SIMATIC PCS7自動化控制系統簡介及應用

張煜，萬文獻，荊語飛

1 前言

近二十年來，我國水泥工業飛速發展，當前水泥工業向大型化、現代化邁進的同時，也在逐步淘汰一批落后的水泥企業和改造提升一批傳統的水泥企業。在水泥生產中應用高新技術、自動化與信息技術對水泥企業的現代化有著重大促進作用。

2 SIMATIC PCS 7系統簡介

SIMATIC PCS 7自動化系統引入了基于國際標準IEC 61158 和IEC 61784 的PROFINET 技 術。PROFINET 技術綜合了以太網的開放式網絡標準以及PROFIBUS現場總線系統的優點，是面向未來智能工廠的先進工業通訊技術，可用于自動化系統（控制器）與各類工業控制組件（如過程I/O、智能馬達保護器等）之間的高速、高效安全通信。

SIMATIC PCS 7自動化系統使用單一的控制器平臺AS 410 系列，結構簡單明了。系統控制器CPU 410-5H是目前市場上運行速度最快而且功能最強大的控制器之一，專用于SIMATIC PCS 7 系統。用戶可以根據新建工廠的實際規模對控制器容量進行初始配置，如果工廠未來由于產品升級或工藝改造需要擴大規模，用戶可方便地對原控制器硬件進行在線擴展容量以滿足工廠控制規模增加的需求。該控制器的控制容量可根據SIMATIC PCS 7過程對象（PO）數量靈活調整，控制器的系統擴展卡的PO 數量可在線升級，不僅顯著簡化了自動化系統的選型和組態，而且降低了備件庫存和工廠擴展的工作量。

此外，SIMATIC PCS 7 提供多變量控制、預測控制、超馳控制等先進過程控制（APC）功能，且這些APC解決方案已包含在標準庫中，可直接在CPU 中運行，從而幫助客戶以最簡單、最經濟、最安全的方式實施復雜的APC 應用。

3 肯尼亞某項目控制系統設計

3.1 DCS系統配置

本項目的DCS 計算機系統配置了1 臺工程師站、2 個操作員站，如圖1 所示。系統配置了水泥磨控制站、水泥調配遠程站、輔料破碎遠程站，同時，配置了生產信息管理系統、智能馬達保護器和智能儀表系統等先進的智能化監測系統。低壓電機回路和多功能表分別采用了獨立的Profibus-DP 線路，中壓柜中的綜合保護器也采用了獨立的Profibus-DP 線路，在表1中列出了各種總線型設備的具體數量。

圖1 項目DCS控制系統配置圖

表1 NCCL項目熟料線通訊設備清單

3.2 系統特點

本項目大量現場設備的控制箱采用了Profi?bus-DP 或Modbus 的通訊方式與DCS 系統進行數據交互。本項目I/O 硬點數量（含15%備用）合計1 216 個。通過Profibus-DP 方式進行通訊的數據見表1，I/O 通訊點數合計2 419 個。經數據對比可以看到，通過總線方式傳輸的數據量是I/O 硬點數量的近兩倍。通過眾多數據，操作員可以及時了解和控制各個設備的相關參數，但眾多數據也給編程和調試帶來了較大的挑戰。

3.3 HMI編制

本項目采用SIMATIC WINCC EXPLORER 開發應用軟件編輯人機接口畫面,WINCC 為PCS 7 所集成。該軟件可以實現項目設備的數據采集、數據監視、報警記錄、設備操作、過程參數修改、事件記錄、趨勢畫面和打印等功能。SIMATIC WINCC EX?PLORER提供了一個完整的系統軟件包，所有的功能都已內置，包含各種驅動程序和擴展功能。這些功能緊密結合，使系統更完美與可靠。圖2 和圖3分別是水泥粉磨、水泥調配的上位機畫面。

3.4 項目調試和編程難點

項目編程難點在于組態SIMATIC PC 站，根據PC 的硬件，必須組態SIMATIC PC 站（單站、服務器、備用服務器和客戶端），選擇相應的WINCC 應用程序，根據PC 的硬件（CP1613 或IE 常規），選擇用于工廠總線通訊的CP工業以太網。此索引必須與組態編輯器中的索引相同。在每個CP 的屬性中，組態正確的地址（MAC地址、IP地址）如圖4。

圖2 水泥磨HMI畫面

圖3 水泥調配HMI畫面

圖4 SIMATIC PC站組態

圖5 模擬量模塊配置

在I/O 硬件配置中需注意，新版軟件中模擬量需要根據現場實際在選擇范圍處勾選“4～20mA”，才能有效提取模擬量數據，如圖5所示。當下位程序完成后，在基本變量表中，選擇全部變量并導出選定對象，導出格式選擇XVM，為后續上下位數據通訊做準備。

4 結語

SIMATIC PCS 7 憑借靈活的系統架構、按級分類且多樣化的功能、統一的操作員監控界面以及基于相同架構的工作組態和管理工具，獲得了客戶一致好評。無論在系統內部，還是在第三方設備中，其統一且可靈活擴展的硬件和軟件，均可實現完美交互。

大量總線型設備的投入使用，在提高設計效率和加快施工進度上效果明顯，但給DCS編程調試增加了難度。雖然新版軟件已在很大程度上提高了編程效率，但是由于總線設備需要廠家配合提供相關現場控制設備的GSD 文件，解包相關I/O 數據，這對調試周期的影響比較明顯。目前，該系統運行穩定，系統的設計及應用非常成功。