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1、目的要求：了解PCS7的组成形式，网络结构、操作站、控制站的结构特点等。 重点：PCS7的组成、网络结构、操作站和控制站概述难点：无（概述性内容） 。 课时：2,西门子PCS7第一讲,主要内容：PCS7 系统结构与特点PCS7 与DCS/PLC比较PCS7 自动化系统ASPCS7 网络结构PCS7 操作员站OSPCS7 工程师站ES,西门子PCS7第一讲,一、PCS 7 系统结构与特点.结构,PCS：Process Control System,SIEMENS PLC 网络结构,三层网络结构现场总线层：PROFIBUS DP与PA，是联系控制站（AS）与现场站或设备的纽带控制总线层：工业以太网
2、，是连接控制站（AS）与服务器或操作站的桥梁。厂级网络：标准以太网，是建立服务器与操作站或上层厂级网络通讯的关键。,SIEMENS PLC 系统特点,产品种类多全集成自动化系统开放性模块化结构,强大的诊断功能易学易用编程语言强大的控制功能系统能力12 冗余服务器, 5,000 “控制回路“ / 服务器, 32 客户机/ 服务器,64控制站/ 服务器,2022/11/23,二、PCS7与DCS/PLC的比较,PCS7 全集成自动化PCS7 与 PLC 和 DCS 的对比PCS7 模块化结构,PCS7全集成自动化,基于全集成自动化思想的过程控制系统SIMATIC PCS7基于以下标准部件:,PCS
3、7全集成自动化,SIMATIC PCS7将过程控制与制造业控制毫无障碍地连接在一起,分布式IO,工业控制器,人机界面产品,总线产品,统一的通讯,统一的组态和编程,过程控制系统,统一的数据库管理,PCS7与 DCS 和 PLC 对比,DCS系统结构完整全局数据库具备较强的诊断功能组态工具使用方便回路处理能力强系统开放性较差控制器运算速度较慢逻辑处理能力弱,PLC系统开放灵活控制器运算速度较快逻辑处理能力强分散数据库系统完整性较差系统诊断功能较弱组态软件单一回路处理能力较弱,PCS7系统完整且开放灵活100MB ETHERNET TCP/IP集成现场总线技术PROFIBUS全局关系数据库：SQL具
4、备较强的诊断功能，不仅提供系统诊断，而且提供智能设备诊断组态软件丰富、使用方便控制器采用多任务处理器，同时实现大量复杂回路控制和快速逻辑控制,PCS7 模块化结构,控制规模可根据用户实际需求量身定做易于扩展和调整模块化结构,可从最小的单站扩充至带有客户机服务器结构的大型系统,最大支持：12冗余服务器5,000 控制回路 / 服务器32 客户机/ 服务器64 控制站/ 服务器,PCS7 WinCC Step7?,PCS7是Siemens的DCS系统Step7+WinCC是PLC系统PCS7=Step7+WinCC+CFC+SFC，包含许多过程控制系统编程所需的块与图标，用于工厂自动化系统。可以使
5、用Step7和WinCC实现PCS7的功能，但编程较为复杂，PCS7采用图形化编程,2022/11/23,三、自动化系统（AS）,PCS 7,ES,OS,AS,Net,SIMATIC,SIMATIC PCS 7 控制器,AS 站的控制器来自功能强大的 S7-400 家族已经组态好，集成在一个机架上而且经过了测试中央处理器S7 414-3, S7 416-2, S7 416-3, S7 414-4, S7 417-4 带有集成的 PROFIBUS-DP 接口集成了 MPI 接口RAM 768 to 4,000 kB电源供电(24 VDC, 120VAC, 230VAC)带有以太网通讯的卡件控制器
6、可选冗余免费集成和测试,I/O模板和现场设备的在线修改,标准 / 故障安全 CPUs,冗余 CPUs,ET 200M 模板 通道 机架故障安全模板DP 从站 以及 PA 从站,基本功能：增加新 I/O 模板删除现有I/O模板增加新 DP 从站修改 I/O 模板参数增加新 PA 从站冗余系统附加功能:增加 CPU 内存更改 CPU 参数增加 / 删除 S7-400 I/O 模板,支持高要求冗余输入/输出模板,ET 200M 上可选择 I/O 冗余方式使用浏览方式组态配置对每一块模板可选择冗余配置 单CPU上可实现冗余和标准模板混合配置不需要CFC 特殊逻辑，系统自动进行通道切换,分布式I/O灵活
7、的连接现场设备,分布式I/O ET 200M安装在控制室或现场采用S7-300系列完整的 I/O 产品体系 带有诊断功能的 class B 模块用于防爆区内的本安模板ExHART 协议模拟量输入模板通过热插拔底座使得所有模板均支持热插拔通过PROFIBUS-DP 连接AS与I/O可选光缆连接通信线缆冗余在中央处理器机架上可以安装S7-400模板,防爆区域解决方案 ET200iS,ET 200iS用法I/O卡件直接安装在 1区 和 2区传感器和执行器直接安装在 0 区PROFIBUS-DP-耦合器通过DP耦合器将PROFI BUS DP引入防爆区域集成了DP-V1通讯标准模块种类齐全通过采用PN
8、O-规范 可以连接HART协议仪表集成于 SIMATIC PCS 7系统之中通过PDM软件对于包括HART协议仪表在内的现场设备进行组态所有驱动软件均集成在PCS7 软件中,2 x AO HART,2 x AI HART,2 x AI RTD,2 x AO 0.20mA,4 x DI Namur,在防爆区域内三种解决方案,PneumaticValves,PROFIBUS-DP max. 12 Mbit/s,工 业 以 太 网,HART,PROFIBUS-PA 31,25 Kbit/s,PROFIBUS-DP 1,5 Mbit/s,. . . .,Flow,Pressure,Positioner
9、,Level,定位器,Link,ET 200iS,Ex I/O,DP耦合器,灵活而简单的组态手段,ET 200M,标准接口,MIS, ERP, 资产管理,控制器 S7-400,工业以太网,SIMATIC PCS 7 工程师站,SIMATIC PDM:- PROFIBUS-PA- PROFIBUS-DP- HART,PROFIBUS-DP 现场总线,SIPOS 3, 5SIPART DRSIMOVERTSIMOCODE,高可靠性冗余控制器414H/417H,即使是高可靠性控制器仍然由模块化产品搭建,2 种配置方案,2个分立的冗余机架最远距离可达500米,冗 余 电 源 配 置,冗 余 电 源 配
10、 置,安装在一个紧凑型机架上,先进的冗余技术：事件同步,EventSychronization,SIEMENS专 利,无跳线设计快速的切换时间(30ms)切换时所有状态保持无信息缺失；无报警缺失；过程无任何扰动,事件同步功能,同步所有可导致两CPU状态不一致的指令同步功能自动实现，不需编程或组态要发生同步的事件有:更新过程影像区直接访问I/O报警及中断更新计时器通讯,I/O 总线模板冗余的切换方式,主从CPU独立访问相连I/O站的通讯模板主从CPU同时读取I/O数据主从CPU同时写数据到通讯模板处于ACTIVE状态的通讯模板写数据到I/O模板,故障安全性系统 414FH/417FH,由冗余控制
11、器和非冗余 I/O 构成,冗余的 S7-400FH冗余的 PROFIBUS-DP冗余的 IM 153-2 FOSIL 2, AK4SIL3, AK5 or 6,S7-400FH,PROFIBUS DP,ET200M,F-I/O,IM 153-2 FO,冗余的 S7-400FH冗余的 PROFIBUS-DP冗余的 IM 153-2 FO冗余的故障安全型 I/O差异分析SIL 2, AK4SIL3, AK5 or 6,PROFIBUS DP,S7-400FH,冗余,ET200M,ET200M,F-I/O,F-I/O,S7-400F,ET200M,PROFIBUS DP,F - I/O,IM 153
12、-2 FO,SIL 2, AK4SIL 3, AK5 or 6,由单控制器和非冗余 I/O 构成,由冗余控制器和冗余 I/O 构成,2022/11/23,四、PCS7 网络结构,PCS 7,ES,OS,AS,Net,SIMATIC,PROFIBUS网络概念,PROFIBUS-PA 31,25 kbit/s,现场仪表,Controller S7-400,PROFIBUS-DP 12 Mbit/s,I/O,驱 动,DP/PA Link,连接冗余的 PROFIBUS-DP,快速以太网 网络组态,组态规定: max. 50 OSM / ring max. 3000m between two OSM m
13、ax. ring distance 150 km (长距离可达 900 km),冗余光线环网,100 Mbit/s,10 Mbit/s,冗余管理器(= OSM),带有六个连接口的光线交换模块(OSM),: : :,2022/11/23,五、PCS7 操作员站,PCS 7,ES,OS,AS,Net,SIMATIC,WinCC + 扩展功能用于 PCS 7,报警系统,文件归档系统,Process Visualisation,画面设计界面,标准操作界面,数据管理系统,报表系统,操作员站的显著特点（1）,在线运行中修改在线修改 OS 服务器, 客户机 或存档机更短的转换时间 (片刻间增加一个新回路)
14、扩充了系统容量 ( 100 %)12 冗余服务器, 32 客户机/ 服务器,64控制站/ 服务器高性能的存档系统优化的 AS/OS 通讯报警等级可用于重要报警的选择和监视,操作员站的显著特点（2）,高级 “状态显示”无需脚本可实现状态和报警信息的合成操作员站运行状态自检OS 服务器监视运行应用软件状态增加 Visual Basic 脚本 高级的过程控制选件包可组态 OS 运行界面 (屏幕分辨率, 总览区的个数 .)OS 可使用sound card 输出各种声音信号全球时间同步更方便的用户自定义操作员站运行界面组态工具,操作员站在线修改,方便的在线修改, 同样适用于非冗余系统冗余服务器选择性上装
15、可实现在线修改和测试MAKE工具可实现选择性自动上装,ES,OS,上装服务器 A, 客户机 1 和 2测试上装服务器 B, 客户机 3 和 4,全新的存档系统,扩展了客户机/服务器结构,*) 每个客户机可以和每个服务器通讯 !,OS 服务器max. 12 (冗余),存档服务器(过程变量存档),OS 客户机 max. 32 *),.,.,高性能存档系统,基于Microsoft SQL Server 2000集中的, 冗余存档服务器用于过程检测变量性能参数 多达 10,000 检测变量/秒 (存档服务器)多达 100 报警/秒 (每个 OS 服务器)数据存储压缩在线可组态冗余系统快速同步长期存档完
16、整的I清除功能,过程状态和报警信息可集成在一个状态字中方便的组态 (无需脚本)减少显示调用时间减少系统负荷,高级状态显示,alarms(e.g. monitoring time)status(e.g. open, opening, close, failure),功能块的状态和报警信息可简单的组态 OS 的符号显示,优化的 AS - OS 通讯,AS - OS 通讯,OS: 每次要求一次控制器: 周期,OS: 周期控制器: 周期,OS: 每次要求一次控制器: 变化发送(每祯中更多的数据),cyclic *),OSrequestevery 2 s *),controlleranswerevery
17、 2 s *),OS,controller,OSrequestonce,OS,controlleranswer every2 s *) if changed,OS,1997PCS 7 V4,2000 PCS 7 V5,2003 PCS 7 V6,controller,controller,controlleranswerevery 2 s *),OSrequestonce,cyclic *),cyclic *),用户界面,标准用户界面 :清晰的工艺流程画面 趋势画面和信息画面的标准化显示带有总貌区和按键区的多窗显示技术简单，直观的操作,窗口技术,多屏显示 (Multi VGA),可通过存储当前
18、屏幕组态等方式进行各种操作一个操作站可连接1至4个显示屏,用一套操作设 备( 键盘/鼠标器 )来 操 作,SFC 可视化,通过ES SFC 软件包自动产生显示在线组态每一步有导航显示带有“步”和“条件”框的总体显示通过序列框弹出操作要求的概要显示动态的“步”和“条件”框,广泛的操作员权限,操作员权限:每个操作员/组能够被分配给单独的权限操作员能有特定的功能工厂各个车间的操作/非操作通过密码或磁卡的访问授权每一个操作每一个对象的功能应用,操作站的系统组件,计算机：德国原装的西门子工控机，预装好各种相应软件，使用方便基本的 SIMATIC IPC单OS站OS ServerClient Operat
19、or 终端结合的 OS / ES 站基本且主要的多处理器带有增强有效性的高性能OS服务器,选件：OS冗余,基于冗余服务器的多客户机当服务器故障时,客户机自动切换在同一服务器上冗余的OS,在重新启动时,带有文档更新的功能,用于大型项目的客户机/服务器结构,分布式数据保存多客户机 / 服务器相互操作32客户机连接在 12服务器/ 冗余的服务器上5,000 控制回路 /服务器 共计60,000控制回路,几个系统区的同时操作.,通过分散的数据库,增强有效性,根据工厂结构,灵活的适用的OS层(例如: 每个工厂区/过程单元 1个服务器 ),多客户机可以访问:所有的报警和事件归档文件所有的过程数据归档文件(
20、例如. 在一个趋势窗口)来自多服务器的过程数据在一个单一的显示器上显示,WinCC 6.0/7.0 支持Web 浏览器,Web 服务器与WinCC Server进行数据通讯Sybase any Where管理存取权限Web 客户机通过Web进行生产过程监视与操作存取权限控制最小的安装和维护工厂管理者通过Internet/Intranet了解生产状态,new !,2022/11/23,六、PCS7 工程师站,PCS 7,ES,OS,AS,Net,SIMATIC,工程师站,一个工程师站可以组态所有的系统组件,从OS经由AS到现场级组态代替编程图形化的构成工具带有图形工具的在线测试和改变带有自动文件
21、的整个项目的数据库,中央集成的工程师站,PCS 7 组态视图,设备视角用于组态控制器硬件 (I/O 模板, 控制器, 系统总线 etc.)适用于维护工程师使用工厂视角 (PCS 7 V5, V6)根据过程标准将工厂分等级管理 (工厂级/单元级/设备级) 适用于过程专家使用将被过程对象代替过程对象视角 (PCS 7 V6)单副画面上可显示过场变量的全部信息集成的开发环境 (IDE),符合IEC 61131的 CFC 图形化组态,功能组态(例:控制回路) 通过 CFC 编辑器功能性的决定是通过功能块的放置和互连来完成的连接也可以同其他图表的功能块这些连接被自动地管理在图表的注释区通过输入/浏览信号
22、名称建立I/O信号的连接,新 SFC 使用扩展状态管理,每一个 SFC 支持 16 不同的状态/模式, 符合 ISA S88标准在一个 SFC 中可以定义多个不同的顺序 (多达 8 个)不同的操作的模式 (e.g. 加热/冷却)例外处理 (e.g. 保持, 放弃, 安全状态)过程事件/状态可以触发不同顺序,PCS 7 自动协调,加热,冷却,安全状态,触发操作模式,加热,冷却,安全状态,1,2,8,. . . .,. . . .,工程师站库,带有技术软件的各类应用库:基本库现场设备库技术库用于PROFIBUS-PA设备的驱动库适合于功能块+面板的设计方针集成的系统特征:诊断信息标准面板在线助手,+,for ESand AS,for OS,结构化的控制语言SCL,自定义用户功能块的高级语言类似PASCAL语言，所以功能强大符合 IEC 1131-3编译器和调试器都集成在系统中可被用作图形化的CFC块,WinCC 集成到企业生产管理系统,内置数据库服务器,客户机PowerBuilderVB, Delphi,厂级、公司级管理系统数据库服务器,1. 简述PCS7的网络结构2. 简述PCS7的硬件技术,习题,
