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

2、集中式，工廠范圍內的工程系統 通過現場總線PROFIBUS，現場設備和驅動系統均可很靈活和容易的集成 無縫集成的安全系統，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準和故障安全相結合的形式，高可用性和故障安全相結合的形式 可在所有層級實現冗余，提高可用性 符合ISA S 88.01 和FDA 21 CFR Part 11規范的模塊化批處理系統SIMATIC BATCH 通過SIMATIC IT架構實現 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 一個真正的現代DCS系統 門子 SIMATIC PCS 7

3、系統是現代 DCS 的一個實例（分布式控制系統），它采用了當前的 LAN （局域網）技術、久經考驗的西門子 PLC（可編程序控制器）和現場總線技術。整個系統由大量的西門子硬件組件組成，包括儀表、執行機構、模擬和數字信號模塊，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。圖1.1顯示了一個典型的PCS 7系統，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 系統為工業自動化和控制提供了很大范圍的硬件、軟件、組態、配置和診斷工具。本章概述了系統的結構和功能，并說明了系統中所使用的縮寫。PCS 7 項目是在PCS 7

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

5、t（連續功能圖）。用于設計庫、自動化邏輯、聯鎖、算法和控制等。􀁺 SFC：Sequential Function Chart（順序功能圖）。用于設計順序控制、邏輯和聯鎖等。􀁺 SCL：Structured Control Language（結構化控制語言）。用于編寫算法程序和創建功能塊等。􀁺 IEA：Import Export Assistant（導入導出助手）。用于生成控制模型、過程標簽類型和副本。􀁺 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計。􀁺 Commissioning Wizard （調試向導）：當 PC 重新啟動時，調試向導自動檢測新近安裝的 SIMATIC 模塊（即插即用），并一步步指導用戶安裝和配置 PC 站。􀁺 Configuration Console（配置控制臺）：使用配置控制臺可以在Commissioning Wizard （調試向導） 運行后改變設置。用于配置訪問點。􀁺 Station Configurator（站配置器）：顯示 PCS 7 系統中

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據庫。􀁺 Master data library（主數據庫）：一個主數據庫是與一個多項目聯系在一起的。它不同于其它系統或應用專用庫，一個主數據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）：組態中會創建許多對象。過程對象視圖包含了一個項目的所有組態內容。可在視圖中顯示這些對象并進行編輯。􀁺 S

8、IMATIC NET：調試向導，組態控制臺和站配置器是 SIMATIC NET 的接口。SIMATIC NET 是一個 SIMATIC 項目中配置網絡和總線系統的平臺。􀁺 網頁瀏覽器：使用PCS 7 OS Web，你可以通過互聯網或企業網監控過程。在 ES 中組態 PCS 7 項目可以分成 2 個階段：AS engineering（AS組態）和 OS engineering （OS 組態）。AS 組態包括了工廠層級、功能塊、CFC、SFC 和硬件及通訊組件配置的設計。使用“Compiling OS（編譯 OS）”功能，可以自動得到 OS 組態的項目數據。OS 組態是設計操作功

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/工廠總線）與 ES 和/或 OS 服務器進行通訊。AS 也有一個通訊端口通過 Profibus DP 與現場設備進行通訊。如圖 1.2 是一個連接到分布式 I/O 的自動化系統典型例子。OS 可以是指 OS 服務器、OS 客戶機、OS 項目。“服務器”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”是指一個 OS 項目的類型。（1）OS 組態OS 組態是在一個 ES 中實施的。它包含了下列功能：􀁺 圖形對象的設計（按鈕、幻燈、趨勢、面板等）。􀁺 SFV：Sequential Function chart Visualisation（SFC 可視化）。用于在 OS 運行系統中顯示 SFC。數據歸檔（變量和消息）以及長期數據存儲的設計。􀁺 報表的設計。系統和過程數據的打印輸出。用戶管理。針對不同的操作任務，分配和控制用戶訪問權限。􀁺

11、 冗余。配置與主服務器連接的第二個 OS 服務器。如果兩個服務器之一發生故障，第二個服務器即承擔整個系統的控制。故障服務器恢復工作后，所有消息和過程文檔的內容被復制和同步。􀁺 時間同步。一個 OS 在運行時間里作為時間主站，對連接到系統總線和終端總線的所有其它 OS 和 AS，以當前時間進行時間同步控制。􀁺 設備狀態監視。設備狀態監視是用于持續地監視獨立系統（OS 和 AS），并在運行系統中以屏顯的方式顯示其結果。􀁺 與其它應用軟件的連接。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 集成于復雜的、全公

12、司范圍內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 上運行服務器和客戶機功能的小系統場合。（3）多用戶項目一個多用戶項目是用在服務器/客戶機環境中，項目數據庫位于服務器中，而客戶機可以訪問數據庫。（4）OS 服務器OS 服務器與 AS 和 OS 客戶機進行通訊。一臺服務器最多可以被 32 臺客戶機所訪問。一臺服務器可以訪問大約 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出指令并將其輸入到 AS 中。項目數據如圖片和數據歸檔存儲在服務器上，并可由客戶機所使用。如果一個項目需要幾臺 O

13、S 服務器，那么，服務器根據工廠層級而排列。可將一個或多個層級分配給一個服務器。這一點與 SCADA 系統有著根本上的區別，SCADA 系統中服務器是根據歸檔任務分配的，比如消息（報警）服務器，過程-趨勢（過程變量）服務器和圖片（圖形對象）服務器。PCS 7 系統總線是基于 IEEE 標準 802.3，數據傳輸率為 10 或 100 Mbps 的工業以太網。多達1024 個站可以被連接到工業以太網上。傳輸介質可以是：三同軸電纜（屏蔽同軸電纜）ITP（Industrial Twisted Pair 工業雙絞線）光纜（FOC）網絡可以使用光鏈路模塊（OLM）。一個OLM 的實例如圖 1.8 所示，

14、有三個工業雙絞線（ITP）端口和兩個光學端口。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，可以建立冗余環形網絡。在一個環中，最多可連接 11個 OLM。圖 1.8：工業以太網和 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。PCS 7 軟件系統2.1 基本數據PCS 7 系統的能力與過程對象、變量和數據歸檔的處理有關。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 系統的項目數據容量。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 系統是為過程工業、混合工業和離散（制造）工業領域提供全面自動化組件的一個平臺。隨著新技術的應用和創新，原先分開的專用的工業控制系統現在正在合并和交迭。PCS 7 能夠提供跨行業領域應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）實行項目數據的訪問。在 SIMATIC 管理器中，對項目對象進行創建、復制

16、、移動和編輯等。1. SIMATIC 管理器的全局設置SIMATIC 管理器的初始設置，對于在工作平臺創建的每個項目都具有影響效應，且在項目管理中尤為關鍵。1.1 用戶定制當您首次打開 SIMATIC 管理器，在創建任何新項目之前，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 系統范疇中，PC 站可以代表一個物理的 OS 服務器或 ES。PC 站之間的通訊是指：􀁺 把

17、組態數據從ES 傳輸到 OS，以便 OS 能做好運行系統通訊的準備􀁺 ES/OS 和 AS 之間的組態和通訊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。1. 用于 PC 站組態的軟件工具􀁺 SIMATIC Manager（SIMATIC 管理器）HW-Config（硬件配置） NetPro􀁺 Configuration Console and Commissioning Wizard（組態控制臺和調試向導）Station Configuration Editor（

18、站組態編輯器）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通訊卡。一個 PC 站，不管是 ES 還是 OS，均有 WinCC application（WinCC 應用程序）來使用通訊通道。在HW-Config（硬件配置）中插入與組態通訊卡和 WinCC 應用程序。ES/OS 的另一端是自動化站：AS。必須在 WinCC Application（WinCC應用程序）和 AS CPU 之間建立邏輯連接。該連接在 NetPro 中進行設置。Con

19、figuration Console（組態控制臺）提供 PC 的 SIMATIC 硬件設備的全貌，并用于 SIMATIC PC 通訊系統的組態、調試和診斷。通訊的屬性包括使用該工具設置參數、地址和訪問協議。采用 Commissioning Wizard （調試向導），首先識別 Configuration Console （組態控制臺）列出的 SIMATIC PC 硬件設備。Wizard（向導）對每個 PC 站運行一次1，以后，設置在 Configuration Console （組態控制臺）中被設定。當向導運行時，由 Commissioning Wizard （調試向導）識別的設備被編入索引，

20、將來在 Configuration Console （組態控制臺）中可以調整索引。Station Configuration Editor（站組態編輯器）指示了當前激活的卡和應用程序。它也可以用于診斷。1 SIMATIC 硬件組件的任何改變將被Commissioning Wizard（調試向導）識別。第4章：創建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，即開啟和關閉閥門。閥門控制器通過“開啟”或“關閉”控制信號來開啟或者關閉閥門。閥門的位置由限位開關檢測，并作為反饋信號進行監控。閥門和限位開關都是物理

21、裝置，而閥門控制器則是一段軟件代碼，它發出命令信號（開啟關閉）并獲取反饋信號（開啟和。下面的圖4.2中概述了創建一個 PCS 7項目來實現閥門控制的步驟。2.6 使用 SFC 編程2.6.1 任務 自動控制閥門設計一個 SFC 程序，允許在沒有故障的情況下自動開啟閥門，并隨后關閉。2.6.2 設計 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（轉移條件）使用各種功能圖拓撲來構建 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硬件配置進行多方面闡述。同時還將介紹 S7 CPU 和 I/O 驅動的基本原理。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S7-400PCS 7 的自動化系統使用 S7-400 的組件。S7-400 控制器采用模塊化設計，無風扇，魯棒性，并可以高度擴展。S7-400 控制器擁有全面的通訊設備、集成的系統功能，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，幾乎所有的自動化任務都可以實現。3. PROFIBUS3.1 主要內容簡介PROFIBUS 是當前應用最廣泛的現場總線系統。它包含三種不同的傳輸協議 PROFIBUS-DP 、-PA 和 -FMS。PROFIBUS-DP 是使用最頻繁的通訊協議集。它在速度、效率和低連接成本方面進行了最優化設計，專門用于在自動化系統和分布式外圍設備之間進行通信。DP 是制造業自動化中傳統的、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 的模擬量信號傳輸的理想替代者。第6 章 連續控制CFCCFC（連續功能圖）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功能圖中的預先編好的程序。當插入一個塊類型時，就創建了一個塊實例。一個塊類可以創建任意多個塊實例。對于SIMATIC S7CPU，可以在梯形圖（LAD）編輯器、語句表（STL）編輯器和結構控制語言（SCL）編輯器中創建、編輯及編譯塊類型。對于PCS7項目，則使用結構控制語言（SCL）創建塊類型，或者將功能圖編譯為塊類型。1.8 功能塊FB、FC、BOP當創建一個塊時，它必須被“聲明”為功能塊（FB）

25、、功能調用（FC）或者基本操作塊（BOP）。FB是一個帶有存儲區的功能塊；換而言之，在從一個周期到另一個周期的處理過程中，數據一直存在并且可以被訪問。為了能夠訪問數據，為每一個塊實例創建一個數據塊（DB）。在多實例功能塊中，調用FB包含多個子FB，但是只創建一個公共的數據塊DB。FC是一個不帶有存儲區的功能塊；換而言之，功能塊產生的數值被立刻處理。FC不需要數據塊。FC在輸出端沒有缺省值。BOP也是一個不帶有存儲區的功能塊。它們用于實現一些簡單的功能，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由各功能圖標標識。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，即管道設備流程圖描述控制和自動化任務。圖6.89給出了原料罐（液體）單元的P&I圖。這個單元是生產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，主要操作任務是為兩個反應器中的一個提供一定劑量的原料。首先，選擇一個反應器，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。當泵開始運行時，定料給料功能塊開始工作。第7 章 創建功能塊 SCL如第六章所述，可以使用 LAD，STL 和 SCL 創建功能塊類型。在 PCS 7軟件環境中使用的功能塊應使用結構控制語言（SCL）創建。在 CFC 編輯器中，有一個功能叫做“Com