SIMATIC PCS7 系统概述

2020/5/3,SIMATICPCS7标准培训,PCS7系统概述,2020/5/3,SIASTRANING,2,内容,PCS7系统结构与特点PCS7概述自动化系统（AS控制站）PCS7网络结构PCS7操作员站PCS7工程师站PCS7系统典型应用,2020/5/3,SIASTRANING,3,系统结构与特点,系统结构图SIEMENSPLC网络结构SIEMENSPLC系统特点,2020/5/3,SIASTRANING,4,PCS7系统结构图,2020/5/3,SIASTRANING,5,SIEMENSPLC网络结构,三层网络结构现场总线层：PROFIBUSDP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，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。,2020/5/3,SIASTRANING,6,SIEMENSPLC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,2020/5/3,SIASTRANING,7,概述,PCS7全集成自动化PCS7与PLC和DCS的对比PCS7模块化结构,2020/5/3,SIASTRANING,8,PCS7全集成自动化,基于全集成自动化思想的过程控制系统SIMATICPCS7基于以下标准部件:,2020/5/3,SIASTRANING,9,PCS7全集成自动化,SIMATICPCS7将过程控制与制造业控制毫无障碍地连接在一起,2020/5/3,SIASTRANING,10,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100MBETHERNETTCP/IP集成现场总线技术PROFIBUS全局关系数据库：SYBASE具备较强的诊断功能，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,2020/5/3,SIASTRANING,11,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,2020/5/3,SIASTRANING,12,自动化系统,2020/5/3,SIASTRANING,13,SIMATICPCS7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S7414-3,S7416-2,S7416-3,S7414-4,S7417-4带有集成的PROFIBUS-DP接口集成了MPI接口RAM768to4,000kByte电源供电(options:24VDC,120VAC,230VAC)带有以太网通讯的卡件控制器可选冗余免费集成和测试,2020/5/3,SIASTRANING,14,控制站性能指标简表,2020/5/3,SIASTRANING,15,控制器和输入/输出的显著特点,在线更改组态配置(CiR)适用于全部控制器站AS(AS414-3,416-2,416-3,417-4,414-4-1H,417-4-1H)适用于故障安全控制器站S7-400F(AS414F,417F),在线更改远程I/O远程ET200M增加新远程站增加I/O模板修改I/O模板参数设置PROFIBUSDP/PA增加新设备或从站修改PA设备参数设置ET200iS和ET200S增加新远程站更换I/O模板ET200iS:使用SIMATICPDM参数化,在线运行中更改输入/输出Profibus站!,V6,newI/Omodule,ASdownload,2020/5/3,SIASTRANING,16,I/O模板和现场设备的在线修改,标准/故障安全CPUs,冗余CPUs,ET200M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S7-400I/O模板,2020/5/3,SIASTRANING,17,支持高要求冗余输入/输出模板,ET200M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,2020/5/3,SIASTRANING,18,分布式I/O灵活的连接现场设备,分布式I/OET200M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classB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,2020/5/3,SIASTRANING,19,防爆区域解决方案ET200iS,ET200iS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PROFIBUSDP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PNO-规范可以连接HART协议仪表集成于SIMATICPCS7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,2020/5/3,SIASTRANING,20,在防爆区域内三种解决方案,PneumaticValves,PROFIBUS-DPmax.12Mbit/s,工业以太网,HART,PROFIBUS-PA31,25Kbit/s,PROFIBUS-DP1,5Mbit/s,.,Flow,Pressure,Positioner,Level,定位器,Link,ET200iS,ExI/O,DP耦合器,2020/5/3,SIASTRANING,21,灵活而简单的组态手段,ET200M,标准接口,MIS,ERP,资产管理,控制器S7-400,工业以太网,SIMATICPCS7工程师站,SIMATICPDM:-PROFIBUS-PA-PROFIBUS-DP-HART,PROFIBUS-DP现场总线,SIPOS3,5SIPARTDRSIMOVERTSIMOCODE,2020/5/3,SIASTRANING,22,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,冗余电源配置,安装在一个紧凑型机架上,2020/5/3,SIASTRANING,23,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,2020/5/3,SIASTRANING,24,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,2020/5/3,SIASTRANING,25,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,2020/5/3,SIASTRANING,26,故障安全性系统414FH/417FH,由冗余控制器和非冗余I/O构成,冗余的S7-400FH冗余的PROFIBUS-DP冗余的IM153-2FOSIL2,AK4SIL3,AK5or6,S7-400FH,PROFIBUSDP,ET200M,F-I/O,IM153-2FO,冗余的S7-400FH冗余的PROFIBUS-DP冗余的IM153-2FO冗余的故障安全型I/O差异分析SIL2,AK4SIL3,AK5or6,PROFIBUSDP,S7-400FH,冗余,ET200M,ET200M,F-I/O,F-I/O,S7-400F,ET200M,PROFIBUSDP,F-I/O,IM153-2FO,SIL2,AK4SIL3,AK5or6,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,2020/5/3,SIASTRANING,27,PCS7规范,2020/5/3,SIASTRANING,28,PCS7网络结构,PCS7,ES,OS,AS,Net,SIMATIC,2020/5/3,SIASTRANING,29,PROFIBUS的历史,1987由siemens等13个工业组织和5所大学制定的规范1988进入德国DIN标准DIN192451996进入欧洲现场总线标准EN501702000进入国际标准IEC611582001进入中国国家行业标准JB/T10308.3-2001,IEC61158communication,IEC611582communication,ProfilePROFIBUS-DP(highspeed),ProfilePROFIBUS-PA(lowspeed),RS485或光纤max.12MBit/s,45.45Kbit/s,总线供电,在各种现场总线中排名第一,2020/5/3,SIASTRANING,30,PROFIBUS网络概念,PROFIBUS-PA45,45kbit/s,现场仪表,ControllerS7-400,PROFIBUS-DP12Mbit/s,I/O,驱动,DP/PALink,2020/5/3,SIASTRANING,31,PROFIBUS协议特征,混合总线访问协议主站间的逻辑令牌环主从站间的主从协议主站主动站在一个限定时间内(TokenHoldTime)对总线有控制权从站从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权从站与从站之间通过广播方式进行通讯,主动站、主设备,被动站、从设备,PC,PROFIBUS,主设备间的逻辑令牌环,2020/5/3,SIASTRANING,32,PROFIBUS网络基本特性数据,S7控制器最多可连接10PROFIBUSDP通讯处理器PROFIBUSDP的最大速度是12Mbit/s每一条PROFIBUSDP允许连接最大123slavesTheDP/PA-LinkisoneDP-Slave允许最大30个现场设备仪表(PA-Slaves)每一个RS485的PROFIBUSDP段允许最大31slaves.RS485segmentsarecascaded通过中继器.ThelengthofoneRS485segmentis200m1.5Mbit/s.Fibreopticsegmentscanhavealengthupto2.8km.FibreopticsegmentscanbecascadedusingOLMs.FibreopticbusescanhavearingstructureRS485andfibreopticphysicallayersaretransparentfortheprotocol,PROFIUSDP,Systembus,IndustrialEthernet/FastEthernet,PROFIBUSDPSlaves,S7400Controller,Fibreoptic,RS485,OLM,OLM,RS485,Repeater,PROFIBUSDPSlaves,PROFIBUSDPSlaves,PROFIBUSDPSlavesFibreOptic,Repeater,PROFIBUSPA,2020/5/3,SIASTRANING,33,连接冗余的PROFIBUS-DP,PROFIBUS-DP,AS414HAS417H,2020/5/3,SIASTRANING,34,快速以太网网络组态,组态规定:max.50OSM/ringmax.3000mbetweentwoOSMmax.ringdistance150km(长距离可达900km),冗余光线环网,100Mbit/s,10Mbit/s,冗余管理器(=OSM),带有六个连接口的光线交换模块(OSM),:,2020/5/3,SIASTRANING,35,全双工和并行通讯,2020/5/3,SIASTRANING,36,真正有效增加网络通讯能力,10Mbit/s,100Mbit/s,100Mbit/s+Switching,100Mbit/s+Switching+FullDuplex,Networkperformance,Linkperformance,4Mbit/s,40Mbit/s,100Mbit/s,200Mbit/s,Networktopology,2020/5/3,SIASTRANING,37,OSM采用交换技术带来的优点,对于已经存在的网络扩展方案节省投资，由于毫无问题地连接已经存在的10Mbit/s数据终端和子网由于负载的隔离增强了网络性能数据传输速率达到100Mbit/s简单的网络配置发生故障时网络极其快速的重构时间保障了稳定的数据通讯(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,2020/5/3,SIASTRANING,41,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VisualBasic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soundcard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,2020/5/3,SIASTRANING,42,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4,2020/5/3,SIASTRANING,43,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*),.,.,2020/5/3,SIASTRANING,44,高性能存档系统,基于MicrosoftSQLServer2000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整的I清除功能,2020/5/3,SIASTRANING,45,高级状态显示,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,功能块的状态和报警信息可简单的组态OS的符号显示,alarms(e.g.monitoringtime)status(e.g.open,opening,close,failure),2020/5/3,SIASTRANING,46,扩展的报警功能,方法确认触发的报警多次不重要故障可在控制器中自动抑制同样的报警只在确认后再重发对每一个控制器可单独组态附加的报警属性“优先级”例如一条操作台员引用语:“Awarningfromthemainreactorismoreimportantthananalarmfromthewaterwastetreatment“0(最低级)到16(最高级)PCS7OS报警总览区总显示最高等级的报警操作员可单击报警自动显示相应的过程画面扩展的报警文本信息功能块注释(e.g.boilertemperature)可选择地用于报警文本PCS7V5.2alarmtext:09.10.200212:25:123V100RA1T1highPCS7V6.0alarmtext:31.03.200311:17:345V100RA1T1boilertemperaturehigh编写功能块注释直接CFC中编写功能块也可通过过程对象界面,2020/5/3,SIASTRANING,47,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*),OSrequestevery2s*),controlleranswerevery2s*),OS,controller,OSrequestonce,OS,controlleranswerevery2s*)ifchanged,OS,1997PCS7V4,2000PCS7V5,2003PCS7V6,controller,controller,controlleranswerevery2s*),OSrequestonce,cyclic*),cyclic*),2020/5/3,SIASTRANING,48,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,2020/5/3,SIASTRANING,49,多屏显示(MultiVGA),可通过存储当前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,2020/5/3,SIASTRANING,50,SFC可视化,通过ESSFC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,无须额外的工程!,2020/5/3,SIASTRANING,51,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,2020/5/3,SIASTRANING,52,操作员站的附加功能,磁卡阅读机：简单安全的用户识别视频输入：在过程图像中用户管理：每个操作员/组能被分配给单独的功能,区域等的操作授权带有DCF77或GPS接收器的中央时间同步用于声光信号的信号模块在线语言转换,2020/5/3,SIASTRANING,53,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SIMATICIPC单OS站OSServerClientOperator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,2020/5/3,SIASTRANING,54,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,2020/5/3,SIASTRANING,55,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(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,2020/5/3,SIASTRANING,56,WinCC6.0支持Web浏览器,Web服务器与WinCCServer进行数据通讯SybaseanyWhere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!,2020/5/3,SIASTRANING,57,PCS7工程师站,PCS7,ES,OS,AS,Net,SIMATIC,2020/5/3,SIASTRANING,58,工程师站的显著特点（1）,全新的编程视角过程对象视角“一个画面中可显示过程变量的全部信息(参数,报警,OS对象,存档.)数据表编辑器可组态全部参数,而不必逐一打开各自的编辑器过滤和排序功能取消重做功能与Excel,Access兼容,可通过copy/paste相互间使用项目库有典型过程变量和导入/导出功能多项目编程可实现大项目的平行编程可一个工厂划分成N个项目并平行工作(最小为单个AS或OS)PCS7自动协调各子项目(e.g.connections),2020/5/3,SIASTRANING,59,工程师站的显著特点（2）,SFCextensions使用类型/情景CFC相同的方法,实现集中管理SFC-情景块和SFC-视角可在CFC中实现图形化连接一个SFC中可使用多步骤和多状态可以使用变化的操作方式SFC不需要接口块可直接连接SIMATICBATCH编译对控制器,操作站和BATCH站,集中编译/下载版本交叉检查功能(VXC)(V6.0SP1)图形化显示组态比较工具更强的编程效率自动检查并更新控制器和操作站之间变量名的改动自动优化控制器中功能块的执行次序CFC中自动连接参考文本,2020/5/3,SIASTRANING,60,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的整个项目的数据库,2020/5/3,SIASTRANING,61,中央集成的工程师站,2020/5/3,SIASTRANING,62,分层结构工厂分级,2020/5/3,SIASTRANING,63,PCS7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(PCS7V5,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(PCS7V6)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),2020/5/3,SIASTRANING,64,更有效的修改管理,拷贝和修改控制器-HMI的连结将被自动更新,控制器-HMI的连结将被自动更新,例如：以最小的时间拷贝一个现有的单元?整体的拷贝图形和功能图Reactor_1简单的修改拷贝，改名成Reactor_2硬件连接OS编译:控制器-OS间有关Reactor_2的将自动被改名图形(包括动态连接)脚本存档,2020/5/3,SIASTRANING,65,分布式和协调编成多项目,工程师服务器,工厂(多项目),项目1,工程师站1,项目2在做,项目n,项目3,.,.,项目4在做,项目X在做,工程师站2,工程师站n,2020/5/3,SIASTRANING,66,工程师站SIMATICPDM,用于HART-和PA-设备组态的工具,DeviceDescription,2020/5/3,SIASTRANING,67,符合IEC61131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/浏览信号名称建立I/O信号的连接,2020/5/3,SIASTRANING,68,按照IEC1131编辑过程控制(1),2020/5/3,SIASTRANING,69,按照IEC1131编辑过程控制(2),扩展“步”自由跳转扩展转移条件逻辑自动的过程监视操作权限自由组态在操作“条件”和“步”时,可以修改和下载,无须停止SFC,2020/5/3,SIASTRANING,70,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ISAS88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,PCS7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,.,.,2020/5/3,SIASTRANING,71,SFC:一个SFC图中多个顺序,逻辑定义击活SFC顺序,不同状态/模式下SFC的顺序,2020/5/3,SIASTRANING,72,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,+,forESandAS,forOS,2020/5/3,SIASTRANING,73,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IEC1131-3编译器和调试器都集成在系统中可被用作图形化的CFC块,2020/5/3,SIASTRANING,74,SIMATICBATCH,更高的实用性与MSCluster或热备冗余支持多层配方(符合S88.01标准)使用分布式OS服务器,可以从小系统扩展到非常大系统提供单元,操作,状态OS面板配发操作的库单元独立于配发完全集成于工程师站系统XML格式的存档和报表系统提供与SIMATICIT结构的MIS/MES标准连接接口提供开放的用户特殊扩展接口21CFRPart11标准支持“进入控制”(用户管理),“电子签名”,“查帐索引”,“版本”,2020/5/3,SIASTRANING,75,PCS7支持现代DCS的全部要求,控制器,I/O模块,外围设备在线更换运行中扩展和参数修