PCS7在八钢中厚板热处理炉控制系统中的运用

摘要：宝钢集团八钢公司中厚板热处理炉自动化系统采用德国西门子公司的全集成自动化过程控制系统（SIMATIC S7-400）。该系统是用于现场设备、仪表、控制系统与控制室之间全数字化、智能、多站点的通讯系统。

关键词：PLC；PCS7；人机接口；现场总线；PROFIBUS

PCS7简介

西门子公司SIMATICPCS7过程控制系统是由TELEPERM、SIMATICPCS、SIMATICS5PMC等互相结合并进一步发展而成的，保持了同上述系统的兼容性。PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统，它将传统DCS和PLC控制系统的优点有机的结合在一起，即具有DCS系统的分散控制、操作管理、通讯等特征功能；同时也保持了与SIMATICS7系列可编程控制器的通用性。系统所有硬件配置基于统一的硬件平台；所有的软件全部集成在SIMATIC程序管理器下，具有统一的软件平台。

PCS7硬件配置

SIMATIC S7-400 PLC

SIMATIC S7-400 PLC其主框架有18个槽位，装备了整体风扇和供电电源。CPU模块能用于开环和闭环控制以及算术运算；程序存储器为0.8MB；数据存储器为0.8MB；存储器最大为64MB；最大512个计数器和512个计时器；在整体框架中，多CPU系统最多可插入4个CPU；最小执行周期为10ms；具备统一的时钟；板子上的CPU带备用电池用于缓存器；MPI和PROFIBUS-DP接口整合在CPU模块中。通讯模块CP443提供PROFIBUS-DP/工业以太网接口可与其他的CP443和SIMATIC工业以太网进行过程数据交换；过程数据和信息用WINCC显示；同时支持TCP/IP和OSI协议。远程通讯模块ET200M可用于现场控制柜、操作台、适用于SIMATIC PLC的分布控制，通过PROFIBUS-DP接口与CPU通讯，远程I/O模块用来采集现场压力、流量、传感器及开关量信号，此分布方式可大大减少电气元件和电缆用量，降低成本同时方便设备维护。

2.2工业以太网和PROFIBUS-DP现场总线

在过程控制系统中，SIMATIC使用工业通讯网络SIMATICNET技术。它包括工业以太网总线和PROFIBUS-DP现场总线两种。前者，最多可以连接1000个站，运行波特率为10Mbps/100Mbps；支持TCP/IP和SINECH10SI802.3协议；可以使用三轴电缆工业双绞线和光纤。后者，最多可以连接127个站，运行的速率为9.6kbits到12Mbits；最大传输距离为9.6km；传输介质为屏蔽双绞线和光纤，传送形式为串行位传送，方式为令牌主从式。

SIMATIC PCS7的软件组成

西门子过程控制系统PCS7的组态开发软件的核心是基于STEP7的工程师工具集。它包括以下内容：

CFC――Continuous Function Chart（连接功能框图编辑器）用于连续过程控制的组态。它是一种图形组态，方便、直观、操作简便等特点。PCS7将许多逻辑和运算功能形成了功能块，并将各种数据传送直OS与AS，与运行在OS与AS画面中的标准操作面板连接。操作员只需在OS或AS上进行简单的参数设定，即可对现场装置进行操作。在进行过程组态时，可以直接调用西门子逻辑和运算功能块，用户也可以自定义特殊功能块，存放在功能块数据库中，随时可以调用，方便、快捷。CFC程序以循环中断方式执行，程序编制顺序并不影响程序的执行顺序，程序执行顺序可以根据需要确定。在加热炉自动化系统程序中，这个特性可以保证需要快速响应的生产过程得到及时的处理。

SFC―――Sequence Function Chart（顺序功能框图编辑器）按照工艺上的顺序控制要求，生成流程图式结构，对于每一个步骤都有条件进行判断控制。

SLC―――Structured Control Language（结构化控制语言）这是个编辑器，它可以根据工艺生产上的要求，自行编辑满足自己需要的功能块。

Libraries 用于存放技术功能块库、驱动功能块库、通信功能块库和现场装置块库

对于上述可选择的过程控制组件，它们提供PCS7项目一个具有过程自动功能、操作监控功能和组件之间通讯功能的大环境。由于不同种类的SIMATIC组件是在一个面向系统测量面向点的结构中执行的，因此它的组态、运行、和维护都非常快捷、简便、高效。

加热炉控制程序与自动控制功能的实现

4.1 控制功能编程思路

八钢中厚板热处理炉自动控制按照工艺设备总体要求，对热处理炉的温度、传动设备、液压设备、附属设备作为控制部分。在每段程序开始，对此程序整个过程及控制思路描述，极大了增加了程序的可读性，同时对程序框架有整体的概念，通过它的引导能快速阅读到各设备的功能控制，便于设备发生故障时快速查找。热处理炉自动控制有它的特殊性，炉门、炉内辊道、热处理炉汽化冷却，汽包等设备为重点设备，程序确保了对于重点设备保护的精确性、稳定性、可靠性的要求。

4.2控制功能编程语言

热处理炉自动化控制系统的程序编程语言采用PCS7中的CFC编写。CFC将许多逻辑和运算功能形成了功能块，现场控制设备通过远程I/O将信号采集送至相对应的断口处，其中信号包括了温度、液位、压力、热金属检测器、线位开关、编码器、位移传感器等检测元件，通过PLC与ET200、ET200与ET200之间的通讯进行发送和接受。功能块相互连接时，连接线自动生成，连线的位置不影响连接的功能，通过连接线更加方便查找故障，降低故障处理时间。