國產PLC集成系統研究

孫 超，郭彥樟，傅 濤，陳洪業

（廊坊開發區中油龍慧自動化工程有限公司，河北廊坊 065000）

國產PLC集成系統研究

孫 超，郭彥樟，傅 濤，陳洪業

（廊坊開發區中油龍慧自動化工程有限公司，河北廊坊 065000）

PLC系統目前以國外品牌為主，目前國內廠家陸續在研發自主可控的國產PLC，對于PLC系統的集成包含整體防護、安裝、接線、供電等多個系統，文本針對上述系統進行了簡單的分析。

PLC；國產PLC；自主；集成系統

1 概述

對于PLC的集成，系統安全技術的推動來源是石化行業防爆要求、海洋船舶的防腐要求、核電站的防輻射抗震、飛機控制系統尤其是黑匣子的安全完整性要求。例如飛機的黑匣子，其外殼設計滿足最高的整體防護要求，而且其與飛行控制系統的接口也非常特別。黑匣子內部數據來自預制線纜的航空插頭，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的合金材料制成。飛機在高空飛行過程中盡管會發生非常嚴重的顛簸，但是由于不同金屬膨脹系數不同，在高空低溫的情況下，這個接頭永遠都會非常緊密的結合在一起。即使發生了空難，預制線纜被損壞，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的數據仍然是完好的。類似的要求與石化行業內本安的防爆要求有異曲同工之妙。

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

2 整體防護系統

整體防護系統包括PLC背板、CPU模塊、IO模塊的高度大小和形狀設計。在這些設計研究過程中，要對外殼材料選型進行合理選擇，進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，并在試制生產后對產品進行標準高度下的跌落實驗、IEC 60529防護等級測試（防塵防水防腐）、溫度濕度環境試驗等，并在這些基本實驗的基礎上最終推動產品通過CE認證。

先進的整體防護系統要體現先進的工業設計理念，既保證美觀，又保證實用。

3 先進安裝系統

PLC的柜內安裝不僅僅考慮在標準機柜內的安裝和布置方式，也包括了滿足通用站場的點數要求的基礎下最小柜內站位空間、PLC擴展IO在不同機柜間的安裝、以及標準化安裝后柜內的散熱和熱仿真分析。

4 先進接線系統

PLC的接線系統包括CPU網絡接線、IO接線等相關接線端子的設計。接線系統設計要保證接線快速、連接穩定、可靠，滿足油氣管道現場應用的要求。接線系統的基本要求是連接穩定和可靠，同時保證接線操作方便和快速。

具體的接線設計要綜合考慮接線點的方向和位置、是否使用預制接頭等不同要求。接線系統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；不使用預制接頭，也不對線頭進行螺絲固定，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，造成卡件發生短路，必須要保證合理的路間間距。

5 供電分配系統

按照國家對工業自動化系統在電氣安裝和電磁兼容性的相關要求，對PLC各個板卡的耗電量、功率進行核算，PLC內部和外部供電系統進行標準化的設計。

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

無論是采用背板供電的系統，還是背板外供電的系統，都要求供電系統可靠，可靠性指標大于PLC整體系統的可靠性指標；同時，系統能夠良好接地，在發生雷擊等情況時，系統能夠穩定供電。

6 PLC與SCADA系統接口設計

自主品牌PLC需要較好的解決PLC與SCADA系統軟件集成的問題，通過設計相應的接口，將PLC的組態信息、運行狀態、診斷信息等在SCADA系統軟件中集成顯示，提高系統的可維護性、可集成性和易用性。先進PLC與SCADA系統進行接口適配，有以下優點：第一，可以增加數據上傳的內容，將PLC內部設備的診斷信息、時間標簽、信號質量位等信息一并上傳到SCADA系統中，增加整體系統的可靠性，降低系統的平均故障恢復時間MTTR；第二，能夠極大的減少SCADA數據庫組態和聯調測試的工作量，提高工程組態的效率（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系統接口融合，能夠像DCS系統演變，通過集成SCADA系統集群化、大規模、跨平臺等優點，形成PLC與DCS系統兼顧的技術特性，這也符合國際自動化系統廠商的未來技術發展趨勢。

除了在軟件上的整合之外，系統接口設計還包括了專用數據協議通訊卡的開發?，F有國產PLC對很多管道上使用的數據傳輸協議支持并不好，很多僅僅支持OPC通訊或者Modbus通訊。這些協議在近距離數據采集應用相對較好。而在管道上使用時由于超遠距離的數據傳輸，容易造成大范圍的數據延遲和數據丟失，難以滿足管道安全運行的需要。這就需要使用管道遠距離通訊中經常使用的CIP協議或IEC104協議?？紤]到CIP協議并不支持時標的傳遞，因此初步考慮開發支持IEC104協議通訊卡。

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

Advanced Autonomous Domestic PLC Integrated System

Sun Chao，Guo Yan-zhang，Fu 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軟硬件研究工作。