西门子全集成自动化.docx
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西门子全集成自动化
西门子全集成自动化（TIA）及Profibus通讯在吉林化纤长丝原液项目中的应用
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【摘 要 】
SIMATICPCS7是西门子公司推出的一套满足现场使用要求的现代化DCS控制系统。
本文以吉林化纤长丝原液项目为实例，浅谈关于使用PCS7V6.0实现全集成自动化的系统配制方案。
举例介绍如何将在此项目中应用到的支持Profibus通讯协议的西门子及第三方设备连接到DCS系统当中，并使用PCS7V6.0对其进行监视和控制。
【关键词】
全集成自动化Profibus通讯SIMATICPDMWebNavigator
一、项目简介
1、吉林化纤股份公司简介：
吉林化纤集团有限责任公司始建于1960年，是从事化纤生产、商业贸易、建筑安装于一体的大型企业，是中国500强脊梁企业之一。
公司主导产品包括粘胶短纤维、粘胶长丝、腈纶纤维、化纤浆粕在内的四大系列180多个品种，总生产能力26.3万吨，其中年产粘胶短纤维5.5万吨，粘胶长丝2.2万吨，腈纶纤维13.6万吨，化纤浆粕5万吨。
2、工艺简介：
制造粘胶的基本原料是桨粕。
浆粕的基本成分是纤维素。
纤维素是不溶于水，也不溶于碱溶液的固体物质。
要使纤维素变成粘胶，必须先经过浸渍碱化，把纤维素变成碱纤维，再使碱纤维与二硫化碳作用而变成纤维素黄酸钠，纤维素黄酸钠用稀碱溶液溶解，就可以得到粘胶。
这就是粘胶制造的基本原理。
为了使产品质量保持均匀、稳定，首先把一定量的不同批号的浆粕混合均匀，这在生产中称为混粕。
将浆粕用20%左右的烧碱溶液浸泡，进行碱化得到的碱纤维，在生产中称为浸渍。
然后，放掉多余的碱液，并从碱纤维中压出，生产中称为压榨。
用粉碎设备将块状的碱纤维粉碎成较细小的碱纤维素颗粒，在生产中称为粉碎。
将粉碎成细小、松散颗粒的碱纤维素，在空气中放置，经过一定的时间，使碱纤维素分子发生氧化降解，并降低纤维素的聚合度。
这个过程叫做老化，在生产中称为老成。
在老成后的碱纤维素中，加入二硫化碳，进行黄化反应，制成纤维素黄酸钠，在生产中称为黄化。
然后加入稀碱溶液和软水，使纤维素黄酸钠溶解而制成粘胶，生产中称为溶解。
为了使各批粘胶的质量比较均匀，还要把批次相近的粘胶进行混合，生产中称为混合。
混合后的粘胶要经过过滤和脱泡，以便除去粘胶中未溶解的物质颗粒和排除粘胶中的气泡，以提高粘胶的纯净度和清洁度，防止纺丝时喷丝孔堵塞。
粘胶的溶解、混合、过滤和脱泡过程，需要一定的时间，在这段时间里，粘胶内部的化学性质和物理性质也在发生变化，变化的这段时间称为粘胶的熟成过程。
3、设备清单：
二、全集成自动化（TIA）的实现
1、全集成自动化（TIA）简介
随着自动化技术的不断提高，企业对于自动化控制系统的要求也有所改变。
因此要求现代化的自动化控制系统必须具有降低成本、保证质量、控制精确、安全性高等特点。
全集成自动化正是为顺应现代化控制系统的变革趋势而产生的。
它克服生产设备之间“自动化孤岛效应”式单机自动化，成为当今自动化控制系统集成的主导理念。
全集成自动化（TIA）提供给我们一个全模块化的控制系统，各自部件可进行单独扩展，并能组合在一起形成高集成度的自动化操作系统。
全集成自动化（TIA）不仅通过现场总线技术实现了系统自身与现场设备的纵向集成，同时也实现了系统与系统之间的横向联系。
使通讯覆盖整个企业，从而实现了自动化控制、制造业执行系统和企业资源计划系统三者的完美结合，确保了现场实时数据的及时、精确和统一。
2、全集成自动化（TIA）技术在本项目中的实现
在本项目中，AS417-4H以下的现场总线采用冗余ProfibusDP进行通讯，通过Y-LINK、DP/PA-LINK转换成与现场设备相同的通讯协议从而实现对现场设备的实时监控。
RedundantOSServer与AS417-4H之间、OSClient与RedundantOSServer之间采用以太网（100M/s）进行通讯，保证了大数据量通讯的安全、稳定、及时。
通过OSM预留了与其它系统进行通讯的通讯接口，从而避免了“自动化孤岛效应”，实现了企业内部所有自动化控制系统全集成自动控制。
WebNavigatorServer与WebNavigatorClient之间采用标准的以太网通讯，WebNavigatorClient可通过IE浏览器轻松的监视现场生产实际情况，实现了办公全集成自动化。
从而方便了成本核算、原料调配，节约了生产时间提高了生产效率。
三、Profibus通讯
1、Profibus通讯简介
随着自动化控制系统分散化结构的迅速增长，现场总线技术的应用也日益广泛起来。
通过现场总线技术，可将I/O通道分配到现场设备附近，从而使整个系统的工程费用、装配费用、设备调试和维修成本减少到最少。
Profibus属于现场一级的SIMATIC网络，适用于传输中小型的数据，它具有“开放”的通讯接口，“透明”的通讯协议，允许多家厂商开发各自的符合Profibus协议的产品，并连接到同一段网络上。
目前Profibus总线技术已经覆盖了现场设备的多个领域，由于有大量的、种类齐全的、可连接的现场设备可供选择，因此Profibus已成为事实上的国际公认标准。
按照RS485/光线和IEC61158-2的定义，Profibus提供了三种通讯协议类型：
DP、PA、FMS。
以下着重介绍在本次项目中应用到的支持ProfibusDP、ProfibusPA通讯协议的现场设备如何完成与DCS系统之间的通讯。
（1）ProfibusDP通讯：
ProfibusDP采用RS485接口，Profibus通讯协议。
以其传输速度快，数据量大以及良好的扩展性等特点，成为目前广大用户普遍采用的通讯协议。
对于第三方设备的通讯任务，需要第三方设备厂商提供*.GSD文件。
安装*.GSD后便具备了完成STEP7硬件组态工作的条件。
本项目中使用到的支持Profibus通讯的现场设备有：
SIEMENSMM440变频器、EMERSONEV2000变频器、EMERSONTD3000变频器、SIEMENSET200M、SIEMENSSIMOCODE智能电机保护器、ABBPST210软启动器和SIEMENSEM277等。
A、SIEMENSMM440的ProfibusDP通讯：
MM440是西门子公司推出的一款标准矢量控制变频器，因其功能强大、对信号反应快速、配置灵活、信息全面、参数设置范围广等特点，倍受用户好评。
Profibus通讯模板是MM440的一个可选件，通过这个通讯模板可以轻松的实现MM440的Profibus通讯。
由于这一模板与变频器采用一体化结构，并由变频器直接供电，所以安装使用起来十分方便。
MM440支持多种类型通讯报文，在本项目中选用了PPO4通讯报文即6PZD+0PKW。
通讯的参数设置：
同时还可以对PZD区的返回报文进行组态，从而方便对设备运行时的电流及电压等参数进行监控。
B、EMERSONEV2000变频器的Profibus通讯：
EV2000通用型变频器具有操作简便，易于维护等特点。
通过EMERSON公司研制开发的TDS-PA01Profibus总线适配器便可实现变频器的总线监控。
该适配器与主变频器采用分体式结构，电源可根据现场需要选择由变频器供电或外供电两种方式。
在使用适配器时，应注意适配器波特率选择开关的位置，同时通讯质量可由适配器指使等清晰反映出来。
EV2000变频器只支持PPO1通讯报文即2PZD+4PKW。
对于PKW区，在本项目中采用循环读取的方式对变频器的电流、电压等参数进行监视。
通讯参数设置：
C、EMERSONTD3000变频器
TD3000变频器同样采用TDS-PA01总线适配器进行通讯。
与EV2000不同的是，TD3000变频器支持PPO1、PPO2、PPO3和PPO4四种通讯报文，我们可以根据现场实际需要进行选择。
在本项目中采用与MM440相同的PPO4通讯报文实现实时监控。
通讯参数设置：
D、ABBPST210软启动器的Profibus通讯：
PST软启动器是基于最新的微处理器技术设计出来的，用于实现鼠笼电机的软启动和软停止。
它附带了几种先进的电机保护功能。
软启动器可带或不带旁路接触器，大容量的软启动器配有内置旁路接触器。
在紧急情况下，可通过该接触器直接启动电机。
通过ABB公司开发的Profibus总线适配器可以轻松的完成系统和软启动器之间的Profibus通讯。
该适配器结构中已经包含Profibus接头部分，因此只要将Profibus通讯电缆接入适配器即可，无须西门子标准Profibus接头。
同时适配器上装有四盏LED状态诊断灯，可准确的反映出软启动器与适配器、适配器与系统之间的通讯状态，为调试和维护提供了极大的方便。
由于PST210采用全中文操作，只须将通讯菜单下的参数按实际要求设置就可进行通讯，操作直观使用方便。
E、SIEMENSSIMOCODE的Profibus通讯：
SIMOCODE-DP3UF5是西门子公司推出的带有Profibus接口的电机控制及保护装置。
设备采用微处理器为中央处理单元，具有连锁、运行计算、诊断、数据统计、过流保护和过流报警等功能。
本项目中采用软件Win-SIMOCODE-DP/Professional通过RS232口根据选用的型号、机旁与远端控制切换、启动、停止运行、控制和通讯数据类型等现场实际要求对SIMOCODE进行组态。
使用PCS7-FBSIMOCODE-DP集成到PCS7中实现可视化监控的目的。
在使用时应注意同时使用RS232对SIMOCODE进行设置时，ProfibusDP通讯的状态。
如果两种通讯同时进行可能回导致RS232口通讯的中断影响通讯质量。
通讯PCS7-FBSIMOCODE-DP的版本应与PCS7版本相对应，否则安装后无法找到相应的CFC功能块。
F、ET200系列（远程I/O站）、EM277（S7-200标准Profibus接口模块）由于节省成本、操作简单、通讯稳定等特点在现场已经得到广泛的应用，在这里就不再重复了。
（2）ProfibusPA通讯：
ProfibusPA是适用于过程自动化控制系统的现场总线。
采用扩展的ProfibusDP协议进行数据传输。
总线可将自动化系统和过程控制系统与压力、温度和液位变送器等现场设备连接起来，用来替代4~20mA的模拟技术。
不仅能够读取大量的信息，还能实现仪表的远程维护。
由于ProfibusPA传输技术采用总线供电方式，并可通过DP/PALINK将PA设备集成到DP网络中，因此安装使用十分方便，同时节约大量敷设信号电缆的成本。
本项目中使用了两种西门子PA总线仪表：
SITRANSP（压力变送器）和SITRANSF（电磁流量计）,共60块。
网络由DP/PA-LINK、三通接头、终端电阻构成，波特率选择31.25bit/s。
在调试过程中，只需对DP/PA-LINK、PA总线仪表的站地址进行设置便可实现对仪表的监控。
由于PA传输技术采用总线供电方式（SITRANSP），因此能量较小，总线上的设备数量也受到限制。
在本项目中，最远距离的PA总线长度为300m共连接PA总线仪表数量14块，运行十分稳定。
四、项目中应用到的PCS7可选软件包：
1、SIMATICPDM：
SIMATICPDM（ProcessDeviceManager）是西门子公司专门针对组态、调试、维护现场设备的实际需要而设计开发的软件包。
通过SIMATICPDM可实现地址设定、量程设定、实际值监控、状态诊断等功能。
目前SIMATICPDM已经兼容了100多家厂商的1000多种产品。
此软件支持Profibus、HART等多种通讯协议，工程师可以在ES站上通过网络的路由功能轻松的完成对现场设备的组态、调试和维护。
2、SIMATICWebNavigator：
WebNavigator软件包可使用户通过Internet或局域网同过IE浏览器直接访问WINCC过程画面。
客户端无须安装WINCC应用程序，所有WINCC应用都位于服务器上，因此降低了对客户端的系统要求。
通过WebNavigator可实现办公室与现场的数据实时交换，满足当前对现代化DCS系统的基本要求。
同时只需要交少的软硬件配制就可同时满足50个操作员站。
由于此功能是通过Internet来实现，所以安全性是必须考虑的问题。
五、项目中的难点：
由于本项目中使用了大量的Profibus通讯，且第三方设备较多。
最初十分担心设备的混合通讯以及现场设备间的相互干扰。
但在实际使用过程中，我们深刻的体会到现场总线技术所带来的方便。
同时我们也感觉到西门子PCS7的开放性对我们这次项目的帮助。
由于第三方设备较多，因此使用大量的自编写的CFC功能块，但是正是由于PCS7的开放性使我们能够为这些CFC功能块生成相应的BlockIcon、FacePlate、报警信息等DCS系统所必须的功能；不仅第三方设备可以这样处理，一些比较复杂的工艺过程也采用了同样的方法，取得了满意的效果，得到用户的好评。
在通讯调试过程中我们发现，调试设备通讯时应注意系统的接地，通讯电缆的短路，系统的等电位等因素都会导致系统总线的瘫痪。
六、结束语
项目投运时间：
2005年7月。
运行状况：
稳定。
七、应用体会
1、全集成自动化（TIA）为现代化企业的生产和管理提供的方便。
2、现场总线技术的应用节约了大量的现场信号电缆，带来的方便的同时也提高了项目的经济效益。
Profibus通讯协议的透明允许多厂家开发符合协议的总线设备，为用户选型提供了广阔的空间。
3、SIMATICPCS7的开放性为编程人员带来的方便。
八、参考文献：
1、西门子工业网络通讯指南。
2、西门子自动化专家论文集（2004）
3、西门子Profibus总线通讯技术
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