【摘 要 】
SIMATIC PCS7是西門子公司推出的一套滿足現場使用要求的現代化DCS控制系統。本文以吉林化纖長絲原液項目為實例，淺談關于使用PCS7 V6.0實現全集成自動化的系統配制方案。舉例介紹如何將在此項目中應用到的支持Profibus通訊協議的西門子及第三方設備連接到DCS系統當中，并使用 PCS7 V6.0對其進行監視和控制。
【 關 鍵 詞 】
全集成自動化 Profibus通訊 SIMATIC PDM Web Navigator
一、 項目簡介
1、 吉林化纖股份公司簡介：
吉林化纖集團有限責任公司始建于1960年，是從事化纖生產、商業貿易、建筑安裝于一體的大型企業，是中國500強脊梁企業之一。公司主導產品包括粘膠短纖維、粘膠長絲、腈綸纖維、化纖漿粕在內的四大系列180多個品種，總生產能力26.3萬噸，其中年產粘膠短纖維5.5萬噸，粘膠長絲2.2萬噸，腈綸纖維13.6萬噸，化纖漿粕5萬噸。
2、 工藝簡介：
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。要使纖維素變成粘膠，必須先經過浸漬堿化，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。
為了使產品質量保持均勻、穩定，首先把一定量的不同批號的漿粕混合均勻，這在生產中稱為混粕。
將漿粕用20%左右的燒堿溶液浸泡，進行堿化得到的堿纖維，在生產中稱為浸漬。然后，放掉多余的堿液，并從堿纖維中壓出，生產中稱為壓榨。
用粉碎設備將塊狀的堿纖維粉碎成較細小的堿纖維素顆粒，在生產中稱為粉碎。
將粉碎成細小、松散顆粒的堿纖維素，在空氣中放置，經過一定的時間，使堿纖維素分子發生氧化降解，并降低纖維素的聚合度。這個過程叫做老化，在生產中稱為老成。
在老成后的堿纖維素中，加入二硫化碳，進行黃化反應，制成纖維素黃酸鈉，在生產中稱為黃化。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，生產中稱為溶解。為了使各批粘膠的質量比較均勻，還要把批次相近的粘膠進行混合，生產中稱為混合。
混合后的粘膠要經過過濾和脫泡，以便除去粘膠中未溶解的物質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，需要一定的時間，在這段時間里，粘膠內部的化學性質和物理性質也在發生變化，變化的這段時間稱為粘膠的熟成過程。
3、 設備清單：
二、 全集成自動化（TIA）的實現1、 全集成自動化（TIA） 簡介 隨著自動化技術的不斷提高，企業對于自動化控制系統的要求也有所改變。因此要求現代化的自動化控制系統必須具有降低成本、保證質量、控制精確、安全性高等特點。全集成自動化正是為順應現代化控制系統的變革趨勢而產生的。它克服生產設備之間“自動化孤島效應”式單機自動化，成為當今自動化控制系統集成的主導理念。
全集成自動化（TIA）提供給我們一個全模塊化的控制系統，各自部件可進行單獨擴展，并能組合在一起形成高集成度的自動化操作系統。全集成自動化（TIA）不僅通過現場總線技術實現了系統自身與現場設備的縱向集成，同時也實現了系統與系統之間的橫向聯系。使通訊覆蓋整個企業，從而實現了自動化控制、制造業執行系統和企業資源計劃系統三者的完美結合，確保了現場實時數據的及時、精確和統一。
2、 全集成自動化（TIA）技術在本項目中的實現 在本項目中，AS 417-4H以下的現場總線采用冗余Profibus DP進行通訊，通過Y-LINK、DP/PA-LINK轉換成與現場設備相同的通訊協議從而實現對現場設備的實時監控。Redundant OS Server與AS 417-4H之間、OS Client與Redundant OS Server之間采用以太網（100M/s）進行通訊，保證了大數據量通訊的安全、穩定、及時。通過OSM預留了與其它系統進行通訊的通訊接口，從而避免了“自動化孤島效應”，實現了企業內部所有自動化控制系統全集成自動控制。Web Navigator Server 與Web Navigator Client 之間采用標準的以太網通訊，Web Navigator Client可通過IE瀏覽器輕松的監視現場生產實際情況，實現了辦公全集成自動化。從而方便了成本核算、原料調配，節約了生產時間提高了生產效率。
三、 Profibus 通訊 1、 Profibus 通訊簡介 隨著自動化控制系統分散化結構的迅速增長，現場總線技術的應用也日益廣泛起來。通過現場總線技術，可將I/O通道分配到現場設備附近，從而使整個系統的工程費用、裝配費用、設備調試和維修成本減少到最少。Profibus屬于現場一級的SIMATIC網絡，適用于傳輸中小型的數據，它具有“開放”的通訊接口，“透明”的通訊協議，允許多家廠商開發各自的符合Profibus協議的產品，并連接到同一段網絡上。目前Profibus總線技術已經覆蓋了現場設備的多個領域，由于有大量的、種類齊全的、可連接的現場設備可供選擇，因此Profibus已成為事實上的國際公認標準。按照RS485/光線和IEC61158-2的定義，Profibus提供了三種通訊協議類型：DP、PA、FMS。
以下著重介紹在本次項目中應用到的支持Profibus DP、Profibus PA通訊協議的現場設備如何完成與DCS系統之間的通訊。
（1） Profibus DP通訊：
Profibus DP采用RS485接口，Profibus 通訊協議。以其傳輸速度快，數據量大以及良好的擴展性等特點，成為目前廣大用戶普遍采用的通訊協議。
對于第三方設備的通訊任務，需要第三方設備廠商提供*.GSD文件。安裝*.GSD后便具備了完成STEP 7硬件組態工作的條件。本項目中使用到的支持Profibus 通訊的現場設備有：SIEMENS MM440 變頻器、EMERSON EV2000 變頻器、EMERSON TD3000 變頻器、SIEMENS ET200M、SIEMENS SIMOCODE 智能電機保護器、ABB PST210軟啟動器和SIEMENS EM277等。
A、 SIEMENS MM440的Profibus DP通訊：
MM440是西門子公司推出的一款標準矢量控制變頻器，因其功能強大、對信號反應快速、配置靈活、信息全面、參數設置范圍廣等特點， 倍受用戶好評。
Profibus通訊模板是MM440的一個可選件，通過這個通訊模板可以輕松的實現MM440的Profibus通訊。由于這一模板與變頻器采用一體化結構，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文，在本項目中選用了PPO4通訊報文即6PZD+0PKW。
通訊的參數設置：
同時還可以對PZD區的返回報文進行組態，從而方便對設備運行時的電流及電壓等參數進行監控。
B、 EMERSON EV2000 變頻器的Profibus通訊：
EV2000 通用型變頻器具有操作簡便，易于維護等特點。通過EMERSON公司研制開發的TDS-PA01 Profibus 總線適配器便可實現變頻器的總線監控。該適配器與主變頻器采用分體式結構，電源可根據現場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，應注意適配器波特率選擇開關的位置，同時通訊質量可由適配器指使等清晰反映出來。
EV2000 變頻器只支持PPO1通訊報文即2PZD+4PKW。對于PKW區，在本項目中采用循環讀取的方式對變頻器的電流、電壓等參數進行監視。
通訊參數設置：
C、 EMERSON TD3000 變頻器
TD3000 變頻器同樣采用TDS-PA01 總線適配器進行通訊。與EV2000不同的是，TD3000變頻器支持PPO1、PPO2、PPO3和PPO4四種通訊報文，我們可以根據現場實際需要進行選擇。在本項目中采用與MM440相同的PPO4通訊報文實現實時監控。
通訊參數設置：
D、 ABB PST210 軟啟動器的Profibus 通訊：
PST軟啟動器是基于最新的微處理器技術設計出來的，用于實現鼠籠電機的軟啟動和軟停止。它附帶了幾種先進的電機保護功能。軟啟動器可帶或不帶旁路接觸器，大容量的軟啟動器配有內置旁路接觸器。在緊急情況下，可通過該接觸器直接啟動電機。
通過ABB公司開發的Profibus 總線適配器可以輕松的完成系統和軟啟動器之間的Profibus通訊。該適配器結構中已經包含Profibus接頭部分，因此只要將Profibus通訊電纜接入適配器即可，無須西門子標準Profibus接頭。同時適配器上裝有四盞LED狀態診斷燈，可準確的反映出軟啟動器與適配器、適配器與系統之間的通訊狀態，為調試和維護提供了極大的方便。由于PST210采用全中文操作，只須將通訊菜單下的參數按實際要求設置就可進行通訊，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接口的電機控制及保護裝置。設備采用微處理器為中央處理單元，具有連鎖、運行計算、診斷、數據統計、過流保護和過流報警等功能。
本項目中采用軟件Win-SIMOCODE-DP/Professional通過RS232口根據選用的型號、機旁與遠端控制切換、啟動、停止運行、控制和通訊數據類型等現場實際要求對SIMOCODE進行組態。使用PCS7-FB SIMOCODE-DP集成到PCS7中實現可視化監控的目的。在使用時應注意同時使用RS232對SIMOCODE進行設置時，Profibus DP通訊的狀態。如果兩種通訊同時進行可能回導致RS232口通訊的中斷影響通訊質量。通訊PCS7-FB SIMOCODE-DP的版本應與PCS7版本相對應，否則安裝后無法找到相應的CFC功能塊。
F、 ET200系列（遠程I/O站）、EM277（S7-200標準Profibus接口模塊）由于節省成本、操作簡單、通訊穩定等特點在現場已經得到廣泛的應用，在這里就不再重復了。
（2） Profibus PA 通訊：
Profibus PA是適用于過程自動化控制系統的現場總線。采用擴展的Profibus DP協議進行數據傳輸。總線可將自動化系統和過程控制系統與壓力、溫度和液位變送器等現場設備連接起來，用來替代4~20mA的模擬技術。不僅能夠讀取大量的信息，還能實現儀表的遠程維護。由于Profibus PA傳輸技術采用總線供電方式，并可通過DP/PA LINK將PA設備集成到DP網絡中，因此安裝使用十分方便，同時節約大量敷設信號電纜的成本。
本項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）,共60塊。網絡由DP/PA-LINK、三通接頭、終端電阻構成，波特率選擇31.25bit/s。在調試過程中，只需對DP/PA-LINK、PA總線儀表的站地址進行設置便可實現對儀表的監控。由于PA傳輸技術采用總線供電方式（SITRANS P ），因此能量較小，總線上的設備數量也受到限制。在本項目中，最遠距離的PA總線長度為300m共連接PA總線儀表數量14塊，運行十分穩定。
四、 項目中應用到的PCS7可選軟件包： 1、 SIMATIC PDM：
SIMATIC PDM（Process Device Manager）是西門子公司專門針對組態、調試、維護現場設備的實際需要而設計開發的軟件包。通過SIMATIC PDM可實現地址設定、量程設定、實際值監控、狀態診斷等功能。目前SIMATIC PDM已經兼容了100多家廠商的1000多種產品。此軟件支持Profibus、HART等多種通訊協議，工程師可以在ES站上通過網絡的路由功能輕松的完成對現場設備的組態、調試和維護。
2、 SIMATIC Web Navigator：
Web Navigator 軟件包可使用戶通過Internet或局域網同過IE瀏覽器直接訪問WINCC過程畫面。客戶端無須安裝WINCC應用程序，所有WINCC應用都位于服務器上，因此降低了對客戶端的系統要求。通過Web Navigator 可實現辦公室與現場的數據實時交換，滿足當前對現代化DCS系統的基本要求。同時只需要交少的軟硬件配制就可同時滿足50個操作員站。由于此功能是通過Internet來實現，所以安全性是必須考慮的問題。
五、 項目中的難點： 由于本項目中使用了大量的Profibus通訊，且第三方設備較多。最初十分擔心設備的混合通訊以及現場設備間的相互干擾。但在實際使用過程中，我們深刻的體會到現場總線技術所帶來的方便。同時我們也感覺到西門子PCS7的開放性對我們這次項目的幫助。由于第三方設備較多，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為這些CFC功能塊生成相應的BlockIcon、FacePlate、報警信息等DCS系統所必須的功能；不僅第三方設備可以這樣處理，一些比較復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。在通訊調試過程中我們發現，調試設備通訊時應注意系統的接地，通訊電纜的短路，系統的等電位等因素都會導致系統總線的癱瘓。
六、 結束語 項目投運時間：2005年7月。
運行狀況：穩定。
七、 應用體會 1、 全集成自動化（TIA）為現代化企業的生產和管理提供的方便。
2、 現場總線技術的應用節約了大量的現場信號電纜，帶來的方便的同時也提高了項目的經濟效益。Profibus通訊協議的透明允許多廠家開發符合協議的總線設備，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：1、 西門子工業網絡通訊指南。
2、 西門子自動化專家論文集（2004）
3、 西門子 Profibus總線通訊技術
