SIMATIC PCS7自动化控制系统简介及应用

张煜，万文献，荆语飞

1 前言

近二十年来，我国水泥工业飞速发展，当前水泥工业向大型化、现代化迈进的同时，也在逐步淘汰一批落后的水泥企业和改造提升一批传统的水泥企业。在水泥生产中应用高新技术、自动化与信息技术对水泥企业的现代化有着重大促进作用。

2 SIMATIC PCS 7系统简介

SIMATIC PCS 7自动化系统引入了基于国际标准IEC 61158 和IEC 61784 的PROFINET 技 术。PROFINET 技术综合了以太网的开放式网络标准以及PROFIBUS现场总线系统的优点，是面向未来智能工厂的先进工业通讯技术，可用于自动化系统（控制器）与各类工业控制组件（如过程I/O、智能马达保护器等）之间的高速、高效安全通信。

SIMATIC PCS 7自动化系统使用单一的控制器平台AS 410 系列，结构简单明了。系统控制器CPU 410-5H是目前市场上运行速度最快而且功能最强大的控制器之一，专用于SIMATIC PCS 7 系统。用户可以根据新建工厂的实际规模对控制器容量进行初始配置，如果工厂未来由于产品升级或工艺改造需要扩大规模，用户可方便地对原控制器硬件进行在线扩展容量以满足工厂控制规模增加的需求。该控制器的控制容量可根据SIMATIC PCS 7过程对象（PO）数量灵活调整，控制器的系统扩展卡的PO 数量可在线升级，不仅显著简化了自动化系统的选型和组态，而且降低了备件库存和工厂扩展的工作量。

此外，SIMATIC PCS 7 提供多变量控制、预测控制、超驰控制等先进过程控制（APC）功能，且这些APC解决方案已包含在标准库中，可直接在CPU 中运行，从而帮助客户以最简单、最经济、最安全的方式实施复杂的APC 应用。

3 肯尼亚某项目控制系统设计

3.1 DCS系统配置

本项目的DCS 计算机系统配置了1 台工程师站、2 个操作员站，如图1 所示。系统配置了水泥磨控制站、水泥调配远程站、辅料破碎远程站，同时，配置了生产信息管理系统、智能马达保护器和智能仪表系统等先进的智能化监测系统。低压电机回路和多功能表分别采用了独立的Profibus-DP 线路，中压柜中的综合保护器也采用了独立的Profibus-DP 线路，在表1中列出了各种总线型设备的具体数量。

图1 项目DCS控制系统配置图

表1 NCCL项目熟料线通讯设备清单

3.2 系统特点

本项目大量现场设备的控制箱采用了Profi⁃bus-DP 或Modbus 的通讯方式与DCS 系统进行数据交互。本项目I/O 硬点数量（含15%备用）合计1 216 个。通过Profibus-DP 方式进行通讯的数据见表1，I/O 通讯点数合计2 419 个。经数据对比可以看到，通过总线方式传输的数据量是I/O 硬点数量的近两倍。通过众多数据，操作员可以及时了解和控制各个设备的相关参数，但众多数据也给编程和调试带来了较大的挑战。

3.3 HMI编制

本项目采用SIMATIC WINCC EXPLORER 开发应用软件编辑人机接口画面,WINCC 为PCS 7 所集成。该软件可以实现项目设备的数据采集、数据监视、报警记录、设备操作、过程参数修改、事件记录、趋势画面和打印等功能。SIMATIC WINCC EX⁃PLORER提供了一个完整的系统软件包，所有的功能都已内置，包含各种驱动程序和扩展功能。这些功能紧密结合，使系统更完美与可靠。图2 和图3分别是水泥粉磨、水泥调配的上位机画面。

3.4 项目调试和编程难点

项目编程难点在于组态SIMATIC PC 站，根据PC 的硬件，必须组态SIMATIC PC 站（单站、服务器、备用服务器和客户端），选择相应的WINCC 应用程序，根据PC 的硬件（CP1613 或IE 常规），选择用于工厂总线通讯的CP工业以太网。此索引必须与组态编辑器中的索引相同。在每个CP 的属性中，组态正确的地址（MAC地址、IP地址）如图4。

图2 水泥磨HMI画面

图3 水泥调配HMI画面

图4 SIMATIC PC站组态

图5 模拟量模块配置

在I/O 硬件配置中需注意，新版软件中模拟量需要根据现场实际在选择范围处勾选“4～20mA”，才能有效提取模拟量数据，如图5所示。当下位程序完成后，在基本变量表中，选择全部变量并导出选定对象，导出格式选择XVM，为后续上下位数据通讯做准备。

4 结语

SIMATIC PCS 7 凭借灵活的系统架构、按级分类且多样化的功能、统一的操作员监控界面以及基于相同架构的工作组态和管理工具，获得了客户一致好评。无论在系统内部，还是在第三方设备中，其统一且可灵活扩展的硬件和软件，均可实现完美交互。

大量总线型设备的投入使用，在提高设计效率和加快施工进度上效果明显，但给DCS编程调试增加了难度。虽然新版软件已在很大程度上提高了编程效率，但是由于总线设备需要厂家配合提供相关现场控制设备的GSD 文件，解包相关I/O 数据，这对调试周期的影响比较明显。目前，该系统运行稳定，系统的设计及应用非常成功。