SIMATIC PCS7系统的组成及结构

1.操作员站

操作员站是过程控制系统SIMATIC PCS 7的人机界面，用于用户过程的窗口。操作员站的架构非常灵活，可以适配于不同的工厂规格和客户要求。由此可实现单站系统以及客户机／服务器架构的多站系统的完美协同。操作员站的系统软件根据过程对象（PO）的数量有多种选择。

·每个OS单站可有250、2 000、3 000或5 000个PO。

·每个OS服务器可有250、2 000、3 000、5 000或8 500个PO。

为满足更高要求或系统扩展，过程对象的数量随时可以通过附加的PowerPack增加。

所有操作员站都基于先进、功能强大并为用于OS单站、OS客户机或OS服务器优化的PC技术，可以与操作系统Microsoft Windows 2000组合使用。通过使用来自PC环境的标准部件和接口，操作员站为面向客户／领域的选项和扩展开放，既可以用于严苛的工业环境，也可以运行在办公环境中。通过多功能VGA图形卡、OS单站和OS客户机，可以通过最多4个过程监视器对几个设备区域进行过程控制。

OS基本硬件和操作员站软件是操作员站的基本架构，即OS单站、OS服务器和OS客户机，并相互依赖。可选过程值归档服务器基于OSServer 250 PO／RT 8K带有512个变量的初始软件，通过附加Archive PowerPack，档案的规格可以扩展为1 500、5 000、30 000或80 000个变量。所有操作员站都还可安装SFC可视化系统。

操作员站的特点：

①使用可扩展的硬件和软件部件，具有灵活、模块化的设计，可以用于单站和多站系统。

②功能强大的操作员站基于安装有Microsoft Windows 2000的标准PC技术，可以用于办公和工业环境。

③客户机／服务器多用户系统，最多可有12个OS服务器／服务器对，每个可针对5 000个过程对象，以及每个服务器／服务器对最多可有32个OS客户机。

④基于Microsoft SQL服务器的功能强大的归档系统，具有循环归档功能和集成归档备份功能，使用归档服务器可以进行选择。

⑤OS Health Check，用于监控重要的服务器应用程序。

⑥在线修改，不会影响正在进行中的运行，通过有选择性地加载冗余服务器，可以进行在线测试。

⑦优化的AS／OS通信：AS应答周期为500 ms，只有在数据变化之后才进行数据传输，抑制抖动报警。

⑧具有用户界面友好的过程控制、较高的运行安全性，采用多屏幕技术。

⑨通过在报警信息中组合状态或模拟值，扩展状态显示。

⑩报警优先级作为附加属性，用于筛选重要的报警信息。

⑪集中用户管理，访问控制和电子签名。

⑫对系统总线上所连接的下位系统进行寿命周期监控。

⑬具有基于UTC（通用时间同步）的系统范围内的时间同步功能。

2.工程师站

SIMATIC PCS 7工程师站采用优化的相互协同的装置，用于系统范围内的工程与组态。如：

·硬件和现场设备。

·通信网络。

·连续和顺序过程操作。

·操作和监视策略。

·SIMATIC BATCH和SIMATIC路径控制。

通过使用上述软硬件和策略，可以将标准自动化组态与牢靠的安全功能组态结合在一起，以获得安全、容错和高可用性过程应用。使用面向工艺的工具集（工程工具集）以及预装配的模块和面板，可以使工艺人员和加工技术人员在其熟悉的环境中进行组态和规划。

常用的自动化部件，如电动机、阀门或PID控制器，都已经作为标准化的软件对象（测量点类型）嵌入控制技术库中，只需连接到过程流程中并进行图形化显示即可。即使没有任何编程知识，也可简便而快速地执行生产工艺。在显示图像对象时，将在模块列表中后台显示相应的OS变量及其模块。借助于功能系统的通用数据库，只需一次性输入数据，就可实现整个系统范围内的一劳永逸。所有针对自动化系统、操作员站以及SIMATIC BATCH项目的相关更改都可在一个工步中进行转换和加载。同时，工程师站还可自动监控正确的加工工序。这一过程将在一个集中的对话框中进行显示和控制。由此可显著缩短调试时间，降低调试成本。项目的更改也可在线加载到相应的系统部件中。使用工程师站，通过以下相应的功能，可以实现大型项目以及批量数据的处理：

·工厂层级（Plant View）。

·用于测量点类型以及测量点导入和导出的项目库（Process Object View）。

·多项目工程。

·划分和合并（Branch＆Merge）。

·扩展重命名对象（Extended Rename）。(www.xing528.com)

·版本交叉检查器（Version Cross Checker）。

·导入／导出助手（Import-Export-Assistant）。

·SFC-Type。

3.过程外围设备（I／O设备）

过程控制系统SIMATIC PCS 7提供有许多连接I／O设备的可能性，用于通过传感器和执行器采集和输出过程信号：

·在自动化系统中集中运行的SIMATIC S7-400模拟量和数字量输入／输出模板。

·使用丰富而经济的信号和功能模板通过Profibus-DP与自动化系统（AS）连接的分布式I／O ET 200M、ET 200S和ET 200iS。

·通过Profibus-DP／PA直接与AS-I连接的智能化、分布式现场设备／过程设备以及操作终端（也可以冗余配置或应用于防爆环境0区、1区或2区）集中运行在自动化系统中的SIMATIC S7-400信号模板（主要应用于配置较低的分布式小型应用或分布式扩展受限的场合）。

过程外围设备的特点：

·模块化和一致性。

·灵活的设备结构适配性。

·较低的布线和工程成本。

·较低的调试、维修和寿命周期成本。

·丰富的技术选项。

ET 200远程I／O设备与传统现场设备／过程设备连接，以及HART现场设备或智能化现场设备／过程设备直接连接到PROFIBUS，是分布式外围过程设备成为主流的主要原因。

4.通信系统

采用Profibus总线的现场通信——在现场级，分布式外围设备，如输入／输出模板、测量传感器、驱动器、阀门或执行器，都可通过功能强大的实时总线系统与自动化系统进行通信。通过该通信功能，可周期传送过程数据，非周期传送报警信息、参数和诊断数据。现场总线Profibus，可以根据一种通信协议，实现与分布式I／O（Profibus-DP）的快速通信以及根据IEC 61158（Profibus-PA）直接连接具有总线功能的智能现场设备包括提供电源。现场总线Profibus非常简单、稳定和可靠，支持分布式部件的在线参数化与HART现场设备的通信以及冗余配置和故障安全。并可在线扩展新的分布式部件，既可安装在标准工业环境中，也可安装在具有爆炸危险的场合。凭借Profibus的这种特性，现在已用在所有加工、过程和综合工业之中，并成为全球一种非常成功的开放式现场总线系统。目前全球已安装有1 000万套Profibus-DP系统，共有32万个Profibus-PA节点。

SIMATIC PCS 7充分利用了Profibus的主要优点：

·优化的分布式设备架构：安装空间小，布线费用低。

·通过过程信号、诊断和行规的标准化，实现有效的工程组态。

·通过缩短回路检查，简单的参数化，减少校准工作，从而缩短调试时间。

·通过优化的诊断和预防性维护，实现优化的寿命周期管理。

使用现场总线Profibus-DP，通过Profibus-DP接口，可以实现SIMATIC PCS 7自动化系统与ET 200系列分布式I／O（远程I／O）以及现场设备／过程设备、CPU／CP和操作终端的通信。作为本安Profibus-DP／iS，通过使用附加的现场总线隔离变压器，可以运行在防爆环境Ex-Zone 1中。同样，智能化、分布式现场设备／过程设备以及操作终端都可以如同Profibus-DP一样连接到Profibus-PA。根据AS类型和可用插槽的数量，可以最多有4个Profibus-DP总线通过CPU的内部接口连接到SIMATIC PCS 7自动化系统，可以最多有10个Profibus-DP总线通过附加的通信模板扩展型CP 443-5连接到SIMATIC PCS 7自动化系统。在一个Profibus-DP从站上，可以最多运行125个安装有Profibus-DP接口的设备，在一个总线网段上可以最多运行31个安装有Profibus-DP接口的设备（32个用户）。电气和光学传输技术为Profibus-DP网络提供了多种组态可能性。电气网络可以实现大约10 km的传输距离。通过与光学传输技术相结合，可以实现100 km的传输距离。对于SIMATIC PCS 7，通过标准电气Profibus-DP接口，可以在一个自动化系统中实现电气网络或混合网络（电气／光学）形式的Profibus-DP结构。对于混合网络，两种介质之间的数据传输可以通过OLM实现。至于总线用户之间的通信，与电气双绞线控制技术之间和光纤控制技术之间没有什么区别。可以组态以下拓扑结构：总线网络，树形网络，环形网络，星形网络，冗余环网。

SIMATIC PCS 7采用工业以太网作为系统总线。

对于小型系统，在操作员站和工程师站中无须通信处理器即可实现以太网通信。对于大中型设备的较高要求，SIMATIC PCS 7采用最先进的快速以太网技术：100 Mbps的通信速率、交换技术以及光纤环网的冗余安全。对于I／O和现场设备连接，采用Profibus-DP／PA，符合国际标准IEC 61158，基于Profibus-DP／PA总线方式的现场设备连接可应用于具有爆炸危险的场合。由此可实现各个生产区域的数据通信的连续性和一致性，从自动化系统的所有平台，到各个工艺流程，直到各种自动化系统，从现场直到经营管理。工业以太网是过程控制系统SIMATIC PCS 7的系统总线。工业以太网是一种功能强大的单元网络，符合标准IEEE 802.3。

SIMATIC NET更为严酷的工况提供有稳定的以太网技术：

·用于特殊工况的网络部件。

·采用RJ45技术，通过FastConnect布线系统，可现场快速进行布线。

·通过快速冗余功能，可实现故障安全网络。

·通过简单而有效的信号传送解决方案，可实现网络部件的连续监控。

使用SIMATIC IT实现所有业务过程的集成和同步。

制造执行系统（MES）可以有效地集成生产过程或货物管理系统，并对生产所有阶段中与制造有关的所有资源和应用的协调提供支持。通过使用SIMATIC IT（西门子的制造执行系统），客户可以建立完整的生产专业知识，对操作流程进行精确定义，并以实时方式从企业资源计划系统（ERP）和生产部门收集数据。因此，制造商就可以更加有效地对其装置进行控制，并提高装置的灵活性。由于可对所有生产事件进行更快速和更为适宜的反应，SIMATIC IT可帮助公司减少停工时间，减少浪费和再加工量，使仓储实现最佳化，并更快速地对客户查询做出回答。

SIMATIC IT的优点：首先，可以简单地建立复杂业务和生产结构模型，并且将来可以进行有效改动。其次，为用户开发的模型（也就是对其业务和生产过程的映射）保持完全透明、易于理解，特别是与它所控制的系统相独立。最后，模型可以在公司内的所有位置一致使用：可以在整个公司范围内对过程实现标准化，并采用最佳的运作方法。SIMATIC IT从建模到执行都具有一致性，因为模型本身需要执行并控制以后的MES应用。这样就会缩短项目周期，避免执行错误，提供不间断的文档，因而有效保护了所使用的专业知识。通过这种方式，SIMATIC IT降低了MES执行的总拥有成本，并为投资提供了附加安全保护。可以随时用库来保存由SIMATIC IT Framework定义的工厂和生产模型，以便在其他项目中加以利用。这样会大大降低初始成本，并缩短项目周期。