西门子 SIMATIC WinCC 代理S7-300接口模块

西门子确立公司新的发展方向，通过加快业务增长、提高盈利能力和精简组织架构，面向长远未来，创造**。公司愿景2020+战略的主要目标是赋予公司各业务较大的自由度，在强大的西开展自主运营，使其较加专注于在各自市场的发展。这一战略还包括投资物联网集成服务、分布式能源管理和电动交通基础设施等新的增长领域，以加强公司的增长型业务。西门子已经是**工业数字化领域的**者。在这一领域的集中扩展也将进一步促进增长型业务的发展。因此，公司实体业务的年均营收增长率和利润率预计将在中期增长两个百分点。相比营收，基本每股收益预计将在中期实现较快增速。西门子于2014年发布2020公司愿景战略计划，目前已经基本完成，且实施速度和成果均**预期。西门子股份公司总裁兼**执行官凯飒（JoeKaeser）表示：过去四年，我们团结奋进。今天，我们几乎所有业务的盈利能力都显著提升，客户满意度达到历史新高，我们的数字化工厂集团也成为工业数字化领域的市场**者。西门子工程师常用网络作为西门子的技术支持工程师，我们和普通客户相比，大的优势有三点：1、大量工程师在一起工作，有问题能相互讨论，经验共享2、有渠道能接触更多西门子“内部”人士，比如产品经理和研发工程师3、对各类资料的位置和特性较熟悉前两类优势，我们不能直接共享给大家。在这里，咱们说说西门子工程师日常工作时都在使用哪些开放。这是西门子工业的中国本地文档下载中心。内容包括手册、软件、常问问题、应用文档、样本、证书许可、宣传册、标准八种类型。鲜明的文档分类与简明的产品划分，可以有效缩短客户的查找时间。这里有一个问题，既然ProdIS已经有海量官方文档了，为什么还要本地的下载中心呢？理由如下：下载中心的文档是本地工程师撰写或推荐的，其特色就是实用，常用。而ProdIS的海量意味着真的很多，搜索功能虽然很强，但还是容易挑花眼。西门子工程师在跟客户沟通资料在哪里找的时候，通常会推荐下载中心，因为说起来省事。PLC的主要特点   1.使用灵活、通用性强——PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。2.可靠性高、抗干扰能力强——微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传统的继电器—接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达4～5万小时。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脉冲的干扰，其工作环境温度为0～60℃，*强迫风冷。3.接口简单、维护方便——PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。4.体积小、功耗小、*——以小型PLC（TSX21）为例，它具有128个I/O接口，可相当于400～800个继电器组成的系统的控制功能，其尺寸仅为216×127×110mm3，重2.3kg，不带接口的空载功耗为1.2W，其成本仅相当于同功能继电器系统的10～20％。PLC的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视PLC是以自动控制技术、微计算机技术、和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产训得到了越来越多的应用。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业使用情况大致可归纳为如下几类。1开关量的逻辑控制这是PLC基本、广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。  在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。  为了使各位初学者较方便地了解PLC，本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。 一、PLC的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，*二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，**采用程序化的手段应用于电气控制，这就是**代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。   个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 PLC的定义有许多种。**电工**（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。      上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 二、PLC的构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 三、CPU的构成 CPU是PLC的**，起神经**的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。  在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 四、I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受大的底板或机架槽数限制。 五、电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 六、底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 七、PLC系统的其它设备 1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目**般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 2、人机界面：简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 3、输入输出设备：用于*性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 八、PLC的通信联网 依靠**的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。  因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。   PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。 对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。西门子PCS7在化工企业的应用摘 要：本文基于PCS7系统及工序控制特点的基础上，分析了PCS7系统组态构成及操作员系统，并从PCS7系统在化纤粘胶中应用方面，叙述了对其在化纤企业关键功能的成功实现。 关键词：PCS7系统粘胶短纤维；对象编程；组态软件；           纵观来说，西门子PCS7系统是新一代的DCS控制系统，它兼容了传统PLC与DCS系统的整个优点， 通过采用 PCS7 的全集成自动化解决了生产、过程控制和综合工业中所有领域实现统一且符合客户要求的自动化平台，在化纤企业中得到了很好的应用。 目前随着化纤企业对生产监管的要求不断严格，PCS7不仅仅实现了提供过程级，监控级功能，而且还提供了管理级的接口，把以DCS为代表的底层自动化等**地结合起来，为企业提供了信息化的管理平台。 1 PCS7系统及工序控制特点 在化纤企业实际生产中PCS7系统能够实现自动化，为企业提供准确及时数据，为稳定生产、工艺寻优、合理利用能源和降低生产成本提供了手段。我们通过该系统能实现对粘胶短纤维产品检验合格率高达95%以上。 在工序上实现了顺序启停电机，**产品合格率，控制生产温度，流量，压力等工艺指标。一般地化纤企业的成产线分为两面纺丝，纺丝后切断和后处理工序，其中涉及到电机控制和顺序控制等。另外还有纺丝，切断工序等主要是控制丝束和纺丝切断长度，整个要以变频调速为主。 2 PCS7系统组态构成 PCS7系统组态主要由控制系统硬件，包括分布式 I/O 和现场设备，通讯网络用于连续和批生产过程的自动化功能，操作和监视功能（OS 工程组态）和诊断和资产管理功能构成。具体组态系统如图1所示。 在生产中生产线还有一套PCS7和两套S7PLC构成，它的控制点数有1224个。它是整体来负责切断，精炼，风送等各个工序的，在实际生产中控制器和3台操作站通过工业以太网来进行通讯，并以配置成冗余服务器和客户机模式。 实际上来说，SIMATIC管理器是这个工程组态控制的控制中心，是工程组态工具套件的综合平台，同时也是SIMATIC PCS7过程控制系统所有工程组态任务的组态基础。SIMATIC PCS7项目各个方面的创建、管理、归档和记录都在这里进行。 而它的硬件组态是有在在HW-Config中可以配置硬件，如自动化系统（AS）、总线及过程IO等，还能进行网络组态。 3 PCS7操作员系统分析 PCS7的操作员系统架构具有很大的可变性，可灵活地适应不同的工厂架构和需求。这个架构的基础是由**协调的单用户系统操作员站（OS 单站）和具有客户端 / 服务器架构的多用户系统操作员站所构成。 生产中我们可以通过 SIMATIC PCS7过程控制系统的操作员系统，它可以通过各种视图来观察过程序列，并在必要时进行干预，从而可方便而安全地执行过程。并可以实现不固定位置的窗口可显示某个设备或控制对象的具体参数或趋势，方便操作员对其进行操作或分析。 4 PCS7系统在化纤粘胶中应用 我们假定PCS7系统在某企业6万吨粘胶纤维原液车间自动化控制系统项目中的应用，一般地为了提高可靠性我们将AS采用CPU414H，而对于系统中的电源等部分我们用冗余设计。操作员站设计5个操作员站，主要是控制从喂粕开始，浸渍、料仓、黄化机、溶解机、混合胶桶到一道供胶桶的控制。               而对于黄化等具有可燃性气体的场合全部使用安全栅进行与现场的安全隔离。对于料仓、黄化机、溶解机、混合胶桶全部使用自动控制完成，减轻了操作工的负担。而对于电磁阀、电机、正反转电机、高低速电机有完备的控制及监控，可以智能的监控设备故障并向操作员报警。强大的西门子PCS7系统和自主编写的化纤控制块结合，使整个生产过程自动、高效、稳定，满足了生产要求。 采用PCS7系统，从编程的理念上来说得到了企业的认可，在线修改程序和改变硬件配置随意灵活方便，并且能够在线监控硬件和现场的网络。同时PCS7系统中的双速电机块，双向电机块不符合我国的实际情况在具体使用当中也不符合我们电气控制的习惯。 同时我们还得出，PCS7系统开放的**的现场分布总线网络容易集成SIMATIC之外的产品，可以节约很多电缆和桥架等。总之PCS7系统采用面向对象编程技术在粘胶短纤维生产工艺技术中的成功使用，再次证明了只需在线监控对应的数据块DB。完全可以掌握现场施工工艺数据，调试也方便，可靠。

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