时间：2024-04-10 07:42:02
西门子SIMATIC PCS 7 系统是现代DCS（分布式控制系统）的一个示例，采用当前的LAN（局域网）技术、经过验证的西门子PLC（可编程控制器）和现场总线技术。整个系统由众多西门子硬件组件组成，包括仪表、执行器、模拟和数字信号模块、控制器、通信处理器、工程师站和操作员站。所有硬件组件均由PCS 7 软件工具支持和配置。该软件系统高度满足化工、石化、制药、水处理、电厂等各种工业环境中各种自动化任务的设计、组态和调试要求。
一般系统配置
下图显示了典型的PCS 7 系统。图中ES代表工程师站，OS代表操作员站，AS代表自动化站。
ES：工程师站
PCS 7 项目是在PCS 7 工程师站设计的。工程师站安装了PCS 7 组态工具，可以与自动化站和操作员站进行通信。
PCS 7 ES 提供强大的组态工具，包括：
SIMATIC Manager：项目创建、库创建、项目管理和诊断等。 PH: 工厂层次结构。适用于工厂级设计。 HW Config：硬件配置环境。用于配置CPU、通信处理器、外设、现场总线等。 CFC：连续功能图。用于设计库、自动化逻辑、互锁、算法和控制等。 SFC：顺序功能图。用于设计顺序控制、逻辑、联锁等。 SCL：结构化控制语言。用于创建算法程序和功能块。 IEA: 导入/导出助手。用于生成控制模型、处理标签类型和副本。 WinCC：Windows 控制中心。 PCS 7 操作员界面和可视化。图形设计器编辑或（图形编辑器）：设计图像、图形对象和动画。调试向导：当PC 重新启动时，调试向导会自动检测新安装的SIMATIC 模块（即插即用），并逐步指导您完成PC 站的安装和配置。配置控制台：运行调试向导后，使用配置控制台更改设置。用于接入点设置。站配置器：显示在PCS 7 系统上创建的实际PC 配置。多项目：SIMATIC Manager 允许您创建一个项目（单个项目）或多个项目。多项目可以包含多个项目和一个主数据库。主数据库：主数据库与多项目相关联。与其他系统或特定于应用程序的库不同，主数据库驻留在多个项目中，并收集多个项目中使用的所有函数类型。流程对象视图：许多对象是在配置中创建的。过程对象视图包含项目的所有配置内容。这些对象可以在视图中显示和编辑。 SIMATIC NET：调试向导、配置控制台和站配置器是SIMATIC NET 的接口。 SIMATIC NET 是一个用于在SIMATIC 项目中组态网络和总线系统的平台。
在ES 中组态PCS 7 项目可分为两个阶段：AS 工程（AS 配置）和OS 工程（OS 配置）。 AS 配置包括工厂层次结构、功能块、CFC、SFC 的设计以及硬件和通信组件的配置。通过使用“OS Compile”功能，可以自动获取OS配置的项目数据。操作系统配置是操作功能和图形的设计。
AS:自动化站
自动化站由电源（PS）、中央处理器（CPU）、通信处理器（CP）和输入/输出模块组成。 CPU 处理操作系统和程序。所选的PCS 7 CPU 是西门子SIMATIC S7 400 CPU 系列。通过System/Palnt 总线（System/Plant 总线）与ES 和/或OS 服务器进行通信。 AS 还具有一个通信端口，可通过Profibus DP 与现场设备进行通信。下面是与分布式I/O 的连接。这是自动化系统的典型示例。
现场设备
PCS 7系统的一个主要优点是它使用现场总线技术将各种现场装置和设备无缝集成到中央控制系统中。西门子本身和各个设备供应商提供各种符合Profibus协议的驱动器、变送器、传感器和设备。 Profibus 支持本质安全设备并具有HART 和AS 模块接口。下图提供了PCS 7 系统的设备级概述。
Profibus DP 和Profibus PA
Profibus DP 旨在取代制造自动化中的传统24 V 并行信号传输以及过程自动化中的4-20 mA 或HART 模拟信号传输。 Profibus PA 协议集定义了测量变送器和定位器等常见现场设备的参数和性能。 PA 协议集适用于4-20 mA 和Hart 模拟传输。当将Profibus技术与传统电缆技术进行比较时，其优势是显而易见的。分配器、终端和分配设备已被Profibus 系统取代。图形界面和全面的诊断工具可实现总线系统的高效安装。使用光纤在建筑物之间进行长距离通信已开始成为可能。 Profibus 的简单性大大减少了调试和服务工作。下图说明了Profibus 技术的易用性。
适用于现场设备的PCS 7 组态工具(PDM)
PDM（过程设备管理器）可以集成到PCS 7 组态系统中或用作独立控制台。 SIMATIC PDM 是用于现场设备和自动化组件的调试、维护、诊断和显示的工具。下图显示了验证设备、设置总线地址以及与设备在线通信的软件环境。
PCS 7 系统还提供用于将设备集成到自动化设计中的库功能。下图显示了通过功能块PA_AI 加载到CFC 中的压力传感器的读数以及OS 中的值显示。
OS:操作员站
OS 可以指OS 服务器、OS 客户端和OS 项目。 “服务器”通常指物理机器。 OS 项目可以是单用户项目、多用户项目或客户端项目。 “单用户或多用户系统”是指操作系统项目的类型。
(1)操作系统配置
OS配置是在ES中实现的。这包括以下功能：
• 图形对象的设计（按钮、幻灯片、趋势、面板等）。
• SFV：顺序功能图可视化（SFC 可视化）。在OS 运行时显示SFC。
• 数据归档（标签和消息）和长期数据存储设计。
• 报告设计。系统和过程数据的打印输出。
• 用户管理。分配和控制用户对各种操作任务的访问。
• 冗余。配置第二个操作系统服务器以连接到主服务器。如果两台服务器中的一台发生故障，第二台服务器将接管整个系统的控制权。当故障服务器恢复时，所有消息和流程文档的内容都会被复制和同步。
• 时间同步。一个操作系统在运行时充当时间主站，控制与连接到系统总线和终端总线的所有其他操作系统和应用服务器的当前时间的时间同步。
• 设备状态监控。设备状态监控用于连续监控独立系统（OS和AS）并将结果显示在运行系统的屏幕上。
与其他应用软件的连接。 PCS 7 OS 为用户解决方案提供了开放式接口。通过这种方式，PCS 7 OS 可以集成到复杂的全面系统中。
拥有企业范围的自动化解决方案。
(2) 单用户项目
单用户项目适用于独立的操作员站。适用于服务器和客户端功能在单台PC 上执行的小型系统情况。
(3) 多用户项目
多用户项目用于服务器/客户端环境。在此环境中，项目数据库位于服务器上，客户端可以访问该数据库。
(4)操作系统服务器
OS 服务器与AS 客户端和OS 客户端通信。最多可以有32 个客户端访问服务器。服务器可以访问由AS 提供和生成的大约256,000 个变量（大约85,000 个过程对象）。 OS客户端操作员还可以发出命令并将其输入到AS中。
照片和数据档案等项目数据存储在服务器上并可供客户使用。
如果您的项目需要多个OS 服务器，则服务器将根据工厂层次结构进行排列。您可以为服务器分配一层或多层。这与SCADA系统有本质的不同，SCADA系统根据归档任务分配服务器，如消息（报警）服务器、过程趋势（过程变量）服务器和图像（图形对象）服务器。下图显示了按工厂区域划分的PCS 7 OS 服务器的分布情况。
(5)服务器冗余
这里的冗余是在操作系统级别。 PCS 7 提供其他级别的冗余，包括AS 级别、系统总线级别和外围设备级别。冗余服务器在功能上与服务器相同，并且与服务器并行运行。在正常操作中，过程数据服务器完全并行运行。每个服务器都有自己的过程连接和数据档案。 AS 将过程数据和消息发送到两台冗余服务器。如果服务器发生故障，客户端会自动从发生故障的服务器切换到工作服务器。当故障服务器重新上线时，冗余功能会在故障期间执行归档同步，并将丢失的数据传输到故障服务器以填补故障造成的归档间隙。此运行平衡服务器。
(6)操作系统客户端
OS 客户端基于Windows 客户端/服务器技术，并具有与OS 服务器的网络连接。客户端无法直接访问系统总线和AS。通过OS 服务器访问项目数据。
系统总线
PCS 7 系统总线是基于IEEE 标准802.3 的工业以太网，数据传输速度为10 或100 Mbps。工业以太网最多可连接1024 个站。
传输介质包括：
Triax（屏蔽同轴电缆）
• I TP（工业双绞线）
光纤电缆（FOC）
光链路模块(OLM) 可用于网络中。下图显示了具有三个工业双绞线(ITP) 端口和两个光纤端口的OLM 示例。 ITP 端口允许您连接最多三个终端或其他ITP 网段。光纤电缆端口可用于创建冗余环形网络。一个环上最多可以连接11 个OLM。
对于性能要求非常高的中型到大型系统，系统总线是快速工业以太网（以下简称快速以太网）。快速以太网是标准以太网的进一步发展，其基本特性与通用以太网标准类似。它们都使用相同的数据格式、CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多路访问）接入程序、玻璃纤维光缆和双绞线电缆（非三轴）。快速以太网——网络结构的构建主要基于光数据传输。工业以太网OSM（光交换模块）允许使用工业双绞线（传输速度10/100 Mbps）和玻璃光纤（传输速度100 Mbps）的交换技术作为快速以太网主干配置工业以太网网络工业以太网OSM实例有6个工业双绞线接口（ITP端口）和2个光接口。这允许最多6 个ITP 终端或
其他ITP 网络连接到ITP 端口。工业以太网总线可以配置为冗余网络。使用的冗余概念是：
• 冗余光环
• 通过REDCONNECT（冗余连接）实现传输介质冗余
环形结构可以处理单一故障，例如电缆断裂或断开。传输介质冗余是指一个ES或OS有两根电缆连接到冗余系统总线。
通过REDCONNECT 实现传输介质冗余：
S7-REDCONNECT（冗余连接）软件包将冗余S7-400H 可编程逻辑控制器连接到操作系统。因此，一台OS PC上必须安装两个通信处理器（CP1613），如下图所示。
从设置到操作
项目配置完成后，将程序（AS - 特殊数据块：DB、FC、FB、OB 等）从ES 下载到AS 并运行它们。项目的OS 部分（特定于OS 的数据：图像、消息、文件归档）被下载到OS 服务器和客户端。接下来，激活服务器和客户端上的操作系统项目。该项目由PCS 7 运行系统控制。