国产PLC集成系统研究

孙 超，郭彦樟，傅 涛，陈洪业

（廊坊开发区中油龙慧自动化工程有限公司，河北廊坊 065000）

国产PLC集成系统研究

孙 超，郭彦樟，傅 涛，陈洪业

（廊坊开发区中油龙慧自动化工程有限公司，河北廊坊 065000）

PLC系统目前以国外品牌为主，目前国内厂家陆续在研发自主可控的国产PLC，对于PLC系统的集成包含整体防护、安装、接线、供电等多个系统，文本针对上述系统进行了简单的分析。

PLC；国产PLC；自主；集成系统

1 概述

对于PLC的集成，系统安全技术的推动来源是石化行业防爆要求、海洋船舶的防腐要求、核电站的防辐射抗震、飞机控制系统尤其是黑匣子的安全完整性要求。例如飞机的黑匣子，其外壳设计满足最高的整体防护要求，而且其与飞行控制系统的接口也非常特别。黑匣子内部数据来自预制线缆的航空插头，对这个插头的安装要求不仅仅要求通过螺钉固定。线缆上的插头和黑匣子上的插头还需要采用不同热膨胀系数的合金材料制成。飞机在高空飞行过程中尽管会发生非常严重的颠簸，但是由于不同金属膨胀系数不同，在高空低温的情况下，这个接头永远都会非常紧密的结合在一起。即使发生了空难，预制线缆被损坏，但是接头仍然连接完好，这样才能保证即使沉入海底若干年之后，被打捞出来黑匣子内的数据仍然是完好的。类似的要求与石化行业内本安的防爆要求有异曲同工之妙。

对于海洋船舶、飞机、核电站等设施内的控制系统，虽然其安全要求比管道工艺要求更高，但是其应用场景非常典型，即使是事故情况下，也能够针对可能发生的事故进行风险控制。而油气管道沿线距离长，要经历不同温度、不同湿度、不同海拔、不同供电条件等多种情况，应用场景的不可预知性非常高。无论是安装调试阶段，还是实际投产运行之后，都要时刻准备着经受严酷环境的考验。能够放心可靠应用自主PLC就不仅仅是拿到第三方的认证证书，更重要的是自始至终参与相关系统的设计、原料选型、加工生产和测试过程。

2 整体防护系统

整体防护系统包括PLC背板、CPU模块、IO模块的高度大小和形状设计。在这些设计研究过程中，要对外壳材料选型进行合理选择，进行挤压和坍塌时受力分析，单板的热仿真分析，卡件与背板安装后的震动分析，并在试制生产后对产品进行标准高度下的跌落实验、IEC 60529防护等级测试（防尘防水防腐）、温度湿度环境试验等，并在这些基本实验的基础上最终推动产品通过CE认证。

先进的整体防护系统要体现先进的工业设计理念，既保证美观，又保证实用。

3 先进安装系统

PLC的柜内安装不仅仅考虑在标准机柜内的安装和布置方式，也包括了满足通用站场的点数要求的基础下最小柜内站位空间、PLC扩展IO在不同机柜间的安装、以及标准化安装后柜内的散热和热仿真分析。

4 先进接线系统

PLC的接线系统包括CPU网络接线、IO接线等相关接线端子的设计。接线系统设计要保证接线快速、连接稳定、可靠，满足油气管道现场应用的要求。接线系统的基本要求是连接稳定和可靠，同时保证接线操作方便和快速。

具体的接线设计要综合考虑接线点的方向和位置、是否使用预制接头等不同要求。接线系统需要支持在线热插拔，带电接线时不同的接线顺序不会造成IO板卡的损坏；不使用预制接头，也不对线头进行螺丝固定，但是要求接线人员使用简单的改锥或接线工具能够单人完成接线工作；不能够因为接线距离、卡件间距等原因影响接线，必须要保证合理的接线空间；也不能因为不同接头直接距离过近，造成卡件发生短路，必须要保证合理的路间间距。

5 供电分配系统

按照国家对工业自动化系统在电气安装和电磁兼容性的相关要求，对PLC各个板卡的耗电量、功率进行核算，PLC内部和外部供电系统进行标准化的设计。

对于PLC各个卡件需要单独供电的，需要设计专用的供电组件，通过该组件对系统进行完整的供电。而不需要工程人员对CPU和IO卡件中的每一个设备单独接供电线缆。

无论是采用背板供电的系统，还是背板外供电的系统，都要求供电系统可靠，可靠性指标大于PLC整体系统的可靠性指标；同时，系统能够良好接地，在发生雷击等情况时，系统能够稳定供电。

6 PLC与SCADA系统接口设计

自主品牌PLC需要较好的解决PLC与SCADA系统软件集成的问题，通过设计相应的接口，将PLC的组态信息、运行状态、诊断信息等在SCADA系统软件中集成显示，提高系统的可维护性、可集成性和易用性。先进PLC与SCADA系统进行接口适配，有以下优点：第一，可以增加数据上传的内容，将PLC内部设备的诊断信息、时间标签、信号质量位等信息一并上传到SCADA系统中，增加整体系统的可靠性，降低系统的平均故障恢复时间MTTR；第二，能够极大的减少SCADA数据库组态和联调测试的工作量，提高工程组态的效率（大约1千点的站场能够减少2人/天的工作量）；第三，通过PLC与SCADA系统接口融合，能够像DCS系统演变，通过集成SCADA系统集群化、大规模、跨平台等优点，形成PLC与DCS系统兼顾的技术特性，这也符合国际自动化系统厂商的未来技术发展趋势。

除了在软件上的整合之外，系统接口设计还包括了专用数据协议通讯卡的开发。现有国产PLC对很多管道上使用的数据传输协议支持并不好，很多仅仅支持OPC通讯或者Modbus通讯。这些协议在近距离数据采集应用相对较好。而在管道上使用时由于超远距离的数据传输，容易造成大范围的数据延迟和数据丢失，难以满足管道安全运行的需要。这就需要使用管道远距离通讯中经常使用的CIP协议或IEC104协议。考虑到CIP协议并不支持时标的传递，因此初步考虑开发支持IEC104协议通讯卡。

[1]曾蓉，冯继勇，丁明亮，等.国产DCS与PLC集成方案的比较及其在电厂的应用[J].自动化仪表，2009，30（12）：46-48. [2]SY/T0091—2006油气管道计算机系统设计规范[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

孙超（1986—），男，河北廊坊人，工程师，主要从事油气储运自动化行业软硬件研究工作。