CN112650182A - 一种控制柜设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种控制柜设计方法。本发明包括如下步骤：步骤一、控制柜硬件结构设计；步骤二、控制功能组态；步骤三、人机交互界面设计；步骤四、模拟环境验证研究。本发明具备控制补压机、泵阀、空调机组的通用功能，可在设计时直接进行组态，快速完成设备制造、安装、培训、运维等工作。
Description
技术领域
本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种控制柜设计方法。
背景技术
目前，国内各离心工厂均设置补压机、电动阀、调节阀、空调机组等设备，通过各类不同的控制盘柜、控制器对其进行就地/远传控制。控制盘柜大部分为定制产品，操作界面、控制功能、联锁关系等设置均不相同，每次安装均需要从新设计、安装。每套设备均一次独立的研发制作，不仅浪费资源，同时不利于运行维护。
因此，有必要设计一款离心工厂控制柜，可以直接对其进行组态调整，控制离心工厂主要配套设备：补压机、泵阀、空调设备等。
发明内容
本发明的目的在于：
本发明提供一种控制柜设计方法，具备控制补压机、泵阀、空调机组的通用功能，可在设计时直接进行组态，快速完成设备制造、安装、培训、运维等工作。
本发明采用的技术方案：
一种控制柜设计方法，包括如下步骤：
步骤一、控制柜硬件结构设计；步骤二、控制功能组态；步骤三、人机交互界面设计；步骤四、模拟环境验证研究。
所述步骤一中，具体包括如下步骤：
根据设备运行控制需求统计出I/O点数；根据I/O类型配置AI模块、AO模块、DI模块、DO模块；根据I/O数量计算CPU运行能力，选择控制器CPU型号，并进行接口匹配；通过接口及负载情况配置通讯模块及供电模块；根据控制要求，确定柜内设备、元器件数量及安装尺寸；根据柜内设备、元器件统计情况，设计线缆走向并确定触摸屏尺寸及安装位置。
所述步骤二中，具体包括如下步骤：
统计控制回路数量并进行分类；统计各厂房连锁保护需求，转化为控制程序段；配置I/O清单并进行报警限值设定；进行控制回路组态，并开展模拟测试工作；进行连锁功能组态，并开展模拟测试工作；自检功能组态。
所述步骤三中，具体包括如下步骤：人机交互模型的构建；人机交互体系架构设计；人机交互界面设计开发；通过仿真测试完成后，连接HMI硬件，下载到工业控制器的主界面中，完成人机交互界面的设计工作。
所述人机交互模型的构建，具体包括如下步骤：根据离心工厂各厂房设备控制的运行特征，包括设备运行参数、控制要求、控制点位、联锁保护，构建交互界面的分区界面、操作界面、工艺流程、联锁保护关系、数据采集和控制以及报警记录查询的理论模型。
所述人机交互体系架构设计，具体包括如下步骤：针对工厂控制设备运行维护的具体需求，对包括软件的数据采集、数据处理以及信号输出需求进行整体体系架构设计。
所述人机交互界面设计开发，针对控制柜的具体功能要求，包括数据采集、存储、输出控制、报警、历史查询功能，进行交互界面的设计和开发，具体包括如下步骤：
创建系统功能的外部模型，主要包括：画面分区、流程结构、画面层次及跳转切换方式；设置各分区界面功能，主要包括设备状态采集、信息存储、处理、计算及控制输出；算法组态，主要包括设备状态控制字、控制回路、工况模式、手动/自动切换功能；系统自检功能设计，主要包括系统内部运行状态监测、报警记录、历史查询功能的设计。
所述步骤四中，具体包括如下步骤：根据控制柜的使用功能，选取具有典型性的模拟生产及管理系统环境，进行实际环境验证。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供一种控制柜设计方法，适用于各种场合的补压机、泵阀、空调风机等多种设备的控制；
(2)本发明提供一种控制柜设计方法，系统具备泵阀联锁保护、风机联锁保护、离心工厂事故联锁保护等功能；
(3)本发明提供一种控制柜设计方法，系统提供异构通讯解决方案及抗干扰解决方法。
附图说明
图1本发明提供一种控制柜设计方法流程图；
图2控制柜硬件结构设计流程图；
图3控制功能组态流程图；
图4人机交互模型的构建；
图5人机交互体系架构设计；
图6人机交互界面设计开发流程；
图7交互显示界面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的一种控制柜设计方法作进一步说明。
如图1所示，本发明提供的一种控制柜设计方法，包括如下步骤：
步骤一、控制柜硬件结构设计
根据工厂控制系统三级管理布局及现有基础设施情况，设计控制柜，同时具备采集、记录、处理、控制、变频调节等功能。包括PLC控制器、I/O模块、通讯模块、触摸屏、DC24V电源转换装置等元器件，控制柜硬件结构设计如图2所示。
1)根据设备运行控制需求统计出I/O点数；
2)根据I/O类型配置AI模块、AO模块、DI模块、DO模块；
3)根据I/O数量计算CPU运行能力，选择控制器CPU型号，并进行接口匹配；
4)通过接口及负载情况配置通讯模块及供电模块；
5)根据控制要求，确定柜内设备、元器件数量及安装尺寸；
6)根据柜内设备、元器件统计情况，设计线缆走向并确定触摸屏尺寸及安装位置。
步骤二、控制功能组态
根据厂房设备控制要求、连锁保护要求及盘柜自检要求进行控制功能组态，如图3所示。
1)统计控制回路数量并进行分类
2)统计各厂房连锁保护需求，转化为控制程序段
3)配置I/O清单并进行报警限值设定
4)进行控制回路组态，并开展模拟测试工作
5)进行连锁功能组态，并开展模拟测试工作
6)自检功能组态
步骤三、人机交互界面设计
1)人机交互模型的构建
根据离心工厂各厂房设备控制的运行特征，包括设备运行参数、控制要求、控制点位、联锁保护等特点，构建交互界面的分区界面、操作界面、工艺流程、联锁保护关系、数据采集和控制以及报警记录查询等的理论模型如图4所示。以系统总貌为主界面，下设操作界面、流程界面、算法、查询等功能。
2)人机交互体系架构设计
针对工厂控制设备运行维护的具体需求，对包括软件的数据采集、数据处理以及信号输出等需求进行整体体系架构设计如图5所示。主要包括根据运行环境需求所需要采用的文字、色块、按钮、图标、交互方式、交互层次等内容。
3)人机交互界面设计开发
针对控制柜的具体功能要求，包括数据采集、存储、输出控制、报警、历史查询等功能，进行交互界面的设计和开发，如图6所示。
(1)创建系统功能的外部模型，主要包括：画面分区、流程结构、画面层次及跳转切换方式；
(2)设置各分区界面功能，主要包括设备状态采集、信息存储、处理、计算及控制输出；
(3)算法组态，主要包括设备状态控制字、控制回路、工况模式、手动/自动切换等功能；
(4)系统自检功能设计，主要包括系统内部运行状态监测、报警记录、历史查询等功能的设计。
在PC机上通过上述步骤完成交互系统的设计工作，通过仿真测试完成后，连接HMI硬件，下载到工业控制器的主界面中，完成人机交互界面的设计工作。通过设计和开放，可以得到一套可通用于控制离心工厂补压机、电动阀、调节阀、空调机组等设备的人机交互界面。
步骤四、模拟环境验证研究
主要是根据控制柜的使用功能(主要包括基础数据采集，控制、报警日志等)，选取具有典型性的模拟生产及管理系统环境，进行实际环境验证。
实施例2
控制柜用于设备启停控制、手/自动切换，给定频率、观察运行状态信息，并能提供历史报警查询。交互显示界面如图7所示，界面中包括：设备状态、主画面总貌显示、02厂房画面分区、03厂房画面分区、04控制室画面分区、01厂房画面分区、报警查询分区等功能。
控制功能一览见表1。
表1控制功能一览
| 序号 | 名称 | 功能 |
| 1 | 主画面 | 屏幕初始画面，集成4个分区厂房内设备的运行状态、参数及报警。 |
| 2 | 1#分区 | 完成对1#分区画面设备的控制 |
| 3 | 2#分区 | 完成对2#分区画面设备的控制 |
| 4 | 3#分区 | 完成对3#分区画面设备的控制 |
| 5 | 4#分区 | 完成对4#分区画面设备的控制 |
| 6 | 报警查询 | 发生故障后，维护人员可查询故障状态及发生的时间。 |
设计出了控制柜人机交互软件，安装于空调局排过程站，用于公司空调系统中，将就地局排、异构全排并入DCS控制系统中，解决了长久存在的控制难题，并新增联锁保护、多点启停功能。具体步骤如下：
步骤一、软件模型的构建
根据离心工厂各厂房设备控制的运行特征，包括设备运行参数、控制要求、控制点位、联锁保护等特点，构建交互软件的5个分区界面。同时，根据工艺操作流程、控制要求编制了操作界面及系统总貌图。构建了风机与风阀的联锁模型及通排风系统与离心工厂事故保护联锁模型。根据空调厂房内控制参数的采集需求编制了参数记录、处理及查询模型。
步骤二、软件体系架构设计
针对工厂空调系统控制设备运行维护的具体需求，设计了软件三级处理架构：现场设备、就地控制柜、通讯上位机。具备就地信号采集、处理及远传控制功能。
步骤三、软件设计开发
针对空调系统的风机控制、阀门控制、电流电压频率参数采集、事故联锁保护等功能要求，设计软件控制界面及内部运行程序。包括操作界面切换、查询、记录、控制输出等。
步骤四、软件在模拟环境验证研究
软件安装在局排全排过程控制柜中，通过试运行开展功能及稳定性测试，主要包括：设备启停控制、运行参数采集、通讯质量检测、联锁功能测试等。
步骤四、硬件结构设计
根据工厂控制系统三级管理布局及现有基础设施情况，设计控制柜，同时具备采集、记录、处理、控制、变频调节等功能。包括PLC控制器、I/O模块、通讯模块、触摸屏、DC24V电源转换装置等元器件，控制柜硬件结构。
该控制柜功能完善，运行稳定。控制信号并入DCS系统后，运行情况良好，提升了空调控制系统控制水平，减少人工才做。同时，设计了联锁保护功能，提升主工艺生产运行安全、可靠性。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (8)
1.一种控制柜设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、控制柜硬件结构设计；步骤二、控制功能组态；步骤三、人机交互界面设计；步骤四、模拟环境验证研究。
2.根据权利要求1所述的一种控制柜设计方法，其特征在于：所述步骤一中，具体包括如下步骤：
根据设备运行控制需求统计出I/O点数；根据I/O类型配置AI模块、AO模块、DI模块、DO模块；根据I/O数量计算CPU运行能力，选择控制器CPU型号，并进行接口匹配；通过接口及负载情况配置通讯模块及供电模块；根据控制要求，确定柜内设备、元器件数量及安装尺寸；根据柜内设备、元器件统计情况，设计线缆走向并确定触摸屏尺寸及安装位置。
3.根据权利要求1所述的一种控制柜设计方法，其特征在于：所述步骤二中，具体包括如下步骤：
统计控制回路数量并进行分类；统计各厂房连锁保护需求，转化为控制程序段；配置I/O清单并进行报警限值设定；进行控制回路组态，并开展模拟测试工作；进行连锁功能组态，并开展模拟测试工作；自检功能组态。
4.根据权利要求1所述的一种控制柜设计方法，其特征在于：所述步骤三中，具体包括如下步骤：人机交互模型的构建；人机交互体系架构设计；人机交互界面设计开发；通过仿真测试完成后，连接HMI硬件，下载到工业控制器的主界面中，完成人机交互界面的设计工作。
5.根据权利要求4所述的一种控制柜设计方法，其特征在于：所述人机交互模型的构建，具体包括如下步骤：根据离心工厂各厂房设备控制的运行特征，包括设备运行参数、控制要求、控制点位、联锁保护，构建交互界面的分区界面、操作界面、工艺流程、联锁保护关系、数据采集和控制以及报警记录查询的理论模型。
6.根据权利要求4所述的一种控制柜设计方法，其特征在于：所述人机交互体系架构设计，具体包括如下步骤：针对工厂控制设备运行维护的具体需求，对包括软件的数据采集、数据处理以及信号输出需求进行整体体系架构设计。
7.根据权利要求4所述的一种控制柜设计方法，其特征在于：所述人机交互界面设计开发，针对控制柜的具体功能要求，包括数据采集、存储、输出控制、报警、历史查询功能，进行交互界面的设计和开发，具体包括如下步骤：
创建系统功能的外部模型，主要包括：画面分区、流程结构、画面层次及跳转切换方式；设置各分区界面功能，主要包括设备状态采集、信息存储、处理、计算及控制输出；算法组态，主要包括设备状态控制字、控制回路、工况模式、手动/自动切换功能；系统自检功能设计，主要包括系统内部运行状态监测、报警记录、历史查询功能的设计。
8.根据权利要求1所述的一种控制柜设计方法，其特征在于：所述步骤四中，具体包括如下步骤：根据控制柜的使用功能，选取具有典型性的模拟生产及管理系统环境，进行实际环境验证。
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