做到这八点,可确保复杂的自动化项目成功实施!

(一)前言

过程自动化项目很复杂,在完工之前可能会遇到很多挑战。保持开放、诚实的态度,以及各方的积极参与和持续改进,有助于确保项目取得成功。即使对于经验丰富的项目经理来说,复杂的集成项目也会带来一定程度的模糊性。密切关注预算和进度是成功的关键,但这些还不足以确保项目实现客户认可的成功。在管理集成项目时,维护客户满意度可能是最具挑战性的。客户对满意度的认知,就像项目一样会经历过渡期。客户对集成团队绩效的看法非常复杂,难以准确衡量。有效管理认知和期望,可能具有挑战性。要取得成功,必须了解客户的关注点。在其生命周期中,随着项目的进展,利益相关方之间的交互和数据交换的数量也会发生变化。在典型项目中,定义和计划阶段所花费的时间和精力,往往会超过执行阶段的时间和精力。一般而言,在项目生命周期的初期和后期,需要与客户进行更多的交流。规划阶段还需要准确及时地收集客户数据,以便进入执行阶段。这需要给客户施加一定的压力以获取所需的信息,这可能会成为整个项目的瓶颈。在许多情况下,客户没有专业知识和可用的大量时间来生成执行所需的信息。

(二)怎样完整的做一个自动化项目?

一般说来,一个以PLC应用为主的自动化项目或者自动化工程主要包括三个阶段,第一个阶段是设计阶段,第二个阶段是施工调试阶段,第三个阶段是竣工阶段。
【设计阶段】主要包括以下内容:

一、熟悉工艺:自动化的目的是根据生产工艺的要求,主要采用PLC系统对生产过程中的电气设备进行控制以提高生产的效率、可靠性并降低运行人员的劳动强度。可见,自动化是为工艺服务的。设计自动控制系统,首先需了解生产工艺,对生产流程的每一个环节都要熟悉,并明了各个环节之间的依存关系。为了对生产过程进行检测,通常系统中会安装各种各样传感器和变送器、行程开关等。我们需根据工艺流程图确定所有就地表和传感器的个数及量程,并进行仪表选型,确定型号以及安装方式并制作仪表采购清单。
二、了解电气设备布置情况;盘点系统中的动力设备并设计动力设备主回路及控制回路;绘制电气原理图及就地控制箱(柜)尺寸图、柜内布置图、柜面元件图、端子接线图、安装图等相关图纸并出具材料清单;统计仪表、传感器等需用的电源电缆及信号电缆类型及长度并确定布线方案,统计所有电线电缆规格长度、管线及桥架等布线部件数量,编制设备功能描述说明书。
三、制作电气设备及传感器清单用以确定系统中I/O点数;根据工艺流程按功能来确定PLC站点的个数和每个PLC站的I/O点数;根据每个PLC站的I/O点数和控制功能要求确定PLC系列,如西门子 PLCS7-300系列和S7-1500系列等;根据上面确定的I/O点数选用PLC的输入输出模块,然后再根据运算处理能力的需求和估计的程序复杂程度以及通讯方式来确定CPU的型号以及程序存储器大小,最后如有多个PLC站,确定各PLC站间的通讯方式;最后再选择电源和机架、编程电缆、编程软件等。PLC选型后,设计PLC柜图纸。
四、根据系统和设备的功能描述说明书编写PLC程序。
 【施工调试阶段】主要包括以下内容:
一、电缆布线(在前期与土建协同施工)
二、仪表、传感器安装
三、就地控制箱柜安装、PLC柜安装
四、接线
五、接线检查
六、对系统中各个设备进行逐一上电测试
七、仪表、传感器进行参数设定、标定
八、程序模拟调试
九、程序联机调试
十、程序参数优化,程序存档。
竣工阶段】主要包括以下内容:
一、竣工资料整理(图纸、程序、培训资料、系统操作维护说明书)
二、运行人员培训
三、工程竣工验收

(三)如何确保复杂的过程自动化项目成功实施?

以下8个源于管理复杂自动化项目的实际经验,确定了管理流程的关键属性。

(1)从不要低估项目需求

为确保满足项目需求,建议在执行大型项目之前评估所有利益相关方的工作负荷要求。如果公司没有大型项目执行经验,强烈建议与资深专业人士交流以明确要求。一个常见的误解是,在承担额外项目的同时,还可以保持当前的工作职责。另一个常见的疏忽是低估了提供准确数据或审查所需的详细知识。这些疏忽可能会对项目成功产生不利影响,所有工作负荷都应妥善规划并相应配备人员以取得成功。

(2)尽早同利益相关方建立稳固的合作关系

在利益相关方之间建立稳固的工作关系非常重要。建议在项目前期投入时间,以建立基于道德商业实践的坚实基础。建议通过视频或电话会议进行面对面交流。讨论不同组之间的交流并定义范围边界很重要。定义如何处理请求、提交、截止日期和超出范围的请求。当项目在计划和预算范围内完成时,开展业务很容易。然而,当最后期限迫在眉睫并且代价很高时,在巨大压力发生之前,理解如何共同解决问题和关注点总是更好。充分与所有利益相关方沟通期望,确保每个人都能理解这些期望。

(3)经常向请求用户反馈非常有必要

将反馈视为持续改进的重要方面。也就是说,利益相关方应该谦虚,扪心自问,并要求直接真实的反馈。积极反馈很好,但改善的唯一方法是定义负面清单。然而,这是双向的,客户和承包商都应该进行公开讨论,因为他们都有责任提供反馈。根据项目规模,可以定期执行里程碑审核。每个反馈会议都应公布所发现的问题,并采取后续行动。

(4)努力争取管理层的定期参与

高层管理人员定期参与,会表明对项目的承诺。这是一项开放政策,可以帮助澄清当前问题,并为主要决策者提供第一手资料。这些会议应更具战略性。识别拦路虎或关键路径项,但应将讨论主题维持在每个人都可以关注的层次,并且不要夹杂其它事情,因为这可能会使管理团队失去兴趣。审核会议不应是每周或每两周一次的例行会议。应确定专门的时间来审查关键问题,以使管理层了解项目状态。

(5)责任明晰是必须的

利益相关方应切实负起责任,提供推动项目执行所需的相关数据和信息。为交付物规定截止日期,不能仅仅指定时间框架。如果某个项目延迟,则后续项目也会延迟。每次会议都应审查所有可交付成果和截止日期,以确保每个人都充分理解并认识到所承担的责任。所有利益相关方的集体协作和承诺,可确保项目取得成功。

(6)遵循科学的流程

与具有明确和合格的实施流程的专业团队合作,是项目成功或失败的关键因素。不允许在项目中使用自定义方法或未经证实的策略。开辟新路径或另起炉灶,只会对结果产生一定程度的不确定性。预测未来的唯一方法是了解过去。当进度紧张时,大多数人都想走捷径。确保充分评估所有行动的影响或潜在影响,并相信经过验证的流程能够取得成功。

(7)千万不要试图掩盖错误

错误总会发生,但重要的是面对现实并承认错误,确定如何纠正错误,并提供解决方案以防止错误再次发生。与利益相关方进行开诚布公、公平和公开的沟通是最好的策略。始终以客户的最大利益行事,并以身作则。

(8)持续改进和开放文化

成功项目的共同属性是利益相关方接受并承担相应的责任。即使是成功的项目,在整个项目生命周期中也会遇到困难。但是,坚持不懈地努力解决这些问题,可以建立一种信任和理解,以便确保良性互动。持续改进和致力于成功的开放文化,对于建立密切的伙伴关系至关重要。

建立这种关系,意味着一起识别可行的解决方案,决策不是片面的。保持管理层的参与,确保对项目的承诺是一个好主意。务必开诚布公地、现实的进行沟通,同时遵守最符合道德规范的商业惯例。这些行动的实施,必定会带来项目的成功。

【延伸阅读】

PLC控制系统的安装与调试,涉及到各项工作,并且只能按序进行,一环紧扣一环,稍有不慎都将导致调试失败,不但延误工期,甚至会损坏设备。本文介绍了在现场实践中总结出的PLC控制系统的安装与调试技术经验,并对现场经常出现的安装、调试相关问题,提出探讨意见和解决方案。

一、系统的安装与调试

合理安排系统安装与调试程序,是确保高效优质地完成安装与调试任务的关键。

1、前期技术准备

系统安装调试前的技术准备工作越充分,安装与调试就会越顺利。前期技术准备工作包括下列内容:

(1)熟悉PC随机技术资料、原文资料,深入理解其性能、功能及各种操作要求,制订操作规程。

(2)深入了解设计资料、对系统工艺流程,特别是工艺对各生产设备的控制要求要有全面的了解,在此基础上,按子系统绘制工艺流。程联锁图、系统功能图、系统运行逻辑框图、这将有助于对系统运行逻辑的深刻理解,是前期技术准备的重要环节。

(3)熟悉各工艺设备的性能、设计与安装情况,特别是各设备的控制与动力接线图,并与实物相对照,以及时发现错误并纠正。

(4)在全面了解设计方案与PC技术资料的基础上,列出PC输入输出点号表(包括内部线圈一览表,I/O所在位置,对应设备及各I/O点功能)。

(5)研读设计提供的程序,对逻辑复杂的部分输入、输出点绘制时序图,一些设计中的逻辑错误,在绘制时序图时即可发现。

(6)分子系统编制调试方案,然后在集体讨论的基础上综合成为全系统调试方案。

2、PLC商检

商检应有甲乙双方共同进行,应确认设备及备品、备件、技术资料、附件等的型号、数量、规格,其性能是否完好待实验室及现场调试时验证。商检结果,双方应签署交换清单。

3、车间调试

(1)PLC的车间安装与开通制作金属支架,将各工作站的输入、输出模块固定其上,按安装提要以同轴电缆将各站与主机、编程器、打印机等相连接,检查接线正确,供电电源等级与PLC电压选择相符合后,按开机程序送电,装入系统配置带,确认系统配置,装入编程器装载带、编程带等,按操作规程将系统开通,此时即可进行各项操作试验。

(2)键入工作程序

(3)模拟I/O输入、输出,检查修改程序本步骤的目的在于验证输入的工作程序的正确性,该程序的逻辑所表达的工艺设备的联锁关系是否与设计的工艺控制要求相符,程序是否畅通。若不相符或不能运行完成全过程,说明程序有误,应进行修改。在这一过程中,对程序的理解将逐步加深,为现场调试作好了准备,同时也可以发现程序不合理和不完善的部分,以便进一步优化。

调试方法有两种:

①模拟方法:按设计做一块调试板,以钮子开关模拟输入节点,以小型继电器模拟生产工艺设备的继电器与接触器,其辅助接点模拟设备运行时的返回信号节点。其优点是具有模拟的真实性,可以反映出开关速度差异很大的现场机械触点和PLC内的电子触点相互连接时,是否会发生逻辑误动作。其缺点是需要增加调试费用和部分调试工作量。

②强置方法:利用PLC强置功能,对程序中涉及现场的机械触点(开关),以强置的方法使其“通”、“断”,迫使程序运行。其优点是调试工作量小,简便,不需另外增加费用。缺点是逻辑验证不全面,人工强置模拟现场节点“通”、“断”,会造成程序运行不能连续,只能分段进行。

根据我们现场调试的经验,对部分重要的现场节点采取模拟方式,其余的采用强置方式,取二者之长互补。逻辑验证阶段要强调逐日填写调试工作日志,内容包括调试人员、时间、调试内容、修改记录、故障及处理、交接验收签字,以建立调试工作责任制,留下调试的第一手资料。对于设计程序的修改部分,应在设计图上注明,及时征求设计者的意见,力求准确体现设计要求。

4、PLC的现场安装与检查

车间调试完成后,待条件成熟,将设备移至现场安装。安装时应符合要求,插件插入牢靠,并用螺栓紧固;通信电缆要统一型号,不能混用,必要时要用仪器检查线路信号衰减量,其衰减值不超过技术资料提出的指标;测量主机、I/O柜、连接电缆等的对地绝缘电阻;测量系统专用接地的接地电阻;检查供电电源等等,并做好记录,待确认所有各项均符合要求后,才可通电开机。

5、现场设备接线、I/O接点及信号检查调整

对现场各工艺设备的控制回路、主回路接线的正确性进行检查并确认,在手动方式下进行单体试车;对进入PLC系统的全部输入点(包括转换开关、按钮、继电器与接触器触点,限位开关、仪表的位式调试开关等)及其与PLC输入模块的连线进行检查并反复操作,确认其正确性;

对接收PLC输出的全部继电器、接触器线圈及其他执行元件及他们与输出模块的连线进行检查,确认其正确性;测量并记录其回路电阻,对地绝缘电阻,必要时应按输出节点的电源电压等级,向输出回路供电,以确保输出回路未短路,否则,当输出点向输出回路送电时,会因短路而烧坏模块。

一般来说,大中型PLC如果装上模拟输入输出模块,还可以接收和输出模拟量。在这种情况下,要对向PLC输送模拟输入信号的一次检测或变送元件,以及接收PLC模拟输出的调节或执行装置进行检查,确认其正确性。必要时,还应向检测与变送装置送入模拟输入量,以检验其安装的正确性及输出的模拟量是否正确并是否符合PLC所要求的标准;向接收PLc模拟输出信号调节或执行元件,送人与PLC模拟量相同的模拟信号,检查调节可执行装置能否正常工作。装上模拟输入与输出模块的PLC,可以对生产过程中的工艺参数(模拟量)进行监测,按设计方案预定的模型进行运算与调节,实行生产工艺流程的过程控制。

本步骤至关重要,检查与调整过程复杂且麻烦,必须认真对待。因为只要所有外部工艺设备完好,所有送入PLC的外部节点正确、可靠、稳定,所有线路连接无误,加上程序逻辑验证无误,则进入联动调试时,就能一举成功,收到事半功倍的效果。

6、系统模拟联动空投试验

本步骤的试验目的是将经过实验室调试的PLC机及逻辑程序,放到实际工艺流程中,通过现场工艺设备的输入、输出节点及连接线路进行系统运行的逻辑验证。

试验时,将PLC控制的工艺设备(主要指电力拖动设备)主回路断开二相(仅保留作为继电控制电源的一相),使其在送电时不会转动。按设计要求对子系统的不同运转方式及其他控制功能,逐项进行系统模拟实验,先确认各转换开关、工作方式选择开关,其他预置开关的正确位置,然后通过PLC起动系统,按联锁顺序观察并记录PLC各输出节点所对应的继电器、接触器的吸合与断开情况,以及其顺序、时间间隔、信号指示等是否与设计的工艺流程逻辑控制要求相符,观察并记录其他装置的工作情况。

对模拟联动空投实验中不能动作的执行机构,料位开关、限位开关、仪表的开关量与模拟量输入、输出节点,与其他子系统的联锁等,视具体情况采用手动辅助、外部输入、机内强置等手段加以模拟,以协助PLC指挥整个系统按设计的逻辑控制要求运行。

7、PLC控制的单体试车

本步骤试验的目的是确认PLC输出回路能否驱动继电器、接触器的正常接通,而使设备运转,并检查运转后的设备,其返回信号是否能正确送人PLC输入回路,限位开关能否正常动作。

其方法是,在PLC控制下,机内强置对应某一工艺设备(电动机、执行机构等)的输出节点,使其继电器、接触器动作,设备运转。这时应观察并记录设备运输情况,检查设备运转返回信号及限位开关、执行机构的动作是否正确无误。

试验时应特别注意,被强置的设备应悬挂运转危险指示牌,设专人值守。待机旁值守人员发出指令后,PLC操作人员才能强置设备起动。应当特别重视的是,在整个调试过程中,没有充分的准备,绝不允许采用强置方法起动设备,以确保安全。

8、PLC控制下的系统无负荷联动试运转

本步骤的试验目的是确认经过单体无负荷试运的工艺设备与经过系统模拟试运证明逻辑无误的PLC联接后,能否按工艺要求正确运行,信号系统是否正确,检验各外部节点的可靠性、稳定性。试验前,要编制系统无负荷联动试车方案,讨论确认后严格按方案执行。试验时,先分子系统联动,子系统的连锁用人工辅助(节点短接或强置),然后进行全系统联动,试验内容应包括设计要求的各种起停和运转方式、事故状态与非常状态下的停车、各种信号等。总之,应尽可能地充分设想,使之更符合现场实际情况。事故状态可用强置方法模拟,事故点的设置要根据工艺要求确定。

在联动负荷试车前,一定要再对全系统进行一次全面检查,并对操作人员进行培训,确保系统联动负荷试车一次成功。

二、信号衰减问题的讨论

(1)从PLC主机至I/O站的信号最大衰减值为35dB。因此,电缆敷设前应仔细规划,画出电缆敷设图,尽量缩短电缆长度(长度每增加1km,信号衰减0.8dB);尽量少用分支器(每个分支器信号衰减14dB)和电缆接头(每个电缆接头信号衰减1dB)。

(2)通信电缆最好采用单总线方式敷设,即由统一的通信干线通过分支器接I/O站,而不是呈星状放射状敷设。PLC主机左右两边的I/O站数及传输距离应尽可能一致,这样能保证一个较好的网络阻抗匹配。

(3)分支器应尽可能靠近I/O站,以减少干扰。

(4)通信电缆末端应接75Ω电阻的BNC电缆终端器,与各I/O柜相连接,将电缆由I/O柜拆下时,带75Ω电阻的终端头应连在电缆网络的一头,以保持良好的匹配。

(5)通信电缆与高压电缆间距至少应保证40cm/kV;必须与高压电缆交叉时,必须垂直交叉。

(6)通信电缆应避免与交流电源线平行敷设,以减少交流电源对通信的干扰。同理,通信电缆应尽量避开大电机、电焊机、大电感器等设备。

(7)通信电缆敷设要避开高温及易受化学腐蚀的地区。

(8)电缆敷设时要按0.05%/℃留有余地,以满足热胀冷缩的要求。

(9)所有电缆接头,分支器等均应连接紧密,用螺钉紧固。

(10)剥削电缆外皮时,切忌损坏屏蔽层,切断金属铂与绝缘体时,一定要用剥线钳,切忌刻伤损坏中心导线。

三、系统接地问题的讨论

(1)主机及各分支站以上的部分,其接地应用10mm2的编织铜线汇接在一起经单独引下线接至独立的接地网,一定要与低压接地网分开,以避免干扰。系统接地电阻应小于4Ω。PLC主机及各屏、柜与基础底座间要垫3mm厚橡胶使之绝缘、螺栓也要经过绝缘处理。

(2)I/O站设备本体的接地应用单独的引下线引至共用接地网。

(3)通信电缆屏蔽层应在PLC主机侧I/O处理模块处一起汇集接到系统的专用接地网,在I/O站一侧则不应接地。电缆接头的接地也应通过电缆屏蔽层接至专用接地网。要特别提醒的是决不允许电缆屏蔽层有二点接地形成闭合回路,否则易引起干扰。

(4)电源应采用隔离方式,即电源中性线浮地,当不平衡电流出现时将经电源中性线直接进入系统中性点,而不会经保护接地形成回路,造成对PLC运行和干扰。

(5)I/O模块的接地接至电源中性线上。

四、调试中应注意的问题

(1)系统联机前要进行组态,即确定系统管理的I/O点数,输入寄存器、保持寄存器数、通信端口数及其参数、I/O站的匹配及其调度方法、用户占用的逻辑区大小,等等。组态一经确认,系统便按照一定的约束规则运行。重新组态时,按原组态的约定生成的程序将不能在新的组态下运行,否则会引起系统错乱。因此,第一次组态时一定要慎重,I/O站、I/O点数,寄存器数、通道端口数、用户存储空间等均要留有余地,必须考虑到近期的发展。但是,I/O站、I/O点数、寄存器数、端口数等的设置,都要占用一定的内存,同时延长扫描时间,降低运行速度。因此,余量又不能留得太多。特别要引起注意的是运行中的系统一定不能重新组态。

(2)对于大中型PLC机来说,由于CPU对程序的扫描是分段进行的,每段程序分段扫描完毕,即更新一次I/O点的状态,因而大大提高了系统的实时性。但是,若程序分段不当,也可能引起实时性降低或运行速度减慢的问题。分段不同将显著影响程序运行的时间,特别是对于个别程序段特长的情况尤其如此。一般地说,理想的程序分段是各段程序有大致相当的长度。

五、结语

PLC控制系统的安装调试,是一个步调有序的系统工程,步步到位才能使调试成功,本文仅是作者经现场检验的经验总结,文中所述的PLC安装调试流程程序,应用于一系列企业内的技术改造中,既缩短了工期,又使调试试车一次成功,取得了令人满意的结果。

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