[簡介]本文著重介紹了SIEMENS控制系統中硬件功能和架構組成，對架構設計方案及模塊的功能應用進行了分析和說明。

[關鍵詞]SIEMENSSIMATICPLC機架

前言

在電氣控制系統中，SIEMENS的自動控制系統廣泛應用于國內外較先進的軋鋼產線，是對傳動設備與計算機控制系統密切聯系的主流硬件設備和軟件應用。其特點是功能強大，標準通用性強，可以同時用于多種主/副傳動控制系統，實現對傳動系統的參數設置、設備運行控制、操作界面、程序監控、數字信號、圖形曲線、傳動設備的實際狀態、故障信息報警功能、遠程連接等多種功能的控制。

1、SIEMENS自動化系統的描述

西門子使用基于微處理器的系統，實現基礎自動化的所有功能——工藝控制，程序功能，支撐功能及介質系統。

自動化系統分為若干自動化單元，每個單元單獨控制。各CPU平行運行，合作處理程序。各自動化單元連接至不同的設備，用以感應及促動（包括電源及傳動控制）。傳感器直接輸入工藝控制，如壓下系統，旋入系統及PLC主斜坡生成器等，通過實時線纜總線連接（副機架內部的平行總線，不同副機架的光纖耦合）互相通信，確保控制間的高動態換接，這對總體性能及軋制結果有重大影響。通過智能終端箱（遠程I/O）發生連接，通過總線電纜連接至中央控制器。

2、SIEMENS控制系統架構

2.1數據SIMATIC以太網：星形網絡配置。所有數據終端經過收發設備電纜點對點連接至星形耦合，或附加至光學收發設備-雙光纖電纜。

2.2以下系統將連接至SIMATIC以太網總線系統：數字控制系統SIMATICTDC、數字控制系統SIMATICS7、專業計算機及操作工通信及監控系統、SIMATIC網絡外部系統。

2.3現場總線網絡PROFIBUS：SIMATIC網絡PROFIBUS是一種功能強大的總線系統，用于中低媒介范圍能力。SIMATIC網絡PROFIBUS可連接可編程控制器，小型現場單元，以及各種自動化組件，如編程單元及計算機的組件。

2.4SIMOVERTMASTERDRIVES及SINAMICSSM120用于所有傳動系統。

2.5SIMATICTDC用于高速工藝控制，二進制互鎖，自動程序及軋機內開閉環控制

2.6SINAMICSSM150用于控制粗軋機及精軋機主傳動電機

2.7SIMATICS7用于普通工藝控制，介質系統程序控制，冷床區，剪切線，精軋機區。

3、硬件功能解析

3.1SIMATICTDCPLC

SIMATICTDCPLCCPU用于自動化系統的主控制（數據處理，程序速度斜坡生成器）；粗軋機，立輥（如果使用），精軋機機架控制功能。本系統以機架為基礎，根據自動化功能及快速控制環中直接連接在PLC的傳感器數量、類型選擇組件。

3.1.1副機架UR5213

副機架UR5213是SIMATICTDC的機械基礎。副機架有集成系統電源及系統風機。高性能的64位后連線版總線允許數據在機架內部模塊間傳輸。

3.1.2CPU551

CPU模塊可進行普通開閉環控制及算術任務，約含有2.5x計算機SIMADYND性能（最新一代SIEMENSHW）CPU模塊PM6.：

8數字輸入，其中4個可中斷

5×7LED點矩陣

就地服務串行RS232界面

MC5xx程序記憶模塊插槽

取樣時間100μs

32MBSDRAM

512KB同步高速緩存

266HZ

64位RISC浮點CPU

4MBflash

CPU在板電池支持緩沖

3.1.3通訊模塊CP50M1

CP50M1通訊模塊含有兩個PROFIBUSDP/MPI界面及緩沖記憶，用于建立CPU間的通訊。界面可用作PROFIBUSDP/MPI主臺，PROFIBUSDP從設備，同時亦可PROFIBUSDP/MPI從設備，PROFIBUSDP主臺，MPI節點（站）。

3.1.4通訊模塊CP51M1

CP51M1通訊模塊提供工業以太網界面。使用這一模塊可執行以下任務：

可同其他CP51M1，SIMATIC工業以太網模塊交換處理數據

使用WINCC可視處理數據及信息：

3.1.5I/O模塊SM500I/O：一塊面板含有以下I/O容量：

8×AO+/-10V,8xAI+/-10V

16×DO24V,16xDI24V

4×SSI絕對值編碼器輸入，4×增量編碼器輸入

4×中斷輸入5V

CP52M0全局數據記憶（GMD）模式

GMD系統中央記憶大小為2MB，位于CP52M0全局記憶模塊。這一模塊處理耦合機架程序間傳輸的全部數據。后連線板總線處理CP52IOGDM界面模塊與CP52M0間的數據傳輸。

CP52M0讀出所有CP52IO光纖電纜界面錯誤及診斷記錄器，安裝在GDM副機架內部。探測所有光纖電纜界面中央操作狀態并估算。結果輸出至CP52M0數字輸出，用于附加估算。

3.2.1CP52IOGDM界面模塊：在副機架的CP52A0GDM通道模塊通過光纖電纜連接到CP52IOGDM界面模塊。

3.2.2CP52A0GDM通道模塊：每個副機架配置CP52A0GDM通道模塊，連接到GDM.

3.2.3UR5213副機架：GDM副機架不需配置應用軟件。

3.2.4CP52M0及CP52IOGDM模塊使用特殊模式操作，非常快。

3.3SIMATICS7PLC

SIMATICS7CPU線路是SIMATICPLC的介質終端。選擇用以控制應用剪切及精軋線區介質系統控制，以及MULPIC，矯直機等。由于集成設計，可視化平臺PCS7，使用S7-400PLC。

3.3.1Sub機架UR1：UR1機架是SIMATICS7的硬件基礎。有18個插槽及電源。

3.3.2Sub機架UR2：UR2機架是SIMATICS7的硬件基礎。有9個插槽及電源。

3.3.3CPU416：普通開閉環控制及算數任務CPU模塊。主要參數如下所示：

集成用戶記憶編程0.8MB，數據0.8MB

最大加載記憶64MB

最大計數器512，最大計時器512

UR1機架多計算最大4個CPU

最小循環時間10msec

集成時鐘

CPU在板電池支持緩沖

CPU模塊MPI界面集成

CPU模塊PROFIBUSDP界面集成

3.3.4通訊模塊CP443-5：提供附加PROFIBUSDP界面。

3.3.5通訊模塊CP443-1：提供工業以太網界面。這一模塊可同其他CP443-1，SIMATIC工業以太網模塊交換處理數據：使用WINCC可視處理數據及信息，TCP/IP及ISO/OSI協議等功能。

3.4ET200非集中I/O系統

ET200是一個模塊化遠程I/O系統，分配SIMATICPLC控制器配置。允許程序直接相鄰使用SIMATIC家族模塊（在中央電氣室或開關裝置室或車間內）

ET200通過PROFIBUS-DP連接至SIMATICPLC(S7或TDC)，集成PROFIBUS-DP界面現場裝置直接連接至現場總線。ET200具有以下特性：

ET200在傳感器及執行器附近。遠程I/O按照現場位置分組。

ET200M用于傳感器，執行器及主控臺。ET200B用于小控制臺及控制面板。

通過光纖電纜連接中央控制器及第一個ET200站。

COMPROFIBUS軟件通過圖解符號協助提供簡潔方便的系統配置

更換模塊方便，即使在供電狀態未反向信號時亦可進行（熱交換）

智能模塊計數器，計時器及效驗器

鍵編碼插頭：避免在更換模塊時錯誤，總線單元及模塊有“鎖鈅”編碼系統。因此，無法插入錯誤模塊類型。

3.5SIMATICS7-300F急停PLC

急停系統分隔連線，診斷系統記錄激活。由于通訊容量，每個急停PLC可以處理至多15個急停區域。

一個軋機區故障安全控制系統SIMATICS7-300F

緊急蘑菇按鈕

PROFIBUS連接至面板控制系統及診斷系統

SIMATICS7-300F永久固定在分隔間，完全連線至終端。分隔間裝有所有必要的附件，如電源，輔助回路斷電器及繼電器。

3.6SIMATICNET通訊

處理控制系統SIMATICNET使用工業通訊網SIMATICNET。所有SIMATICNET產品都是專用設計，用于工業應用。對于計算機網絡，使用標準通訊組件，如從CISCO系統公司。使用以下SIMATICNET產品家族總線系統：工業以太網如系統總線10Mbps，100MBps線程；PROFIBUS-DP現場總線。

3.6.1工業以太網總線（H1）

工業以太網最多可連接1000個站。運行速率100個10Mbps或1000Mbps,提供大數據容量。支持TCP/IP協議及SINECH1OSI802.3，可使用三芯同軸電纜，工業雙絞電纜及光纖電纜，以太網形狀為星形。雙絞電纜連接<100m，多模光穎連接>100m。

3.6.2PROFIBUSDP現場總線

PROFIBUS（ProcessFieldBus處理現場總線）是中低性能的強大網絡。PROFIBUS達到EN50170要求，確保了連接組件開放，同其他標準一致。PROFIBUS的輔助主設備和從設備存取方法使用令牌傳遞原理。主動與被動網路站間有不同。只有主動站接收標識，即在特定時間內，傳送授權從一個主動站傳遞到另一個主動站。系統自動探測站是否漏失或有新站加入網絡，PROFIBUS網路形狀為星形。分主動站和被動站：主動站包括PLC、工業計算機、編程單元；被動站包括ET200遠程I/O單元、SIMOVERT主傳動、SINAMICSSM120、整流器、傳感器及執行器、外部系統、根據連接的距離，使用雙絞電纜或光纖相關收發器（光學總線終端OBT）等。

4、結束語

利用SIEMENS的強大硬件及軟件控制功能，在寬厚板軋線自動控制系統的設計和使用過程中，為設備控制及系統運行提供強大的技術支持，提高了產品控制質量，更好的優化系統參數，具有較高的系統穩定性，是國內各大鋼鐵產線自動控制系統的主流應用設備。