西门子PCS7第一讲,共三讲

1、NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 1/56目的要求：目的要求：了解了解PCS7的组成形式，网络结构、操作站、的组成形式，网络结构、操作站、控制站的结构特点等。控制站的结构特点等。 重点：重点：PCS7的组成、网络结构、操作站和控制站概述的组成、网络结构、操作站和控制站概述难点：难点：无（概述性内容）无（概述性内容） 。 课时：课时：2西门子西门子PCS7PCS7第一讲第一讲NoImage Chongqing University of

2、 Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 2/56主要内容：主要内容：nPCS7 系统结构与特点系统结构与特点nPCS7 与与DCS/PLC比较比较nPCS7 自动化系统自动化系统ASnPCS7 网络结构网络结构nPCS7 操作员站操作员站OSnPCS7 工程师站工程师站ES西门子西门子PCS7PCS7第一讲第一讲NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technolog

3、y 3/56一、PCS 7 系统结构与特点.结构SAP R/3Office LANEthernetOffice LANEthernet工厂工厂维护维护工厂工厂信息信息 PCS 7 / OPC-ServerInternet/Intranet工厂优工厂优化先进化先进控制软控制软件包件包OS-LANEthernetOS 客户机客户机 /多客户机多客户机OS-服务器服务器(冗余冗余)批处理批处理 服务器服务器/客户机客户机服务器服务器 ESSIMATIC PDMEngineeringToolsetOS 单站单站(多屏多屏)Industrial Ethernet / Fast EthernetPROFI

4、BUS-PAET 200MFail-SafeDP/PA-LinkAS 414 F/FHAS 417 F/FHET 200MPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPCOx, NOx, .AS 417AS 416AS 414ET 200MEx-I/OHARTPROFIBUS-DPDP/PA-LinkET 200iSPROFIBUS-PAPROFIBUS-DPOSOPAS 414 HAS 417 HET 200MPROFIBUS-DPDP/PA-LinkPROFIBUS-PAY-LinkCOx, NOx, .OSESPCS 7启动包启动包AS 414PCSPCS：Process Control

5、SystemProcess Control SystemNoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 4/56SIEMENS PLC 网络结构n三层网络结构u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u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。u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。NoImage Chongqing University of Sci

6、ence & Technology Chongqing University of Science & Technology 5/56SIEMENS PLC 系统特点n产品种类多n全集成自动化n系统开放性n模块化结构,强大的诊断功能n易学易用编程语言n强大的控制功能n系统能力u12 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2022-2-22二、PCS7与DCS/PLC的比较nPCS7 全集成自动化nPCS7 与 PLC 和 DCS 的对比nPCS7 模块化结构NoImage Chongqing University of Science

7、 & Technology Chongqing University of Science & Technology 7/56PCS7全集成自动化n基于全集成自动化思想的过程控制系统SIMATIC PCS7SIMATIC PCS7n基于以下标准部件基于以下标准部件: :西门子西门子 人机界面人机界面西门子西门子 软件软件西门子西门子 工业控制计算机工业控制计算机西门子西门子 控制器控制器西门子西门子 网络产品网络产品西门子西门子 基于基于DP分布式分布式I/OComponentsSIMATIC PCS 7全集成自动化系统全集成自动化系统NoImage Chongqing University

8、of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 8/56PCS7全集成自动化nSIMATIC 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分布式IOIO工业控制器工业控制器人机界面产品人机界面产品总线产品总线产品统一的通讯统一的通讯统一的组态和编程统一的组态和编程过程控制系统过程控制系统统一的数据库管理统一的数据库管理NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Te

9、chnology 9/56PCS7与 DCS 和 PLC 对比DCSn系统结构完整n全局数据库n具备较强的诊断功能n组态工具使用方便n回路处理能力强n系统开放性较差n控制器运算速度较慢n逻辑处理能力弱PLCn系统开放灵活n控制器运算速度较快n逻辑处理能力强n分散数据库n系统完整性较差n系统诊断功能较弱n组态软件单一n回路处理能力较弱PCS7n系统完整且开放灵活u100MB ETHERNET TCP/IPu集成现场总线技术PROFIBUSn全局关系数据库：SQLn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n组态软件丰富、使用方便n控制器采用多任务处理器，同时实现大量复杂回路控制和

10、快速逻辑控制NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 10/56PCS7 模块化结构n控制规模可根据用户实际需求量身定做n易于扩展和调整n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OSOSOSOSOSOSES最小的单站最小的单站OSESOSESOS带有客户机服务器带有客户机服务器结构的大型系统结构的大型系统n最大支持：u12冗余服务器u5,000 控制回路 / 服务器u32 客户机/ 服务器u64 控制站/ 服务器NoIm

11、age Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 11/56PCS7 WinCC Step7?nPCS7是Siemens的DCS系统nStep7+WinCC是PLC系统nPCS7=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。n可以使用Step7和WinCC实现PCS7的功能，但编程较为复杂，PCS7采用图形化编程 2022-2-22三、自动化系统（AS）分布式分布式 I/O ET 200M withI/

12、O ET 200M withclass B class B 智能模块而且可以用于智能模块而且可以用于 EExib EExib中央处理器中央处理器 S7-400 with S7-400 with CPU 414, 416, 417, 414H, 417HCPU 414, 416, 417, 414H, 417HNoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 13/56SIMATIC PCS 7 控制器nAS 站的控制器来自功能强大的 S7-400 家

13、族n已经组态好，集成在一个机架上而且经过了测试n中央处理器uS7 414-3, S7 416-2, S7 416-3, S7 414-4, S7 417-4 u带有集成的 PROFIBUS-DP 接口u集成了 MPI 接口uRAM 768 to 4,000 kBn电源供电(24 VDC, 120VAC, 230VAC)n带有以太网通讯的卡件n控制器可选冗余n免费集成和测试NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 14/56I/O模板和现场设备

14、的在线修改标准标准 / 故障安全故障安全 CPU s冗余冗余 CPU suET 200M 模板模板 通道通道 机架机架u故障安全模板uDP 从站 以及 PA 从站n基本功能：u增加新 I/O 模板u删除现有I/O模板u增加新 DP 从站u修改 I/O 模板参数u增加新 PA 从站n冗余系统附加功能:u增加 CPU 内存u更改 CPU 参数u增加 / 删除 S7-400 I/O 模板NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 15/56支持高要求

15、冗余输入/输出模板nET 200M 上可选择 I/O 冗余方式n使用浏览方式组态配置n对每一块模板可选择冗余配置 n单CPU上可实现冗余和标准模板混合配置n不需要CFC 特殊逻辑，系统自动进行通道切换I/O modulesensorAS 414 HAS 417 HPROFIBUS DPredundantI/O moduleNoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 16/56分布式I/O灵活的连接现场设备n分布式I/O ET 200Mu安装在控

16、制室或现场u采用S7-300系列完整的 I/O 产品体系 u带有诊断功能的 class B 模块u用于防爆区内的本安模板ExuHART 协议模拟量输入模板n通过热插拔底座使得所有模板均支持热插拔n通过PROFIBUS-DP 连接AS与I/On可选光缆连接n通信线缆冗余n在中央处理器机架上可以安装S7-400模板NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 17/56防爆区域解决方案 ET200iSnET 200iS用法uI/O卡件直接安装在 1区

17、 和 2区u传感器和执行器直接安装在 0 区PROFIBUS-DP-耦合器u通过DP耦合器将PROFI BUS DP引入防爆区域u集成了DP-V1通讯标准n模块种类齐全n通过采用PNO-规范 可以连接HART协议仪表n集成于 SIMATIC PCS 7系统之中u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u所有驱动软件均集成在PCS7 软件中2 x AO HART2 x AI HART2 x AI RTD2 x AO 0.20mA4 x DI NamurNoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing

18、University of Science & Technology 18/56在防爆区域内三种解决方案PneumaticValvesPROFIBUS-DP max. 12 Mbit/s 工工 业业 以以 太太 网网HARTPROFIBUS-PA 31,25 Kbit/sPROFIBUS-DP 1,5 Mbit/s. . . .FlowPressurePositionerLevel定位器定位器LinkET 200iSEx I/ODP耦合器耦合器NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of

19、 Science & Technology 19/56灵活而简单的组态手段ET 200M标准接口标准接口MIS, ERP, 资产管理资产管理控制器控制器 S7-400工业以太网工业以太网SIMATIC PCS 7 工程师站工程师站SIMATIC PDM:- PROFIBUS-PA- PROFIBUS-DP- HARTPROFIBUS-PA 现场设备现场设备SIPART PSSITRANS PPROFIBUS-DP 现场总线现场总线PROFIBUS DPSIPOS 3, 5SIPART DRSIMOVERTSIMOCODEDP/PA-LinkET 200iS4-20 mA / HART4-20

20、mA / HARTI/O module4-20 mA / HARTSITRANS FNoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 20/56高可靠性冗余控制器414H/417H即使是高可靠性控制器即使是高可靠性控制器仍然由模块化产品搭建仍然由模块化产品搭建2 种配置方案种配置方案2个分立的冗余机架个分立的冗余机架最远距离可达最远距离可达500米米 冗冗 余余 电电 源源 配配 置置5VP-BusK-BusPSPSCPU 冗冗 余余 电电 源源 配

21、配 置置5VP-BusK-BusPSPSCPU5VP-BusK-BusPSPSCPU5VP-BusK-BusPSPSCPU安装在一个紧凑型安装在一个紧凑型机架上机架上NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 21/56先进的冗余技术：事件同步Op code synchronizationPart-AG APart-AG BPart-AG APart-AG BTime synchronizationPart-AG APart-AG BCycli

22、c synchronizationPart-AG APart-AG BNo synchronizationn 无跳线设计无跳线设计u快速的切换时间快速的切换时间( (30ms)30ms)u切换时所有状态保持切换时所有状态保持u无信息缺失；无报警缺失；过程无任何扰动无信息缺失；无报警缺失；过程无任何扰动NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 22/56Event synchronization(Siemens Patent)Teil-AG A

23、Teil-AG BTeil-AG B事件同步功能n同步所有可导致两CPU状态不一致的指令n同步功能自动实现，不需编程或组态n要发生同步的事件有:u更新过程影像区u直接访问I/Ou报警及中断u更新计时器u通讯NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 23/56I/O 总线模板冗余的切换方式主从主从CPU独立访问相连独立访问相连I/O站的通站的通讯模板讯模板主从主从CPU同时读取同时读取I/O数据数据主从主从CPU同时写数据到通讯模板同时写数据到

24、通讯模板处于处于ACTIVE状态的通讯模板写数状态的通讯模板写数据到据到I/O模板模板NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 24/56故障安全性系统 414FH/417FH由冗余控制器和非冗余由冗余控制器和非冗余 I/O 构成构成n冗余的冗余的 S7-400FHn冗余的冗余的 PROFIBUS-DPn冗余的冗余的 IM 153-2 FOnSIL 2, AK4nSIL3, AK5 or 6S7-400FHPROFIBUS DPET200MF

25、-I/OIM 153-2 FOn冗余的冗余的 S7-400FHn冗余的冗余的 PROFIBUS-DPn冗余的冗余的 IM 153-2 FOn冗余的故障安全型冗余的故障安全型 I/On差异分析差异分析nSIL 2, AK4nSIL3, AK5 or 6PROFIBUS DPS7-400FH冗余冗余ET200MET200MF-I/OF-I/OS7-400FET200MPROFIBUS DPF - I/OIM 153-2 FOnSIL 2, AK4nSIL 3, AK5 or 6由单控制器和非冗余由单控制器和非冗余 I/O 构成构成由冗余控制器和冗余由冗余控制器和冗余 I/O 构成构成2022-2-

26、22四、PCS7 网络结构SIMATIC NetPROFIBUS, 工业级快速以太网工业级快速以太网NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 26/56PROFIBUS网络概念PROFIBUS-PA 31,25 kbit/s现场仪表现场仪表Controller S7-400PROFIBUS-DP 12 Mbit/sI/O驱驱 动动DP/PA LinkNoImage Chongqing University of Science & Techn

27、ology Chongqing University of Science & Technology 27/56连接冗余的 PROFIBUS-DPAS 414HAS 417HIMIMBus moduleBackplane busPull & PlugL+L+RedundantIM 153ET 200ML+L+DP/PA-LinkIM 157in preparationY-LinkL+L+PROFIBUS-DPNoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technol

28、ogy 28/56快速以太网 网络组态组态规定组态规定: max. 50 OSM / ring max. 3000m between two OSM max. ring distance 150 km (长距离可达长距离可达 900 km)冗余光线环网冗余光线环网10 Mbit/s冗余管理器冗余管理器(= OSM)带有六个连接口的带有六个连接口的光线交换模块光线交换模块(OSM): : :2022-2-22五、PCS7 操作员站WinCC+ Options for process controlNoImage Chongqing University of Science & Technolo

29、gy Chongqing University of Science & Technology 30/56WinCC + 扩展功能用于 PCS 7Excel报警系统报警系统文件归档系统文件归档系统Process Visualisation画面设计界面画面设计界面标准操作界面标准操作界面数据管理系统数据管理系统报表系统报表系统NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 31/56操作员站的显著特点（1）n在线运行中修改u在线修改在线修改 OS 服

30、务器服务器, 客户机客户机 或存档机或存档机n更短的转换时间 (片刻间增加一个新回路) n扩充了系统容量 ( 100 %)u12 冗余服务器冗余服务器, 32 客户机客户机/ 服务器服务器,64控制站控制站/ 服服务器务器n高性能的存档系统n优化的 AS/OS 通讯n报警等级可用于重要报警的选择和监视NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 32/56操作员站的显著特点（2）n高级高级 “状态显示状态显示”u无需脚本可实现状态和报警信息的合成

31、无需脚本可实现状态和报警信息的合成n操作员站运行状态自检操作员站运行状态自检uOS OS 服务器监视运行应用软件状态服务器监视运行应用软件状态n增加增加 Visual Basic Visual Basic 脚本脚本 n高级的过程控制选件包高级的过程控制选件包u可组态可组态 OS OS 运行界面运行界面 ( (屏幕分辨率屏幕分辨率, , 总览区的个数总览区的个数 .).)uOS OS 可使用可使用sound card sound card 输出各种声音信号输出各种声音信号u全球时间同步全球时间同步n更方便的用户自定义操作员站运行界面组态工具更方便的用户自定义操作员站运行界面组态工具NoImage

32、 Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 33/56操作员站在线修改n方便的在线修改, 同样适用于非冗余系统n冗余服务器选择性上装可实现在线修改和测试nMAKE工具可实现选择性自动上装ESOS新变量新变量n上装服务器上装服务器 A, 客客户机户机 1 和和 2n测试测试n上装服务器上装服务器 B, 客客户机户机 3 和和 4OS Server ESAB 1234NoImage Chongqing University of Science & Techno

33、logy Chongqing University of Science & Technology 34/56全新的存档系统n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每个客户机可以和每个服务器通讯 !OS 服务器服务器max. 12 (冗余冗余)存档服务器存档服务器(过程变量存档过程变量存档)OS 客户机客户机 max. 32 *).NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 35/56高性能存档系统n基于Microsoft

34、 SQL Server 2000n集中的, 冗余存档服务器用于过程检测变量n性能参数 u多达多达 10,000 检测变量检测变量/秒秒 (存档服务器存档服务器)u多达多达 100 报警报警/秒秒 (每个每个 OS 服务器服务器)n数据存储压缩n在线可组态n冗余系统快速同步n长期存档完整的I清除功能NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 36/56n过程状态和报警信息可集成在一个状态字中n方便的组态 (无需脚本)n减少显示调用时间n减少系统负

35、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NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 37/56优化的 AS - OS 通讯AS - OS 通讯通讯 OS: 每次要求一次每次要求一次控制器控制器: 周期周期OS: 周期周期控制器控制器: 周期周期OS: 每次要求一次每次要求一次控制器

36、控制器: 变化发送变化发送(每祯中更多的数据每祯中更多的数据)cyclic *)OSrequestevery 2 s *)controlleranswerevery 2 s *)OScontrollerOSrequestonceOScontrolleranswer every2 s *) if changedOS1997PCS 7 V4 2000 PCS 7 V5 2003 PCS 7 V6controllercontrollercontrolleranswerevery 2 s *)OSrequestoncecyclic *)cyclic *)NoImage Chongqing Univer

37、sity of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 38/56用户界面n标准用户界面标准用户界面 :n清晰的工艺流程画面 n趋势画面和信息画面的标准化显示n带有总貌区和按键区的多窗显示技术n简单，直观的操作NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 39/56多屏显示 (Multi VGA)n可通过存储当前屏幕组态等方式进行各种操作n一个操作站可连接

38、1至4个显示屏,用一套操作设 备( 键盘/鼠标器 )来 操 作NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 40/56SFC 可视化n通过ES SFC 软件包自动产生显示n在线组态n每一步有导航显示n带有“步”和“条件”框的总体显示n通过序列框弹出操作要求的概要显示n动态的“步”和“条件”框NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Sc

39、ience & Technology 41/56广泛的操作员权限n操作员权限:u每个操作员/组能够被分配给单独的权限u操作员能有特定的功能u工厂各个车间的操作/非操作u通过密码或磁卡的访问授权u每一个操作每一个对象的功能应用Operator Shift managerMaintenance NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 42/56操作站的系统组件n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n基本的 SIMATIC

40、 IPCu单OS站uOS ServeruClient Operator 终端n结合的 OS / ES 站n基本且主要的多处理器n带有增强有效性的高性能OS服务器NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 43/56选件：OS冗余n基于冗余服务器的多客户机n当服务器故障时,客户机自动切换n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ClAClAClAClBClBClBServer AServer BNoImage Chongqing

41、 University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 44/56用于大型项目的客户机/服务器结构n分布式数据保存n多客户机 / 服务器相互操作n32客户机连接在 12服务器/ 冗余的服务器上n5,000 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几个系统区的同时操作. 通过分散的数据库通过分散的数据库,增强有效性增强有效性 根据工厂结构根据工厂结构,灵活的适用的灵活的适用的OS层层(例如: 每个工厂区/过程单元 1个服务器 )多客户机可以访问多客户机可以访问:n所

42、有的报警和事件归档文件n所有的过程数据归档文件(例如. 在一个趋势窗口)n来自多服务器的过程数据在一个单一的显示器上显示终端总线冗余服务器系统总线多客户机控制器NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 45/56nWeb 服务器n与WinCC Server进行数据通讯nSybase any Wheren管理存取权限nWeb 客户机n通过Web进行生产过程监视与操作n存取权限控制n最小的安装和维护n工厂管理者通过Internet/Intrane

43、t了解生产状态new !2022-2-22六、PCS7 工程师站ES系统系统可以观察带有标签导向的组态可以观察带有标签导向的组态NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 47/56工程师站n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n组态代替编程n图形化的构成工具n带有图形工具的n在线测试和改变n带有自动文件的整个项目的数据库工程师工程师NoImage Chongqing University of Science & Tec

44、hnology Chongqing University of Science & Technology 48/56中央集成的工程师站STEP 7LibrariesCFCSFCSCLWinCCY2V5V4V30000.0 MBARP40000.0 MBARP50000.0 MBARP60000.0MBARP1INERTGASABLUFT1ABLUFT2ABLUFT3V6V1Y1V2MBARPC%A10000.0Reaktor 010000.0%000.0%000.00000.0produktM1R100000000F1PDMDatabaseSIMATIC Manager技术逻辑技术逻辑功能块功能块带有操作界面带有操作界面/面板面板的的OS 组态组态用户自定义用户自定义功能块功能块应用工程应用工程现场设备和组件现场设备和组件的组态的组态NoImage Chongqing University of Science & Technology Chongqing University of Science & Technology 49/56PCS 7 组态视图n设备视角u用于组态控制器硬