设计以工程综合成本为中心的控制系统
2008/4/8 0:08:00
一：前言
在自动化工程项目中，系统设计方案是整个工程的灵魂。因此行之有效的方案，无论是在提高系统的可靠性、稳定性、生产效率的保证，同时也是有效降低工程投资和运行成本的关键。
二：问题的提出
随着工程市场的开放，信息的渠道的广泛，工程竞争也越来越严重。招标单位希望节省更多的工程投资，同样投标单位希望获得工程合同以及相应的效益，这种投资方和承建方之间的矛盾越来越突出。同时随着更多投标竞争单位的不断的加入，市场竞争越演越激烈，最终出现了高运作费用下的低价中标现象。再次现象中，中标单位为了维持应有的利润，不断的降低系统的配置，造成产品质量低下为后期的系统运行带来了种种隐患。最后投标单位虽然投资额降低了，可是并没有实现物美价廉；同样，中标方也因为质量问题造成回款难度大，信誉降低的困境。为了很好地解决以行的矛盾，实现加以双方的互惠合作，公司在多年的工程设计经验的基础上，提出了“以工程综合成本为中心的控制系统”设计方案，有效的保证了双方的互惠合作。
三：设计方案说明
在传统的工程设计中，中标方一方面因为技术原因，另一方面因为认识的局限性和具体工作布置中缺乏统一的管理，造成我承接什么思考什么的局面。因而很难从相关专业的整体上进行方案的设计，造成了工程筹建投资和后期生产的综合成本增加。
“以工程综合成本为中心的控制系统”设计方案就是立足于承接项目，综合审视工程全貌，以降低综合成本为中心展开设计工作。在这种方案下，设计是充分考虑了选型、方案、制作、施工、后期使用等问题，以设计为中心，从多方面调整、协调从而达到降低综合成本的目的。
四：实现
“以工程综合成本为中心的控制系统”是通过在设计中充分考虑以下问题的基础上实现双方互惠的：
Ø 合理的进行项目的配置选型
Ø 根据工程中受控设备的生产工作的特点，设计相应的控制系统
Ø 采用更先进的控制方案
Ø 以设计来规范制作
1：合理的进行项目的配置选型
在工程现场，用户往往希望通过提高系统的器件配置，来获得好的生产保证。可是对于不同的工程现场及应用，盲目的提高器件配置，不一定能够得到良好的生产保障，却肯定地增加了工程的投资。
一个系统的稳定不仅仅取决于期间的档次和质量，更取决有系统的设计方案、使用维护、安装情况、调试质量等诸多的因素。
同时因为用户自身因素，往往使得高配置并没有起到高效能，甚至高配置下的高性能闲置不用，造成了选型浪费。
另外高配置往往也是是器件经销商通过设计院所的业务选型，直接增加了投资。
因此在工程器件设计选型中，我公司主张适合工程应用为选用原则，并同时考虑器件选型的统一和技术的普遍性，而不盲目的追求高档次高配置。
（1） 适合工程应用：
从高炉自动化涉及的电动设备来说，主要以电磁拖动为主的电机。如阀门电机、振动筛电机、皮带电机。阀门电机因生产工艺原因，并不经常动作，往往一次动作后很长时间保持断电状态；振筛电机虽然为频繁起动电机，可是他们的间歇周期长（几分钟甚至更多），动作时间短（一分钟左右）；皮带电机为常动电机，不存在频繁启动。同时他们又一个共同点就是容量小，启动电流小，电磁冲击小。因此这些电动设备对他们的电磁拖动器件的性能要求不高，按低压电器国家认证的标准，采用国产中档产品应经市最经济也是可靠的方案。
以上电机占了高炉自动化生产的主要部分。在系统中也存在着个别特种电机，如料车电机（变频）、探尺电机（直流）、布料器电机（变频）、料流阀和倾角电机（伺服电机）。对于这些电机需要采用特殊的拖动原件。考虑到新型控制器件国内技术尚不够完备、相同容量下进口和国产价格相当的因素，采用进口优质拖动器件，但电源仍采用国产器件。
（2）应用技术成熟
这主要正对高技术含量的器件选型，比如PLC、变频器、直流调速、伺服控制器。在冶金行业，PLC以西门子产品为主，占据着市场80%的份额，同样变频器主要以施耐得、直流调速以西门子、伺服以日本山洋为主。考虑到器件应用广泛、应用技术成熟，技术人员群体稳定，优先选用以上器件。
2：根据工程中受控设备的生产工作的特点，设计相应的控制系统
随着工业自动化控制的普及，工程现场控制主要体现在PLC的自动生产控制和现场手动调试、检修维修为主的方式。现场设备的生产效率主要通过自动控制系统的高效控制和快捷的设备维修检修来保证。因此在控制系统设计中，充分考虑这一特点，从在自动控制程序和电气设计两方面着手，设计相适应的控制系统，在保证功能的基础上降低综合成本。
（1）：自动化程序设计
在程序设计中，除了完成主要的生产控制功能，更主要的体现设备运转率的保障功。因此在程序中设计良好的人机信息交流程序。在故障发生时，通过程序的自主分析诊断，为生产者提供尽可能详细的故障信息，降低故障排查的时间，从而提高设备的运转率降低生产成本。
（2）：电气控制回路设计
因为自动化系统的原因，系统电气回路的复杂性主要体现在现场控制上。同时因为现场器件多且工况不好以及回路复杂，造成因为现场控制导入的故障成为生产过程中故障的主要部分。因此有效的简化现场控制是降低成本和提高设备运转率的有效途径。
在设计中，我们采用以下方式简化现场设备和控制回路：
A：按功能对设备进行编组统一就地控制
在生产设备中，往往是几个设备共同组成一个功能组，协同完成同一个功能。在自动化为主体的连锁控制中，这一特点显得尤为突出。针对这一情况，在就地设计中把统一功能下的设备当作一个整体来处理，设计一个控制箱。
这样做得好处是在不影响自动控制的基础上能够减少现场设备，减少施工的工时、施工的辅助材料的消耗。
能对控制电缆进行合并，减少电缆的使用和配管的数量。同时也使控制柜内电线电缆的数量降低一半，使控制柜整洁明了，便于维护。
B：对相邻设备进行就地集中控制
同样考虑到减少电气设备的空间占用、减少电线电缆和施工消耗，对相邻的设备在就地控制设计时尽量采用合并控制箱的方式。采用这一方法的时候应该在主令器件选型时从份考虑质量保证。
C：针对维护维修、调试的目的进行电路设计
因为在现在的自动化工业生产中，现场控制主要表现为设备的检修、调试，而不是生产目的。因此在设计中，针对这一特点，围绕保证设备的检修、调试目的进行电气设计，尽量的降低控制回路的复杂性和器件的多样化。这样做一方面简化了电路，减少了故障点，更好的保证设备的运转；同时也减少相应的资金投入，如调试工时和后期维修工时。
D：采用不同型号的器件保证质量
以上的实现都离不开对控制用主令器件的高质量要求。这里的高质量要求不是指生产厂家，而是指器件的耐用性。
因为现场往往具有着高粉尘、雨淋、高振动等不利因素，因此设计尽量避免对环境要求高的器件。在自锁开关上，设计采用LW5系列转换开关，而不采用对震动、对环境要求高的按钮开关或是旋钮开关。当然，也可以通过设计防尘箱体来实现。
3：采用更先进的控制方案
以上所说虽然能够在一定程度上降低电线电缆的投入、安装调试和后期维护的投入，可是毕竟还不能做到最大限度的降低综合成本。我公司在总结工程设计的基础上结合现场总线控制方式，设计了独特的“仿现场总线方式&分布式I/O方式的自动化系统”。这一方案再不改变系统性能，不增加控制系统自身投资的前提下，大幅减少了电线电缆的消耗和安装调试的投入，最大限度的降低了工程的综合成本。
4：以设计规范制作
以上做法都是从方案角度出发的降低综合成本的的，为了更好地从后期的维护通过降低维护难度提高生产效率，从制作规范目的出发在图纸设计时，特别重视设备制作的设计。这些设计包括期间的排布设计、器件的接线图设计、端子分布布局设计。
其中通过器件的接线图设计，不仅可以规范制作接线，同时也因为规范化，为后期的维修提供了保障。
通过对端子的布局设计，一方面保证了控制柜的电磁兼容的要求，更保证了安装的上线规矩，布线层次分明，易于后期的电线电缆的工作开展。
五：总结
“以工程综合成本为中心的控制系统”设计方案能够为用户提供低综合成本的控制系统，为用户在初期投资、早日投产达效、后期设备运转率等方面综合降低运转成本提供了良好的保证。
在自动化工程项目中，系统设计方案是整个工程的灵魂。因此行之有效的方案，无论是在提高系统的可靠性、稳定性、生产效率的保证，同时也是有效降低工程投资和运行成本的关键。
二：问题的提出
随着工程市场的开放，信息的渠道的广泛，工程竞争也越来越严重。招标单位希望节省更多的工程投资，同样投标单位希望获得工程合同以及相应的效益，这种投资方和承建方之间的矛盾越来越突出。同时随着更多投标竞争单位的不断的加入，市场竞争越演越激烈，最终出现了高运作费用下的低价中标现象。再次现象中，中标单位为了维持应有的利润，不断的降低系统的配置，造成产品质量低下为后期的系统运行带来了种种隐患。最后投标单位虽然投资额降低了，可是并没有实现物美价廉；同样，中标方也因为质量问题造成回款难度大，信誉降低的困境。为了很好地解决以行的矛盾，实现加以双方的互惠合作，公司在多年的工程设计经验的基础上，提出了“以工程综合成本为中心的控制系统”设计方案，有效的保证了双方的互惠合作。
三：设计方案说明
在传统的工程设计中，中标方一方面因为技术原因，另一方面因为认识的局限性和具体工作布置中缺乏统一的管理，造成我承接什么思考什么的局面。因而很难从相关专业的整体上进行方案的设计，造成了工程筹建投资和后期生产的综合成本增加。
“以工程综合成本为中心的控制系统”设计方案就是立足于承接项目，综合审视工程全貌，以降低综合成本为中心展开设计工作。在这种方案下，设计是充分考虑了选型、方案、制作、施工、后期使用等问题，以设计为中心，从多方面调整、协调从而达到降低综合成本的目的。
四：实现
“以工程综合成本为中心的控制系统”是通过在设计中充分考虑以下问题的基础上实现双方互惠的：
Ø 合理的进行项目的配置选型
Ø 根据工程中受控设备的生产工作的特点，设计相应的控制系统
Ø 采用更先进的控制方案
Ø 以设计来规范制作
1：合理的进行项目的配置选型
在工程现场，用户往往希望通过提高系统的器件配置，来获得好的生产保证。可是对于不同的工程现场及应用，盲目的提高器件配置，不一定能够得到良好的生产保障，却肯定地增加了工程的投资。
一个系统的稳定不仅仅取决于期间的档次和质量，更取决有系统的设计方案、使用维护、安装情况、调试质量等诸多的因素。
同时因为用户自身因素，往往使得高配置并没有起到高效能，甚至高配置下的高性能闲置不用，造成了选型浪费。
另外高配置往往也是是器件经销商通过设计院所的业务选型，直接增加了投资。
因此在工程器件设计选型中，我公司主张适合工程应用为选用原则，并同时考虑器件选型的统一和技术的普遍性，而不盲目的追求高档次高配置。
（1） 适合工程应用：
从高炉自动化涉及的电动设备来说，主要以电磁拖动为主的电机。如阀门电机、振动筛电机、皮带电机。阀门电机因生产工艺原因，并不经常动作，往往一次动作后很长时间保持断电状态；振筛电机虽然为频繁起动电机，可是他们的间歇周期长（几分钟甚至更多），动作时间短（一分钟左右）；皮带电机为常动电机，不存在频繁启动。同时他们又一个共同点就是容量小，启动电流小，电磁冲击小。因此这些电动设备对他们的电磁拖动器件的性能要求不高，按低压电器国家认证的标准，采用国产中档产品应经市最经济也是可靠的方案。
以上电机占了高炉自动化生产的主要部分。在系统中也存在着个别特种电机，如料车电机（变频）、探尺电机（直流）、布料器电机（变频）、料流阀和倾角电机（伺服电机）。对于这些电机需要采用特殊的拖动原件。考虑到新型控制器件国内技术尚不够完备、相同容量下进口和国产价格相当的因素，采用进口优质拖动器件，但电源仍采用国产器件。
（2）应用技术成熟
这主要正对高技术含量的器件选型，比如PLC、变频器、直流调速、伺服控制器。在冶金行业，PLC以西门子产品为主，占据着市场80%的份额，同样变频器主要以施耐得、直流调速以西门子、伺服以日本山洋为主。考虑到器件应用广泛、应用技术成熟，技术人员群体稳定，优先选用以上器件。
2：根据工程中受控设备的生产工作的特点，设计相应的控制系统
随着工业自动化控制的普及，工程现场控制主要体现在PLC的自动生产控制和现场手动调试、检修维修为主的方式。现场设备的生产效率主要通过自动控制系统的高效控制和快捷的设备维修检修来保证。因此在控制系统设计中，充分考虑这一特点，从在自动控制程序和电气设计两方面着手，设计相适应的控制系统，在保证功能的基础上降低综合成本。
（1）：自动化程序设计
在程序设计中，除了完成主要的生产控制功能，更主要的体现设备运转率的保障功。因此在程序中设计良好的人机信息交流程序。在故障发生时，通过程序的自主分析诊断，为生产者提供尽可能详细的故障信息，降低故障排查的时间，从而提高设备的运转率降低生产成本。
（2）：电气控制回路设计
因为自动化系统的原因，系统电气回路的复杂性主要体现在现场控制上。同时因为现场器件多且工况不好以及回路复杂，造成因为现场控制导入的故障成为生产过程中故障的主要部分。因此有效的简化现场控制是降低成本和提高设备运转率的有效途径。
在设计中，我们采用以下方式简化现场设备和控制回路：
A：按功能对设备进行编组统一就地控制
在生产设备中，往往是几个设备共同组成一个功能组，协同完成同一个功能。在自动化为主体的连锁控制中，这一特点显得尤为突出。针对这一情况，在就地设计中把统一功能下的设备当作一个整体来处理，设计一个控制箱。
这样做得好处是在不影响自动控制的基础上能够减少现场设备，减少施工的工时、施工的辅助材料的消耗。
能对控制电缆进行合并，减少电缆的使用和配管的数量。同时也使控制柜内电线电缆的数量降低一半，使控制柜整洁明了，便于维护。
B：对相邻设备进行就地集中控制
同样考虑到减少电气设备的空间占用、减少电线电缆和施工消耗，对相邻的设备在就地控制设计时尽量采用合并控制箱的方式。采用这一方法的时候应该在主令器件选型时从份考虑质量保证。
C：针对维护维修、调试的目的进行电路设计
因为在现在的自动化工业生产中，现场控制主要表现为设备的检修、调试，而不是生产目的。因此在设计中，针对这一特点，围绕保证设备的检修、调试目的进行电气设计，尽量的降低控制回路的复杂性和器件的多样化。这样做一方面简化了电路，减少了故障点，更好的保证设备的运转；同时也减少相应的资金投入，如调试工时和后期维修工时。
D：采用不同型号的器件保证质量
以上的实现都离不开对控制用主令器件的高质量要求。这里的高质量要求不是指生产厂家，而是指器件的耐用性。
因为现场往往具有着高粉尘、雨淋、高振动等不利因素，因此设计尽量避免对环境要求高的器件。在自锁开关上，设计采用LW5系列转换开关，而不采用对震动、对环境要求高的按钮开关或是旋钮开关。当然，也可以通过设计防尘箱体来实现。
3：采用更先进的控制方案
以上所说虽然能够在一定程度上降低电线电缆的投入、安装调试和后期维护的投入，可是毕竟还不能做到最大限度的降低综合成本。我公司在总结工程设计的基础上结合现场总线控制方式，设计了独特的“仿现场总线方式&分布式I/O方式的自动化系统”。这一方案再不改变系统性能，不增加控制系统自身投资的前提下，大幅减少了电线电缆的消耗和安装调试的投入，最大限度的降低了工程的综合成本。
4：以设计规范制作
以上做法都是从方案角度出发的降低综合成本的的，为了更好地从后期的维护通过降低维护难度提高生产效率，从制作规范目的出发在图纸设计时，特别重视设备制作的设计。这些设计包括期间的排布设计、器件的接线图设计、端子分布布局设计。
其中通过器件的接线图设计，不仅可以规范制作接线，同时也因为规范化，为后期的维修提供了保障。
通过对端子的布局设计，一方面保证了控制柜的电磁兼容的要求，更保证了安装的上线规矩，布线层次分明，易于后期的电线电缆的工作开展。
五：总结
“以工程综合成本为中心的控制系统”设计方案能够为用户提供低综合成本的控制系统，为用户在初期投资、早日投产达效、后期设备运转率等方面综合降低运转成本提供了良好的保证。
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