S7 400 PLC组建DCS系统分析

摘要：本文根据一套S7 400的DCS系统对系统的结构、网络组态和软件编程进行了详细描述，对PLC在中小型DCS的应用有较多的参考作用。

关键词：DCS、网络组态、PCS7

Describe the structure, network configuration and application software of the DCS system which base on S7 400PLC.

Author: Chen mingmin (zhanjiangJicheng Paper Ltd；

中图分类号： TN711 文献标识码： A 文章编号：

概述

SIMATIC PCS7是西门子公司在TELEPER M系统DCS系统及S5、S7系统可编程控制器的基础上开发的面向所有过程控制应用场合的新一代DCS系统。

SIMATIC 支持热拔插，在线下载。总线型现场设备基于PROFIBUS-DP / PA，允许将现场设备并入到 Ex 区域中。允许在带有PROFIBUS-DP / PA 或 HART 接口的现场设备上进行集中参数设置。简单的执行机构与传感器可利用 EIB instabus 通过AS 接口或自动化装配元件连接到系统中。

本文根据一套实际的DCS系统，对系统结构、硬件组成、网络组态和软件编程等方面进行了详细的分析。

二、系统组成

1、实际系统的控制点布置：

2、系统硬件配置

2.1系统结构图

2台移动工程师站可根据需要挂接入以态网中任何交换机中。

2.2 系统硬件配置清单

3、系统配置说明

3.1、主控制器

PCS7主控制器特点是模块化、无风扇以及坚固的设计，其扩展程度很高；集成化系统功能、集中式或分布式 I / O的简单连接。

标准的自动化系统具有一个 PROFIBUS-DP 现场总线连接装置。可以使用于小型系统中，而无须增加 CP 通信处理器。硬件冗余CPU同步速率更快，同步光缆可达10公里。

3.1.1、本系统配置

每台主控制器包括：2个9槽机架；2个S7 400 CPU； 2个PS407（120/230VAC）电源；存储卡；工业以态网通讯卡。

3.2、分布式站

ET 200M 分布式 I/O 站含IM 153 接口模块，用于连接 PROFIBUS DP，数据传输率可达 12 Mbit/s。这些 I/O 模块能识别断线、短路、负载电压错误和模块内部错误。支持热拔插，在线修改硬件。

3.3、本系统配置

配置表中序号6至12为分布式I/O站配置，根据控制点数及分布，本系统配置14台ET200M分布式站，并分别成柜安装。每个站根据需要挂接AI、AO、DI、DO模块，模块总数见配置表。

三、网络配置

SIMATIC PCS7 通讯是依靠 SIMATIC NET 网络元件进行的。工业以太网是为 SIMATIC PCS7 提供的设备总线，接于工业以太网总线的站可多达 1000个，传输速度可高达 100Mbit/s。

PROFIBUS用于现场控制及检测采集单元的数据交换，采用令牌调度原理进行数据通讯，根据统计，使用PROFIBUS可以使工程总造价降低20-40%。

本系统支持多种与其他系统的通讯方式，在各层总线中均可建立与其他系统的通讯，并通过一定的性能扩展与其他总线进行通讯。和QCS、MCS、传动系统通讯可建立在硬连线或TCP/IP协议、OPC、Profibus-DP/PA等。

本方案配置表中14为控制网络，主控制器、ES、OS通过以态网方式接入。配置15、16组成Profibus-DP网络，DP电缆采用西门子标准电缆， DP连接器采用西门子90度DP接头。

四、软件设计

PCS7提供易于理解的组态和编程工具，软件系统为全中文Windows界面。标准的自动化零部件，诸如电机、阀门和 PID 控制器可作为软件对象，且只需按照处理过程操作连接在一起即可。这些连接件用 SIMATIC PCS7 以全图形模式进行。

1、ES/OS

这种开放的工程系统意味着工艺参数可从 CAD／CAE 工具输入或发送给它们。用 SIMATIC PDM 对过程设备进行组态。SIMATIC PDM 用于对 PRDFIBUS－PA 或HART 兼容的现场智能设备进行参数化、调试以及诊断。

1.1、SIMATIC PCS 7全套工程工具包括：

SIMATIC 管理器是标准的 SIMATIC 组态平台，由此可进行全部 PCS 7 工程。

连续功能图 （CFC）是用于连续自动功能的图形组态工。

程序功能图（SFC）用于成批过程的图形组。

结构控制语言（S7-SCL），编制用户功能模块程序.

输入/ 输出助手 是个重要工具，适用于快速“膨化工程”。

WinCC 图形编辑器可用于生成设备图形显示。

SIMATIC PDM 是用于PROFIBUS 和 HART 现场器件的参数化、调试、试验和管理。

DOCPRO 能生成用户设备文档。

1.2、 OS 软件配置

SIMATIC PCS7 过程控制系统的操作员站是“过程窗口”。这些操作员站中，操作、维护和监督人员能够跟踪过程、修改批程序、实际过程值或过程通信。OPC 集成式服务器通过标准 OLE 机理， Visual Basic 和 C 可用于 OS 应用程序日常编程。

2、控制系统功能

2.1、流程、状态显示

方便的画面切换功能：基于概貌区的画面切换；基于导航窗口的画面切换；基于工艺管道流程的快速画面切换

2.2、报警和事故追忆功能

系统提供丰富的报警功能：I&C报警；过程报警；操作报警等。设备报警信息记录，操作员操作信息记录。

2.3、手自动切换功能

电机、阀门等设备提供手自动切换功能，设备处理手动状态时，操作员可以方便的开关/启停相关设备。

2.4、基本控制和复杂控制功能

标准PID控制算法；方便的参数设定；直观的控制效果显示。复杂控制有；神径网

络控制、专家控制、大滞后控制（如定量水份控制）、解耦控制（如气垫流浆箱、热泵）。

2.6、联锁控制

方便的联锁/取消联锁功能；方便的联锁条件设定功能；

2.7、组启/组停、总启/总停

组内设备状态显示；组内设备方便地全部投入自动和联锁状态；设备可方便地

加入/退出某个组。

2.8、用户管理、统计报表、历史曲线

用户进行分级管理；系统管理员对每个操作员授权；可按用户要求提供相应格式报表。归档数据量仅受硬盘容量限制；可选归档服务器；方便的历史曲线查询功能。

五、结束语

使用S7 400 PLC组建DCS系统具有多功能、灵活扩展、组态方便、容易编程等优点，S7 400PLC在自动化领域被广泛应用，有较高的可靠性。其网络组态方便灵活，大大缩短了工程开发周期，使用标准化通用的控制模块，降低了系统成本。