【摘 要 】
SIMATIC PCS7是西門子公司推出的一套滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求的現(xiàn)代化DCS控制系統(tǒng)。本文以吉林化纖長(zhǎng)絲原液項(xiàng)目為實(shí)例，淺談關(guān)于使用PCS7 V6.0實(shí)現(xiàn)全集成自動(dòng)化的系統(tǒng)配制方案。舉例介紹如何將在此項(xiàng)目中應(yīng)用到的支持Profibus通訊協(xié)議的西門子及第三方設(shè)備連接到DCS系統(tǒng)當(dāng)中，并使用 PCS7 V6.0對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視和控制。
【 關(guān) 鍵 詞 】
全集成自動(dòng)化 Profibus通訊 SIMATIC PDM Web Navigator
一、 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
1、 吉林化纖股份公司簡(jiǎn)介：
吉林化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司始建于1960年，是從事化纖生產(chǎn)、商業(yè)貿(mào)易、建筑安裝于一體的大型企業(yè)，是中國(guó)500強(qiáng)脊梁企業(yè)之一。公司主導(dǎo)產(chǎn)品包括粘膠短纖維、粘膠長(zhǎng)絲、腈綸纖維、化纖漿粕在內(nèi)的四大系列180多個(gè)品種，總生產(chǎn)能力26.3萬噸，其中年產(chǎn)粘膠短纖維5.5萬噸，粘膠長(zhǎng)絲2.2萬噸，腈綸纖維13.6萬噸，化纖漿粕5萬噸。
2、 工藝簡(jiǎn)介：
制造粘膠的基本原料是槳粕。漿粕的基本成分是纖維素。纖維素是不溶于水，也不溶于堿溶液的固體物質(zhì)。要使纖維素變成粘膠，必須先經(jīng)過浸漬堿化，把纖維素變成堿纖維，再使堿纖維與二硫化碳作用而變成纖維素黃酸鈉，纖維素黃酸鈉用稀堿溶液溶解，就可以得到粘膠。這就是粘膠制造的基本原理。
為了使產(chǎn)品質(zhì)量保持均勻、穩(wěn)定，首先把一定量的不同批號(hào)的漿粕混合均勻，這在生產(chǎn)中稱為混粕。
將漿粕用20%左右的燒堿溶液浸泡，進(jìn)行堿化得到的堿纖維，在生產(chǎn)中稱為浸漬。然后，放掉多余的堿液，并從堿纖維中壓出，生產(chǎn)中稱為壓榨。
用粉碎設(shè)備將塊狀的堿纖維粉碎成較細(xì)小的堿纖維素顆粒，在生產(chǎn)中稱為粉碎。
將粉碎成細(xì)小、松散顆粒的堿纖維素，在空氣中放置，經(jīng)過一定的時(shí)間，使堿纖維素分子發(fā)生氧化降解，并降低纖維素的聚合度。這個(gè)過程叫做老化，在生產(chǎn)中稱為老成。
在老成后的堿纖維素中，加入二硫化碳，進(jìn)行黃化反應(yīng)，制成纖維素黃酸鈉，在生產(chǎn)中稱為黃化。然后加入稀堿溶液和軟水，使纖維素黃酸鈉溶解而制成粘膠，生產(chǎn)中稱為溶解。為了使各批粘膠的質(zhì)量比較均勻，還要把批次相近的粘膠進(jìn)行混合，生產(chǎn)中稱為混合。
混合后的粘膠要經(jīng)過過濾和脫泡，以便除去粘膠中未溶解的物質(zhì)顆粒和排除粘膠中的氣泡，以提高粘膠的純凈度和清潔度，防止紡絲時(shí)噴絲孔堵塞。粘膠的溶解、混合、過濾和脫泡過程，需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間里，粘膠內(nèi)部的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)也在發(fā)生變化，變化的這段時(shí)間稱為粘膠的熟成過程。
3、 設(shè)備清單：
二、 全集成自動(dòng)化（TIA）的實(shí)現(xiàn)1、 全集成自動(dòng)化（TIA） 簡(jiǎn)介 隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高，企業(yè)對(duì)于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求也有所改變。因此要求現(xiàn)代化的自動(dòng)化控制系統(tǒng)必須具有降低成本、保證質(zhì)量、控制精確、安全性高等特點(diǎn)。全集成自動(dòng)化正是為順應(yīng)現(xiàn)代化控制系統(tǒng)的變革趨勢(shì)而產(chǎn)生的。它克服生產(chǎn)設(shè)備之間“自動(dòng)化孤島效應(yīng)”式單機(jī)自動(dòng)化，成為當(dāng)今自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成的主導(dǎo)理念。
全集成自動(dòng)化（TIA）提供給我們一個(gè)全模塊化的控制系統(tǒng)，各自部件可進(jìn)行單獨(dú)擴(kuò)展，并能組合在一起形成高集成度的自動(dòng)化操作系統(tǒng)。全集成自動(dòng)化（TIA）不僅通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自身與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的縱向集成，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的橫向聯(lián)系。使通訊覆蓋整個(gè)企業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制、制造業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)三者的完美結(jié)合，確保了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的及時(shí)、精確和統(tǒng)一。
2、 全集成自動(dòng)化（TIA）技術(shù)在本項(xiàng)目中的實(shí)現(xiàn) 在本項(xiàng)目中，AS 417-4H以下的現(xiàn)場(chǎng)總線采用冗余Profibus DP進(jìn)行通訊，通過Y-LINK、DP/PA-LINK轉(zhuǎn)換成與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相同的通訊協(xié)議從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。Redundant OS Server與AS 417-4H之間、OS Client與Redundant OS Server之間采用以太網(wǎng)（100M/s）進(jìn)行通訊，保證了大數(shù)據(jù)量通訊的安全、穩(wěn)定、及時(shí)。通過OSM預(yù)留了與其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊的通訊接口，從而避免了“自動(dòng)化孤島效應(yīng)”，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部所有自動(dòng)化控制系統(tǒng)全集成自動(dòng)控制。Web Navigator Server 與Web Navigator Client 之間采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊，Web Navigator Client可通過IE瀏覽器輕松的監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)了辦公全集成自動(dòng)化。從而方便了成本核算、原料調(diào)配，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間提高了生產(chǎn)效率。
三、 Profibus 通訊 1、 Profibus 通訊簡(jiǎn)介 隨著自動(dòng)化控制系統(tǒng)分散化結(jié)構(gòu)的迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用也日益廣泛起來。通過現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可將I/O通道分配到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，從而使整個(gè)系統(tǒng)的工程費(fèi)用、裝配費(fèi)用、設(shè)備調(diào)試和維修成本減少到最少。Profibus屬于現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)的SIMATIC網(wǎng)絡(luò)，適用于傳輸中小型的數(shù)據(jù)，它具有“開放”的通訊接口，“透明”的通訊協(xié)議，允許多家廠商開發(fā)各自的符合Profibus協(xié)議的產(chǎn)品，并連接到同一段網(wǎng)絡(luò)上。目前Profibus總線技術(shù)已經(jīng)覆蓋了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的多個(gè)領(lǐng)域，由于有大量的、種類齊全的、可連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可供選擇，因此Profibus已成為事實(shí)上的國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。按照RS485/光線和IEC61158-2的定義，Profibus提供了三種通訊協(xié)議類型：DP、PA、FMS。
以下著重介紹在本次項(xiàng)目中應(yīng)用到的支持Profibus DP、Profibus PA通訊協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如何完成與DCS系統(tǒng)之間的通訊。
（1） Profibus DP通訊：
Profibus DP采用RS485接口，Profibus 通訊協(xié)議。以其傳輸速度快，數(shù)據(jù)量大以及良好的擴(kuò)展性等特點(diǎn)，成為目前廣大用戶普遍采用的通訊協(xié)議。
對(duì)于第三方設(shè)備的通訊任務(wù)，需要第三方設(shè)備廠商提供*.GSD文件。安裝*.GSD后便具備了完成STEP 7硬件組態(tài)工作的條件。本項(xiàng)目中使用到的支持Profibus 通訊的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有：SIEMENS MM440 變頻器、EMERSON EV2000 變頻器、EMERSON TD3000 變頻器、SIEMENS ET200M、SIEMENS SIMOCODE 智能電機(jī)保護(hù)器、ABB PST210軟啟動(dòng)器和SIEMENS EM277等。
A、 SIEMENS MM440的Profibus DP通訊：
MM440是西門子公司推出的一款標(biāo)準(zhǔn)矢量控制變頻器，因其功能強(qiáng)大、對(duì)信號(hào)反應(yīng)快速、配置靈活、信息全面、參數(shù)設(shè)置范圍廣等特點(diǎn)， 倍受用戶好評(píng)。
Profibus通訊模板是MM440的一個(gè)可選件，通過這個(gè)通訊模板可以輕松的實(shí)現(xiàn)MM440的Profibus通訊。由于這一模板與變頻器采用一體化結(jié)構(gòu)，并由變頻器直接供電，所以安裝使用起來十分方便。MM440支持多種類型通訊報(bào)文，在本項(xiàng)目中選用了PPO4通訊報(bào)文即6PZD+0PKW。
通訊的參數(shù)設(shè)置：
同時(shí)還可以對(duì)PZD區(qū)的返回報(bào)文進(jìn)行組態(tài)，從而方便對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電流及電壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。
B、 EMERSON EV2000 變頻器的Profibus通訊：
EV2000 通用型變頻器具有操作簡(jiǎn)便，易于維護(hù)等特點(diǎn)。通過EMERSON公司研制開發(fā)的TDS-PA01 Profibus 總線適配器便可實(shí)現(xiàn)變頻器的總線監(jiān)控。該適配器與主變頻器采用分體式結(jié)構(gòu)，電源可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要選擇由變頻器供電或外供電兩種方式。在使用適配器時(shí)，應(yīng)注意適配器波特率選擇開關(guān)的位置，同時(shí)通訊質(zhì)量可由適配器指使等清晰反映出來。
EV2000 變頻器只支持PPO1通訊報(bào)文即2PZD+4PKW。對(duì)于PKW區(qū)，在本項(xiàng)目中采用循環(huán)讀取的方式對(duì)變頻器的電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視。
通訊參數(shù)設(shè)置：
C、 EMERSON TD3000 變頻器
TD3000 變頻器同樣采用TDS-PA01 總線適配器進(jìn)行通訊。與EV2000不同的是，TD3000變頻器支持PPO1、PPO2、PPO3和PPO4四種通訊報(bào)文，我們可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。在本項(xiàng)目中采用與MM440相同的PPO4通訊報(bào)文實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。
通訊參數(shù)設(shè)置：
D、 ABB PST210 軟啟動(dòng)器的Profibus 通訊：
PST軟啟動(dòng)器是基于最新的微處理器技術(shù)設(shè)計(jì)出來的，用于實(shí)現(xiàn)鼠籠電機(jī)的軟啟動(dòng)和軟停止。它附帶了幾種先進(jìn)的電機(jī)保護(hù)功能。軟啟動(dòng)器可帶或不帶旁路接觸器，大容量的軟啟動(dòng)器配有內(nèi)置旁路接觸器。在緊急情況下，可通過該接觸器直接啟動(dòng)電機(jī)。
通過ABB公司開發(fā)的Profibus 總線適配器可以輕松的完成系統(tǒng)和軟啟動(dòng)器之間的Profibus通訊。該適配器結(jié)構(gòu)中已經(jīng)包含Profibus接頭部分，因此只要將Profibus通訊電纜接入適配器即可，無須西門子標(biāo)準(zhǔn)Profibus接頭。同時(shí)適配器上裝有四盞LED狀態(tài)診斷燈，可準(zhǔn)確的反映出軟啟動(dòng)器與適配器、適配器與系統(tǒng)之間的通訊狀態(tài)，為調(diào)試和維護(hù)提供了極大的方便。由于PST210采用全中文操作，只須將通訊菜單下的參數(shù)按實(shí)際要求設(shè)置就可進(jìn)行通訊，操作直觀使用方便。
E、 SIEMENS SIMOCODE 的Profibus 通訊：
SIMOCODE-DP 3UF5是西門子公司推出的帶有Profibus接口的電機(jī)控制及保護(hù)裝置。設(shè)備采用微處理器為中央處理單元，具有連鎖、運(yùn)行計(jì)算、診斷、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、過流保護(hù)和過流報(bào)警等功能。
本項(xiàng)目中采用軟件Win-SIMOCODE-DP/Professional通過RS232口根據(jù)選用的型號(hào)、機(jī)旁與遠(yuǎn)端控制切換、啟動(dòng)、停止運(yùn)行、控制和通訊數(shù)據(jù)類型等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求對(duì)SIMOCODE進(jìn)行組態(tài)。使用PCS7-FB SIMOCODE-DP集成到PCS7中實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控的目的。在使用時(shí)應(yīng)注意同時(shí)使用RS232對(duì)SIMOCODE進(jìn)行設(shè)置時(shí)，Profibus DP通訊的狀態(tài)。如果兩種通訊同時(shí)進(jìn)行可能回導(dǎo)致RS232口通訊的中斷影響通訊質(zhì)量。通訊PCS7-FB SIMOCODE-DP的版本應(yīng)與PCS7版本相對(duì)應(yīng)，否則安裝后無法找到相應(yīng)的CFC功能塊。
F、 ET200系列（遠(yuǎn)程I/O站）、EM277（S7-200標(biāo)準(zhǔn)Profibus接口模塊）由于節(jié)省成本、操作簡(jiǎn)單、通訊穩(wěn)定等特點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在這里就不再重復(fù)了。
（2） Profibus PA 通訊：
Profibus PA是適用于過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線。采用擴(kuò)展的Profibus DP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?？偩€可將自動(dòng)化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與壓力、溫度和液位變送器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來，用來替代4~20mA的模擬技術(shù)。不僅能夠讀取大量的信息，還能實(shí)現(xiàn)儀表的遠(yuǎn)程維護(hù)。由于Profibus PA傳輸技術(shù)采用總線供電方式，并可通過DP/PA LINK將PA設(shè)備集成到DP網(wǎng)絡(luò)中，因此安裝使用十分方便，同時(shí)節(jié)約大量敷設(shè)信號(hào)電纜的成本。
本項(xiàng)目中使用了兩種西門子PA總線儀表：SITRANS P（壓力變送器）和SITRANS F（電磁流量計(jì)）,共60塊。網(wǎng)絡(luò)由DP/PA-LINK、三通接頭、終端電阻構(gòu)成，波特率選擇31.25bit/s。在調(diào)試過程中，只需對(duì)DP/PA-LINK、PA總線儀表的站地址進(jìn)行設(shè)置便可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的監(jiān)控。由于PA傳輸技術(shù)采用總線供電方式（SITRANS P ），因此能量較小，總線上的設(shè)備數(shù)量也受到限制。在本項(xiàng)目中，最遠(yuǎn)距離的PA總線長(zhǎng)度為300m共連接PA總線儀表數(shù)量14塊，運(yùn)行十分穩(wěn)定。
四、 項(xiàng)目中應(yīng)用到的PCS7可選軟件包： 1、 SIMATIC PDM：
SIMATIC PDM（Process Device Manager）是西門子公司專門針對(duì)組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際需要而設(shè)計(jì)開發(fā)的軟件包。通過SIMATIC PDM可實(shí)現(xiàn)地址設(shè)定、量程設(shè)定、實(shí)際值監(jiān)控、狀態(tài)診斷等功能。目前SIMATIC PDM已經(jīng)兼容了100多家廠商的1000多種產(chǎn)品。此軟件支持Profibus、HART等多種通訊協(xié)議，工程師可以在ES站上通過網(wǎng)絡(luò)的路由功能輕松的完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的組態(tài)、調(diào)試和維護(hù)。
2、 SIMATIC Web Navigator：
Web Navigator 軟件包可使用戶通過Internet或局域網(wǎng)同過IE瀏覽器直接訪問WINCC過程畫面?？蛻舳藷o須安裝WINCC應(yīng)用程序，所有WINCC應(yīng)用都位于服務(wù)器上，因此降低了對(duì)客戶端的系統(tǒng)要求。通過Web Navigator 可實(shí)現(xiàn)辦公室與現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換，滿足當(dāng)前對(duì)現(xiàn)代化DCS系統(tǒng)的基本要求。同時(shí)只需要交少的軟硬件配制就可同時(shí)滿足50個(gè)操作員站。由于此功能是通過Internet來實(shí)現(xiàn)，所以安全性是必須考慮的問題。
五、 項(xiàng)目中的難點(diǎn)： 由于本項(xiàng)目中使用了大量的Profibus通訊，且第三方設(shè)備較多。最初十分擔(dān)心設(shè)備的混合通訊以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的相互干擾。但在實(shí)際使用過程中，我們深刻的體會(huì)到現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)所帶來的方便。同時(shí)我們也感覺到西門子PCS7的開放性對(duì)我們這次項(xiàng)目的幫助。由于第三方設(shè)備較多，因此使用大量的自編寫的CFC功能塊，但是正是由于PCS7的開放性使我們能夠?yàn)檫@些CFC功能塊生成相應(yīng)的BlockIcon、FacePlate、報(bào)警信息等DCS系統(tǒng)所必須的功能；不僅第三方設(shè)備可以這樣處理，一些比較復(fù)雜的工藝過程也采用了同樣的方法，取得了滿意的效果，得到用戶的好評(píng)。在通訊調(diào)試過程中我們發(fā)現(xiàn)，調(diào)試設(shè)備通訊時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)的接地，通訊電纜的短路，系統(tǒng)的等電位等因素都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)總線的癱瘓。
六、 結(jié)束語 項(xiàng)目投運(yùn)時(shí)間：2005年7月。
運(yùn)行狀況：穩(wěn)定。
七、 應(yīng)用體會(huì) 1、 全集成自動(dòng)化（TIA）為現(xiàn)代化企業(yè)的生產(chǎn)和管理提供的方便。
2、 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用節(jié)約了大量的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電纜，帶來的方便的同時(shí)也提高了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。Profibus通訊協(xié)議的透明允許多廠家開發(fā)符合協(xié)議的總線設(shè)備，為用戶選型提供了廣闊的空間。
3、 SIMATIC PCS 7的開放性為編程人員帶來的方便。
八、 參考文獻(xiàn)：1、 西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南。
2、 西門子自動(dòng)化專家論文集（2004）
3、 西門子 Profibus總線通訊技術(shù)
