提供的数据，塑料机械目前有近7000家企业，2010年全年累计完成工业总产值为430亿，年增长14.9%。
塑料机械在全国各省、市、自治区分布是不均匀的，大部分企业集中在浙江、江苏和广东省，其中浙江省约占20%的产量。
我国的塑料加工技术与装备、塑料产品的种类及应用领域都已步入世界先进行列。
在经济全球化高速发展和我国加入WTO后的新形势下，我国的塑料机械面临着前所未有的机遇和挑战的局面。
目前国内的塑料机械的控制主要采用专用控制器和PLC，少数低端设备采用继电器控制。
国内生产的塑料机械的控制点一般在128IO以内，少数大型塑料薄膜生产线的控制点可能超过6,000 IO点，使用多个PLC和IPC。
不同的塑料机械类型选用的控制器的类型也有差别，注塑机和小型吹塑机主要使用专用控制器（嵌入式产品），少量使用PLC和继电器；挤出设备主要使用PLC，少量使用专用控制器；辅助设备主要使用PLC和继电器控制。
由于普通塑料机械的控制相对简单，而机器大多是单机操作，受到机械可靠性水平的限制，塑料机械对控制系统可靠性的要求不太高，因此采用嵌入式产品开发的专用控制器能够满足绝大多数用户的需求，价格上具有很大的优势，因而在本行业得到广泛的应用，尤其是在注塑机上更是普遍应用，在吹塑设备上的应用比例也比较高。
在挤出设备上，由于PLC的可靠性高、开发周期短和应用成熟，PLC的应用占据了主导地位。
目前在本行业使用较多的PLC品牌有Siemens、Omron、Mitsubishi、NAIS、LG等。
Siemens提供了系列基于PLC的塑料机械控制器。
本控制器市场定位塑料机械专用控制器，产品成本如果能规模化生产，成本为大幅度降低，预计销售价格为同类进口通用控制器的2/3。
目前西门子同类控制器，如S7-200PLCCPU22X系列控制器市场价格一般在2500元左右，公司开发的专用控制器市场价在1500元每台，市场竞争优势明显。
项目市场前景：
塑料机械自动化市场2008年超过了10亿元，近几年塑料机械自动控制PLC发展迅速，每年以20%以上速度增长，2010年已经达到15亿。
项目开发成功后，先在浙江地区塑料机械企业中推广应用，浙江省是塑料机械制造大省，占全国总产量近20%。
按每台配置一套专用控制器及相应的技术服务计算，每年市场份额达到3-4亿，全国市场大致在18-19亿，我国的塑料机械工业近几年发展迅猛，每年增长25%以上，市场前景十分广阔。
2．2社会意义
本专用PLC主要用于塑料机械，能对塑料机械的启动、运行及各控制点进行智能化监测和控制，同时对塑料机械进行报警、故障保护，以及参数设置，为塑料机械可靠运行提供保障，实现自动化控制，解决运行参数的波动大，需有人值守的问题，达到减少用工和节约能源的目的。
塑料机械的传统控制方式以开关、继电气、接触器为控制件，这种传统的控制方式己有八、九十年的历史。
伴随微电子和信息技术的发展，目前大多采用PLC和PC控制，采用本公司开发的专用PLC控制塑料机械，利用了PLC和PID控制器对系统运行时的有关参数进行自动调节，达到了很高的运行精度，并使机组的运行达到了快速、平稳和节能的要求。
根据测算，采用专用控制PLC比传统控制电路节能10-15%。
，我国是塑料机械制造和使用大国，采用专用控制PLC就能节约全部电能的十万分之一到二，节能效果明显，符合低碳经济和绿色环保。
2．3经济意义
项目完成研发后，研发成果主要用于塑料机械自动化控制，公司已经与浙江方圆塑料机械有限公司达成意向，由我们公司专供专用PLC控制器，并提供全面技术支持。
按公司目前与浙江省几家专业生产塑料机械企业初步合同，加上通过公司销售部门向全国推广应用。
预计销售收入如下。
项目
2012年
2013年
一、销售额（万元）
1600
6500
二、增值税销项税额
40
130
减：
增值税进项税额
25
65
三、应交增值税
15
65
四、应交城建税（7%）
2.2
4.6
五、应交教育费附加（5%）
1.3
3.3
六、销售税金及附加合计
3.5
7.9
其中：
销售收入及税金的计算依据如下：
Ø销售收入：
项目销售收入以现行市场价格为依据，并假定价格不变，所有价格都是不含税价格。
并依据市场开发情况合理预测销售量，从而合理推算出销售额。
Ø税务（按企业现行纳税水平）
✓增值税，税率按17%
✓城市维护建设税为应交增值税额的7%
✓教育费附加为应交增值税额的5%（中央3%，地方2%）
✓所得税：
税率15%
总成本费用估算表
项目
2012年
2013年
1.原材料
1100
4500
2.燃料和动力
30
70
3.工资及福利费
90
200
4.折旧费
20
60
5.其他制造费用
60
500
6.其他管理费用
70
250
7.销售费用
80
250
8.财务费用
10
30
9.总成本费用
1460
6060
成本费用的计算依据如下：
Ø各项生产成本依据销售量乘以各项成本定额测算得出。
Ø销售费用按销售收入的3%测算。
Ø管理费按销售收入的3%测算。
获利能力预测
项目
2012年
2013年
一、产品销售收入
1600
6500
减：
销售税金及附加
3.5
7.9
总成本费用
1480
6060
二、利润总额
136
432
减：
所得税（25%）
36
110
三、净利润
100
322
经济效益分析
经计算，项目投产后二年的主要财务评价指标如下表所示。
序号
项目
单位
指标
备注
1
年平均销售收入
万元
4050
2
年平均总成本费用
万元
3770
3
年平均销售税金
万元
5．7
4
年平均利润总额
万元
290
5
年平均所得税
万元
75
6
年平均净利润
万元
211
7
动态投资回收期
年
2
项目投产后开始
以上指标表明：
该项目的盈利能力较强，投资回收期较短，财务上可行。
2．4生态效益
本项目主要由控制主机、软件和工程塑料组成，是高科技产品，没有废水、废气、废物排放。
三、项目主要研究开发内容、关键技术
研究内容
塑料机械专用控制器是基于EC20系列PLC软硬件平台，通过直流电源部分开关电源的研究;信号输入电路的研究;PLC输出级的电路的研究，开发出将PLC和文本显示器（人机界面）集合为一体专用节能型可编程控制器，能对塑料机械的启动、运行及各控制点进行智能化监测和控制，同时对塑料机械进行报警、故障保护，以及参数设置，为泡沫塑料机械可靠运行提供保障，实现自动化控制，解决运行参数的波动大，需有人值守的问题，达到减少用工和节约能源的目的。
专用控制器框图
逻辑电路
DC24V电源
输
入
端
口
输出端口、COM2
输出端口、COM1
输出端口、COM0
DC24V辅助电源
AC24V电源
研发中产品图片
关键技术
1）直流电源部分开关电源的研究
将交流24V电压变换为2路隔离的24V直流，用VCC_24V/GND经变换得
到±5V和3.3V电源：
VEX_24V/COM用于提供继电器输入端电压；
VCC_24V/GND用于提供逻辑电路电压和输出电路电压；
3.3V/GND用于CPU及SRAM供电；
±5V/GND用于IC的供电；
2）信号输入电路的电路研究
电路为漏型输入方式，输入端采用双向光耦，可施加双极性信号，典型输入电路如下图：
3）PLC输出级的电路设计
输出采用单触点继电器，继电器线圈采用＋24V供电。
通过直流电源部分开关电源的研究;信号输入电路的研究，PLC输出级的电路的研究，本泡沫塑料机械专用节能控制器EMC性能符合IEC61131-2标准8.3.1节，辐射抗扰性、静电放电抗扰性、传导抗扰性、浪涌抗扰性等优良；控制器电气绝缘水平高，平均故障间隔时间（MTBF）长。
四、预期目标（要达到的主要技术经济指标；自主知识产权申请拥有设想）；
本项目预期考核的技术经济指标及产业化前景
4.1主要技术指标
项目执行期结束时达到的主要技术与性能指标如下：
主要技术参数：
1、额定工作电源输入电压为24VAC，可正常工作电压范围为21.6VAC~26.4VAC，实际允许最大电压范围18～29VAC；
2、信号输入电路ON响应时间和OFF响应时间20msMax；
3、PLC控制器的绝缘水平：
交流输入对壳体绝缘电阻≥5×10
Ω，交流输入对壳体间（PG端子）应能承受50Hz、有效值为2830VAC的交流电压或等效直流电压1分钟，无击穿或飞弧现象，漏电流≤30mA；
4、输入阻抗3.3k～4.3k。
4.2主要经济指标
项目完成研发后，研发成果主要用于塑料机械自动化控制，公司已经与浙江方圆塑料机械有限公司达成意向，由我们公司专供专用PLC控制器，并提供全面技术支持。
按公司目前与浙江省几家专业生产塑料机械企业初步合同，加上通过公司销售部门向全国推广应用。
预计2012销售收入1500万，利税90万。
4.3知识产权
本项目是公司为浙江方圆塑料机械有限公司解决其塑料机械全自动控制而开发的，技术基础来自公司十多年专业从事自动化控制领域的积累，通过本项目开发，预计能形成1至2项发明专利和1至2项实用专利。
公司在自主开发塑料机械专用控制器同时，积极保护自有知识产权。
目前已申请了1项国家发明专利和1项实用专利，取得专利受理证书。
目前正在申请和已经受理2项。
专利号
申请日
专利名称
201110117787.6
2011.5.09
一种泡沫塑料机械专用控制器
201120144777.7
2011.5.09
一种泡沫塑料机械专用控制器
五、项目现有技术基础和条件（包括原有基础、知识产权情况、技术力量的投入、科研手段等）
5．1合作单位中国计量学院
基于无线技术的智能家居安防系统开发中涉及的计算机技术、图像处理、无线通讯、系统集成开发、软件开发等诸多技术，中国计量学院质量与安全工程学院在以往的研究中多数有所涉及，并且通过工程实践打下了坚实的基础。
中国计量学院质量与安全工程学院是在“标准立人，计量立校，质量立业”理念基础上，顺应我国工程应用型人才培养需求、总结多学科交叉办学经验，为深化行业特色，于2007年3月成立的学院。
学院依托相应学科多年的建设积累，整合相关专业师资和实验室资源，共建有产品质量工程专业（国内首办、国家级特色专业、浙江省重点专业）、安全工程专业（浙江省首办、校级重点专业）、工业工程专业和环境工程专业等4个本科专业。
现有在读本科学生1100
余名；在读硕士研究生49名。
学院下设质量工程系、安全与环境工程系，负责相应专业教学组织与实施。
拥有一支教学经验丰富、理论基础扎实、学历和职称结构合理的教师队伍。
学院现有教职工61名，其中专任教师47名，实验人员5名，思政及行政人员9名。
专任教师队伍中有副高以上职称教师28名（其中教授、研究员7名），占专任教师的59.6%；博士27名、硕士18名，占专任教师的95.7%。
学院聘请兼职（客座）教
授8名。
近年来学院承担省部级以上科研项目10余项，与地方企业联合项目100余项，科研经费总额1000余万元；荣获省部级科技奖3项；省高等学校科研成果奖5项。
发表学术论文180余篇，出版各类著
作6部，获得专利12项。
质量与安全工程学院目前拥有功能实验室12个，机房1个，仪器设备总值近1000万元，800余台件。
实验室独立承接40多门课
程的实验教学，并以多种形式对外开放。
5．2项目承担单位：
杭州恒晟电气技贸有限公司创建于1995年，历经十余年的努力开拓，已发展成为集自动化产品开发、机械设备电气配套、电控柜成套加工、自动化系统集成、国际著名品牌工控产品代理销售为一体的高科技、专业化企业。
能承接各类自动化工程项目、设计生产各类电气控制柜。
公司具备雄厚的技术实力和资深的行业背景，致力于为客户提供最先进的自动化产品和系统，业务主要集中在塑机、纺机、起重、水电、机械、冶金等行业。
公司主要产品有：
空压机专用控制器、泡沫塑料机械专用控制器、磁力起动器、变频调速系统、各类工业生产线电控装置、燃油、燃气工业锅炉电控装置、水处理控制装置等。
公司始终坚持以技术为先导，以推动中国工业企业产品生产自动化为战略目标。
公司现有员工60人，全部为大专以上人员，其中硕士2人，本科15人，直接从事技术开发的人员20人，占职工总数的33%。
公司高度重视自主研发和自主知识产权保护，已取得实用新型专利2项，正在申请的专利4项，软件登记1项。
公司注册在杭州高新技术开发区，属于杭州市高新区重点支持的企业，生产经营在高新区活水工业园区，公司设有研发中心，同时与浙江大学和浙江工业大学开展合作，公司立足自主开发，产学研合作为辅，不断研发工业生产过程自动化控制系统和产品，为提升中国工业企业自动化水平作出贡献。
5．3现已具备的科研条件
产学研合作项目组依托中国计量学院质量与安全工程学院，可方便地利用学科点和学院实验室的资源。
现在项目组已经拥有多套RAM单片机开发系统，产品测试仪器设备齐全，如各种先进的信号发生、检测及分析仪器。
另外中国计量学院的图书资料、科研信息资源充足，查阅、使用方便。
此外，项目主要承担单位杭州恒晟电气技贸有限公司，是一家致力于自动化控制设计、制造和销售的科技型企业。
公司以“专用PLC”产品为核心，提供全方位的自动化解决方案，具有国内外多个知名厂商产品的代理权，拥有完整的PLC控制产品线。
公司具有雄厚的技术实力，核心成员由计量学院博士、硕士和公司高级工程师等人员组成，公司多名技术人员参加过空压机专用控制器、泡沫塑料机械专用控制器、磁力起动器、变频调速系统、各类工业生产线电控装置、燃油、燃气工业锅炉电控装置、水处理控制装置等项目的研发工作。
在自动化控制方面具有多项自主知识产权。
公司核心团队来自浙江大学和中国计量学院。
公司现有员工60人，全部为大专以上人员，其中硕士2人，本科15人，直接从事技术开发的人员20人，占职工总数的33%。
公司注册在杭州高新技术开发区，属于杭州市高新区重点支持的企业，生产经营在高新区活水工业园区，公司设有研发中心，同时与浙江大学和浙江工业大学开展合作，公司立足自主开发，产学研合作为辅，不断研发工业生产过程自动化控制系统和产品，为提升中国工业企业自动化水平作出贡献。
六、实施方案（包括技术路线、进度安排）；
技术方案：
1、塑料机械专用控制器是基于EC20系列PLC软硬件平台，研究EC20系列PLC软硬件平台；
2、通过直流电源部分开关电源的研究;信号输入电路的研究;PLC输出级的电路的研究，开发出将PLC和文本显示器（人机界面）集合为一体专用节能型可编程控制器；
3、系统集成测试完善，在泡沫塑料机械上试用，积累经验；
4、专用PLC在塑料机械试用3-6月，总结经验，进一步完善，在全国推广应用。
计划进度:
项目开发时间安排大致为：
2010年6月-2011年1月双方合作沟通，共同进行市场调研，提出需求，签订合作合同；
2011年2月-2011年5月研究专用控制器直流电路部分；
2011年7月-2012年11月研究输入部分电路和测试研究效果；
2011年12月-2012年3月研究输出部分电路和测试研究效果；
2012年4-5月系统集成，测试，试用，撰写论文、申请专利等；
2012年5月—2012年5月课题总结，鉴定评议
七、项目预算（包括经费来源及用途）；
项目投资概述
该项目预计总投资420万元，企业自筹390万，用于专用PLC项目研究、生产制造、产业化。
中国计量学院和杭州恒晟电气技贸有限公司合作申请2011年杭州市产学研合作项目资助30万。
该项目预计在2012年3月底完成。
到目前2011年10月30号为止已经发生221.8万。
产学研合作项目预计经费明细表
科目
预计金额（万元）
备注
设备费
30
开发、测试设备
能源材料费
100
控制器，继电器,传感器，线缆等
试验外协费
10
委托外单位开发费
资料印刷费
5
资料费，专利申请
会议调研费
5
学术交流，调研，出差等
租赁费
10
鉴定验收费
5
人员经费
100
研发人员工资，奖金等
管理费
25
其他
10
合计
420
本项目从2010年6月开始，公司先进行市场调研，电子线路部分由公司自己开发，购置部分电子元器件，先期选购了部分附件和材料，2011年初与中国计量学院开始合作，由中国计量学院质量与安全工程学院协助开发RAM嵌入控制、无线部分和软件。
到目前为止，即到2011年10月30号，公司已经投资221.8万。
详见下表。
产学研合作项目已经开支经费明细表
科目
实际金额（万元）
备注
设备费
20
开发、测试设备
能源材料费
92.6
控制器，继电器,传感器，线缆等
试验外协费
20
委托外单位开发费
资料印刷费
0
资料费，专利申请
会议调研费
6.3
学术交流，调研，出差等
租赁费
6.6
鉴定验收费
0
人员经费
73
研发人员工资，奖金等
管理费
3.3
其他
0
合计
221.8
资金使用说明
该项目预计总投资420万元，目前为止已经发生221.8万，主要用于设备费、能源材料费、人员费、设计试验费等。
公司单独列项，专款专用。
八、申请单位概况（包括企业规模、技术力量、设备和配套情况、企业资产及负债情况）；
九、项目负责人及主要参加人员简历
9.1．项目的合作方式
产学研合作。
9.2、
升级会员 