西門子PCS7系統(tǒng)

1、西西門子PCS 7系統(tǒng)是完全無縫集成的自動化解決方案?？梢詰?yīng)用于所有工業(yè)領(lǐng)域,包括過程工業(yè)，制造工業(yè)，混合工業(yè)以及工業(yè)所涉及的所有制造和過程自動化產(chǎn)品。作為先進的過程控制系統(tǒng)，SIMATIC PCS7 形成了一個帶有典型過程組態(tài)特征的全集成系統(tǒng)。 SIMATIC PCS 7 -西門子過程控制系統(tǒng)之特點 基于標(biāo)準(zhǔn)的SIMATIC軟件和硬件組件 先進的分布式客戶機/服務(wù)器架構(gòu) 可伸縮性強，從小型實驗室系統(tǒng)，到具有高達60，000個過程對象的大型工廠 可用于連續(xù)和批處理應(yīng)用 可用于所有工業(yè)領(lǐng)域：過程、制造以及混合工業(yè) 強大的HMI系統(tǒng)，帶有集成的基于SQL服務(wù)器的歸檔系統(tǒng) 基于IEC 61131 的

2、集中式，工廠范圍內(nèi)的工程系統(tǒng) 通過現(xiàn)場總線PROFIBUS，現(xiàn)場設(shè)備和驅(qū)動系統(tǒng)均可很靈活和容易的集成 無縫集成的安全系統(tǒng)，通過TüV*驗證的可滿足AK6/SIL3 在同一個可編程控制器中可以混合運行標(biāo)準(zhǔn)和故障安全相結(jié)合的形式，高可用性和故障安全相結(jié)合的形式 可在所有層級實現(xiàn)冗余，提高可用性 符合ISA S 88.01 和FDA 21 CFR Part 11規(guī)范的模塊化批處理系統(tǒng)SIMATIC BATCH 通過SIMATIC IT架構(gòu)實現(xiàn) MES/ERP層級的接口 比過程化自動市場要求做得更加完美 SIMATIC PCS 7 一個真正的現(xiàn)代DCS系統(tǒng) 門子 SIMATIC PCS 7

3、系統(tǒng)是現(xiàn)代 DCS 的一個實例（分布式控制系統(tǒng)），它采用了當(dāng)前的 LAN （局域網(wǎng)）技術(shù)、久經(jīng)考驗的西門子 PLC（可編程序控制器）和現(xiàn)場總線技術(shù)。整個系統(tǒng)由大量的西門子硬件組件組成，包括儀表、執(zhí)行機構(gòu)、模擬和數(shù)字信號模塊，控制器、通訊處理器、工程師站和操作員站等。所有硬件組件由 PCS 7 軟件工具支持和組態(tài)。圖1.1顯示了一個典型的PCS 7系統(tǒng)，圖中ES為工程師站，OS為操作員站，AS 為自動化站。西門子SIMATIC PCS 7 系統(tǒng)為工業(yè)自動化和控制提供了很大范圍的硬件、軟件、組態(tài)、配置和診斷工具。本章概述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，并說明了系統(tǒng)中所使用的縮寫。PCS 7 項目是在PCS 7

4、工程師站上設(shè)計的。工程師站安裝有 PCS 7 組態(tài)工具，可以和自動化站和操作員站進行通訊。PCS 7 ES 提供了強大的組態(tài)工具，例如：􀁺 SIMATIC Manager（SIMATIC 管理器）：項目創(chuàng)建、庫創(chuàng)建、項目管理和診斷等。􀁺 PH：Plant Hierarchy（工廠層級）。用于工廠層級的設(shè)計。􀁺 HW Config：Hardware Configuration Environment（硬件配置環(huán)境）。用于配置CPU、通訊處理器、外圍設(shè)備和現(xiàn)場總線等。􀁺 CFC：Continuous Function Char

5、t（連續(xù)功能圖）。用于設(shè)計庫、自動化邏輯、聯(lián)鎖、算法和控制等。􀁺 SFC：Sequential Function Chart（順序功能圖）。用于設(shè)計順序控制、邏輯和聯(lián)鎖等。􀁺 SCL：Structured Control Language（結(jié)構(gòu)化控制語言）。用于編寫算法程序和創(chuàng)建功能塊等。􀁺 IEA：Import Export Assistant（導(dǎo)入導(dǎo)出助手）。用于生成控制模型、過程標(biāo)簽類型和副本。􀁺 WinCC：Windows Control Centre（Windows 控制中心）。PCS 7 操作員界面和可視化。&

6、#1048698; Graphics Designer editor（圖形編輯器）：圖片、圖形對象和動畫的設(shè)計。􀁺 Commissioning Wizard （調(diào)試向?qū)В寒?dāng) PC 重新啟動時，調(diào)試向?qū)ё詣訖z測新近安裝的 SIMATIC 模塊（即插即用），并一步步指導(dǎo)用戶安裝和配置 PC 站。􀁺 Configuration Console（配置控制臺）：使用配置控制臺可以在Commissioning Wizard （調(diào)試向?qū)В?運行后改變設(shè)置。用于配置訪問點。􀁺 Station Configurator（站配置器）：顯示 PCS 7 系統(tǒng)中

7、建立的實際的 PC 配置。􀁺 Multiproject（多項目）：在 SIMATIC 管理器中，您可以創(chuàng)建項目（單項目）或多項目。一個多項目可以包含幾個項目和一個主數(shù)據(jù)庫。􀁺 Master data library（主數(shù)據(jù)庫）：一個主數(shù)據(jù)庫是與一個多項目聯(lián)系在一起的。它不同于其它系統(tǒng)或應(yīng)用專用庫，一個主數(shù)據(jù)庫是存在于多項目中，并收集該多項目使用的所有功能類型。􀁺 Process Object View （過程對象視圖）：組態(tài)中會創(chuàng)建許多對象。過程對象視圖包含了一個項目的所有組態(tài)內(nèi)容。可在視圖中顯示這些對象并進行編輯。􀁺 S

8、IMATIC NET：調(diào)試向?qū)?，組態(tài)控制臺和站配置器是 SIMATIC NET 的接口。SIMATIC NET 是一個 SIMATIC 項目中配置網(wǎng)絡(luò)和總線系統(tǒng)的平臺。􀁺 網(wǎng)頁瀏覽器：使用PCS 7 OS Web，你可以通過互聯(lián)網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)監(jiān)控過程。在 ES 中組態(tài) PCS 7 項目可以分成 2 個階段：AS engineering（AS組態(tài)）和 OS engineering （OS 組態(tài)）。AS 組態(tài)包括了工廠層級、功能塊、CFC、SFC 和硬件及通訊組件配置的設(shè)計。使用“Compiling OS（編譯 OS）”功能，可以自動得到 OS 組態(tài)的項目數(shù)據(jù)。OS 組態(tài)是設(shè)計操作功

9、能和圖形。一個自動化站可由電源（PS），中央處理單元（CPU），通訊處理器（CP）和輸入和輸出模塊組成的。CPU 處理操作系統(tǒng)和程序。PCS 7 CPU 是從西門子 SIMATIC S7 400 CPU 系列中選擇的。它們通過 System/Plant Bus（系統(tǒng)/工廠總線）與 ES 和/或 OS 服務(wù)器進行通訊。AS 也有一個通訊端口通過 Profibus DP 與現(xiàn)場設(shè)備進行通訊。如圖 1.2 是一個連接到分布式 I/O 的自動化系統(tǒng)典型例子。OS 可以是指 OS 服務(wù)器、OS 客戶機、OS 項目?！胺?wù)器”通常是指物理機器。一個 OS 項目可以是 Single-user（單用戶）項目、

10、Multi-user（多用戶）項目或者 Client（客戶機）項目。“單用戶或多用戶系統(tǒng)”是指一個 OS 項目的類型。（1）OS 組態(tài)OS 組態(tài)是在一個 ES 中實施的。它包含了下列功能：􀁺 圖形對象的設(shè)計（按鈕、幻燈、趨勢、面板等）。􀁺 SFV：Sequential Function chart Visualisation（SFC 可視化）。用于在 OS 運行系統(tǒng)中顯示 SFC。數(shù)據(jù)歸檔（變量和消息）以及長期數(shù)據(jù)存儲的設(shè)計。􀁺 報表的設(shè)計。系統(tǒng)和過程數(shù)據(jù)的打印輸出。用戶管理。針對不同的操作任務(wù)，分配和控制用戶訪問權(quán)限。􀁺

11、 冗余。配置與主服務(wù)器連接的第二個 OS 服務(wù)器。如果兩個服務(wù)器之一發(fā)生故障，第二個服務(wù)器即承擔(dān)整個系統(tǒng)的控制。故障服務(wù)器恢復(fù)工作后，所有消息和過程文檔的內(nèi)容被復(fù)制和同步。􀁺 時間同步。一個 OS 在運行時間里作為時間主站，對連接到系統(tǒng)總線和終端總線的所有其它 OS 和 AS，以當(dāng)前時間進行時間同步控制。􀁺 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視是用于持續(xù)地監(jiān)視獨立系統(tǒng)（OS 和 AS），并在運行系統(tǒng)中以屏顯的方式顯示其結(jié)果。􀁺 與其它應(yīng)用軟件的連接。PCS 7 OS 為用戶的解決方案提供開放式接口。這樣，就可以把 PCS 7 OS 集成于復(fù)雜的、全公

12、司范圍內(nèi)的自動化解決方案中。（2）單用戶項目一個單用戶項目是用于一個獨立的操作站。適合于在一臺 PC 上運行服務(wù)器和客戶機功能的小系統(tǒng)場合。（3）多用戶項目一個多用戶項目是用在服務(wù)器/客戶機環(huán)境中，項目數(shù)據(jù)庫位于服務(wù)器中，而客戶機可以訪問數(shù)據(jù)庫。（4）OS 服務(wù)器OS 服務(wù)器與 AS 和 OS 客戶機進行通訊。一臺服務(wù)器最多可以被 32 臺客戶機所訪問。一臺服務(wù)器可以訪問大約 256 k的變量（85,000 過程對象），這些變量是由 AS 提供和生成的。OS 客戶機的操作員也能夠發(fā)出指令并將其輸入到 AS 中。項目數(shù)據(jù)如圖片和數(shù)據(jù)歸檔存儲在服務(wù)器上，并可由客戶機所使用。如果一個項目需要幾臺 O

13、S 服務(wù)器，那么，服務(wù)器根據(jù)工廠層級而排列。可將一個或多個層級分配給一個服務(wù)器。這一點與 SCADA 系統(tǒng)有著根本上的區(qū)別，SCADA 系統(tǒng)中服務(wù)器是根據(jù)歸檔任務(wù)分配的，比如消息（報警）服務(wù)器，過程-趨勢（過程變量）服務(wù)器和圖片（圖形對象）服務(wù)器。PCS 7 系統(tǒng)總線是基于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 802.3，數(shù)據(jù)傳輸率為 10 或 100 Mbps 的工業(yè)以太網(wǎng)。多達1024 個站可以被連接到工業(yè)以太網(wǎng)上。傳輸介質(zhì)可以是：三同軸電纜（屏蔽同軸電纜）ITP（Industrial Twisted Pair 工業(yè)雙絞線）光纜（FOC）網(wǎng)絡(luò)可以使用光鏈路模塊（OLM）。一個OLM 的實例如圖 1.8 所示，

14、有三個工業(yè)雙絞線（ITP）端口和兩個光學(xué)端口。使用 ITP端口，可以連接多達三個終端或其它 ITP 段。使用光纜端口，可以建立冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。在一個環(huán)中，最多可連接 11個 OLM。圖 1.8：工業(yè)以太網(wǎng)和 OLM表明了一個 ES/OS 和 AS 通過一條TP（雙絞）線被連接到一個 OLM 端口。總線主干是光纜環(huán)。PCS 7 軟件系統(tǒng)2.1 基本數(shù)據(jù)PCS 7 系統(tǒng)的能力與過程對象、變量和數(shù)據(jù)歸檔的處理有關(guān)。一個過程對象（PO）指的是一個功能塊（FB）和它的操作面板。下列公式用于近似計算 PCS 7 系統(tǒng)的項目數(shù)據(jù)容量。1 個過程對象（如電動機，閥門和控制回路） 1 個功能塊 + 操作面板 50

15、 個 OS 變量全集成自動化SIMATIC PCS 7 系統(tǒng)是為過程工業(yè)、混合工業(yè)和離散（制造）工業(yè)領(lǐng)域提供全面自動化組件的一個平臺。隨著新技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新，原先分開的專用的工業(yè)控制系統(tǒng)現(xiàn)在正在合并和交迭。PCS 7 能夠提供跨行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的硬件和軟件組件。參第2 章 SIMATIC 管理器和對象SIMATIC 管理器是 PCS 7 項目工程任務(wù)的核心管理工具。SIMATIC 管理器提供三個視圖（Plant View 工廠視圖、Component View 組件視圖和Process Object View 過程對象視圖）實行項目數(shù)據(jù)的訪問。在 SIMATIC 管理器中，對項目對象進行創(chuàng)建、復(fù)制

16、、移動和編輯等。1. SIMATIC 管理器的全局設(shè)置SIMATIC 管理器的初始設(shè)置，對于在工作平臺創(chuàng)建的每個項目都具有影響效應(yīng)，且在項目管理中尤為關(guān)鍵。1.1 用戶定制當(dāng)您首次打開 SIMATIC 管理器，在創(chuàng)建任何新項目之前，您必須自定義軟件的工作平臺，如：指定項目中將使用何種語言，以及用戶項目和庫的存放位置。圖 2.1 說明了如何指定項目語言。第3章：PCS 7 站和通訊SIMATIC PC 站（茲簡稱為“PC 站”）是安裝有 SIMATIC 組件的 PC 機。在 PCS 7 系統(tǒng)范疇中，PC 站可以代表一個物理的 OS 服務(wù)器或 ES。PC 站之間的通訊是指：􀁺 把

17、組態(tài)數(shù)據(jù)從ES 傳輸?shù)?OS，以便 OS 能做好運行系統(tǒng)通訊的準(zhǔn)備􀁺 ES/OS 和 AS 之間的組態(tài)和通訊PC 站和通訊的主題是：從 SIMATIC Manager 中，對所有包含在 PCS 7 項目中的所有 PC 站進行組態(tài)。1. 用于 PC 站組態(tài)的軟件工具􀁺 SIMATIC Manager（SIMATIC 管理器）HW-Config（硬件配置） NetPro􀁺 Configuration Console and Commissioning Wizard（組態(tài)控制臺和調(diào)試向?qū)В㏒tation Configuration Editor（

18、站組態(tài)編輯器）在 SIMATIC Manager 中，將 PC 站插入項目中。您必須考慮：物理上存在于 PC 中的是哪一種通訊卡（如：是 CP1613 還是 3Com Etherlink），因為需要為使用的項目組態(tài)通訊卡。一個 PC 站，不管是 ES 還是 OS，均有 WinCC application（WinCC 應(yīng)用程序）來使用通訊通道。在HW-Config（硬件配置）中插入與組態(tài)通訊卡和 WinCC 應(yīng)用程序。ES/OS 的另一端是自動化站：AS。必須在 WinCC Application（WinCC應(yīng)用程序）和 AS CPU 之間建立邏輯連接。該連接在 NetPro 中進行設(shè)置。Con

19、figuration Console（組態(tài)控制臺）提供 PC 的 SIMATIC 硬件設(shè)備的全貌，并用于 SIMATIC PC 通訊系統(tǒng)的組態(tài)、調(diào)試和診斷。通訊的屬性包括使用該工具設(shè)置參數(shù)、地址和訪問協(xié)議。采用 Commissioning Wizard （調(diào)試向?qū)В?，首先識別 Configuration Console （組態(tài)控制臺）列出的 SIMATIC PC 硬件設(shè)備。Wizard（向?qū)Вγ總€ PC 站運行一次1，以后，設(shè)置在 Configuration Console （組態(tài)控制臺）中被設(shè)定。當(dāng)向?qū)н\行時，由 Commissioning Wizard （調(diào)試向?qū)В┳R別的設(shè)備被編入索引，

20、將來在 Configuration Console （組態(tài)控制臺）中可以調(diào)整索引。Station Configuration Editor（站組態(tài)編輯器）指示了當(dāng)前激活的卡和應(yīng)用程序。它也可以用于診斷。1 SIMATIC 硬件組件的任何改變將被Commissioning Wizard（調(diào)試向?qū)В┳R別。第4章：創(chuàng)建PCS 7 項目-入門本章將通過一個示例來介紹 PCS 7 工程系統(tǒng)的基本知識及途徑。如圖 4.1 所示，該示例是要控制一個簡單的閥門，即開啟和關(guān)閉閥門。閥門控制器通過“開啟”或“關(guān)閉”控制信號來開啟或者關(guān)閉閥門。閥門的位置由限位開關(guān)檢測，并作為反饋信號進行監(jiān)控。閥門和限位開關(guān)都是物理

21、裝置，而閥門控制器則是一段軟件代碼，它發(fā)出命令信號（開啟關(guān)閉）并獲取反饋信號（開啟和。下面的圖4.2中概述了創(chuàng)建一個 PCS 7項目來實現(xiàn)閥門控制的步驟。2.6 使用 SFC 編程2.6.1 任務(wù) 自動控制閥門設(shè)計一個 SFC 程序，允許在沒有故障的情況下自動開啟閥門，并隨后關(guān)閉。2.6.2 設(shè)計 SFC 圖雙擊 SFC 圖打開 SFC 編輯器。然后可以通過添加 Step（步驟）和 Transition（轉(zhuǎn)移條件）使用各種功能圖拓撲來構(gòu)建 SFC程序。參見圖4.25。功能圖要開啟閥門，必須打開某個步驟的“Properties”對話框，在此處設(shè)置 AUTO_OC=1。遵循圖 4.26 中的圖例。

22、第5 章 自動化站這一章首先將介紹如何為 PCS 7 項目進行硬件配置，然后將就使用硬件配置工具實現(xiàn)硬件配置進行多方面闡述。同時還將介紹 S7 CPU 和 I/O 驅(qū)動的基本原理。1. 硬件配置 第一步1.1 配置硬件組件的基本過程自動化站（AS）至少包括一個機架，一個電源和一個 CPU。見圖5.1 AS的圖解說明各組件的功能在表 5.1 中給出。自動化系統(tǒng)S7-400PCS 7 的自動化系統(tǒng)使用 S7-400 的組件。S7-400 控制器采用模塊化設(shè)計，無風(fēng)扇，魯棒性，并可以高度擴展。S7-400 控制器擁有全面的通訊設(shè)備、集成的系統(tǒng)功能，并可以連接到集中式或分布式 I/O。只要能正確選擇

23、S7-400 自動化系統(tǒng)，幾乎所有的自動化任務(wù)都可以實現(xiàn)。3. PROFIBUS3.1 主要內(nèi)容簡介PROFIBUS 是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。它包含三種不同的傳輸協(xié)議 PROFIBUS-DP 、-PA 和 -FMS。PROFIBUS-DP 是使用最頻繁的通訊協(xié)議集。它在速度、效率和低連接成本方面進行了最優(yōu)化設(shè)計，專門用于在自動化系統(tǒng)和分布式外圍設(shè)備之間進行通信。DP 是制造業(yè)自動化中傳統(tǒng)的、使用 24 伏電壓的并行信號傳輸，以及過程自動化中使用4 20 mA 或 Hart 的模擬量信號傳輸?shù)睦硐胩娲?。? 章 連續(xù)控制CFCCFC（連續(xù)功能圖）處理自動化和控制功能。這些功能在CFC編

24、輯器中以圖形塊的形式表示。在CFC編輯器中，可以使用具有特定功能的預(yù)制功能塊。只需將這些功能塊放置在功能圖中，互連功能塊并分配參數(shù)即可。1. 塊的概念1.1 塊類型塊類型是一些可以被插入到一個CFC功能圖中的預(yù)先編好的程序。當(dāng)插入一個塊類型時，就創(chuàng)建了一個塊實例。一個塊類可以創(chuàng)建任意多個塊實例。對于SIMATIC S7CPU，可以在梯形圖（LAD）編輯器、語句表（STL）編輯器和結(jié)構(gòu)控制語言（SCL）編輯器中創(chuàng)建、編輯及編譯塊類型。對于PCS7項目，則使用結(jié)構(gòu)控制語言（SCL）創(chuàng)建塊類型，或者將功能圖編譯為塊類型。1.8 功能塊FB、FC、BOP當(dāng)創(chuàng)建一個塊時，它必須被“聲明”為功能塊（FB）

25、、功能調(diào)用（FC）或者基本操作塊（BOP）。FB是一個帶有存儲區(qū)的功能塊；換而言之，在從一個周期到另一個周期的處理過程中，數(shù)據(jù)一直存在并且可以被訪問。為了能夠訪問數(shù)據(jù)，為每一個塊實例創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)塊（DB）。在多實例功能塊中，調(diào)用FB包含多個子FB，但是只創(chuàng)建一個公共的數(shù)據(jù)塊DB。FC是一個不帶有存儲區(qū)的功能塊；換而言之，功能塊產(chǎn)生的數(shù)值被立刻處理。FC不需要數(shù)據(jù)塊。FC在輸出端沒有缺省值。BOP也是一個不帶有存儲區(qū)的功能塊。它們用于實現(xiàn)一些簡單的功能，例如AND、OR等。在CFC中，基本操作是一些程序元件，在編譯過程中作為SCL語句表被輸入。BOP位于CFC Chart文件夾中。參見圖6.4。

26、其中BOP由各功能圖標(biāo)標(biāo)識。原料罐單元的控制4.1 原料罐單元4.1.1 功能描述使用P&I圖，即管道設(shè)備流程圖描述控制和自動化任務(wù)。圖6.89給出了原料罐（液體）單元的P&I圖。這個單元是生產(chǎn)線上的第一個原料罐，在手冊中記作RMT1。對于這個原料罐單元，主要操作任務(wù)是為兩個反應(yīng)器中的一個提供一定劑量的原料。首先，選擇一個反應(yīng)器，例如：Reactor1。通過打開通往Reactor1線路上的閥門NK113，NK112和NK111，開放管道通路。管道通路開放后，釋放液體流量控制，泵啟動開始輸送液體。當(dāng)泵開始運行時，定料給料功能塊開始工作。第7 章 創(chuàng)建功能塊 SCL如第六章所述，可以使用 LAD，STL 和 SCL 創(chuàng)建功能塊類型。在 PCS 7軟件環(huán)境中使用的功能塊應(yīng)使用結(jié)構(gòu)控制語言（SCL）創(chuàng)建。在 CFC 編輯器中，有一個功能叫做“Com