分布式控制系统（DCS）系列：Siemens PCS 7 (煤炭工业应用)_（14）.系统设计与选型.docx

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系统设计与选型

在煤炭工业中，分布式控制系统（DCS）的应用非常广泛，尤其是在大型煤矿和洗煤厂的自动化控制中。SiemensPCS7作为一款先进的DCS系统，其设计与选型需要综合考虑多个因素，以确保系统能够高效、可靠地运行。本节将详细介绍如何进行系统设计与选型，包括系统架构、硬件选型、软件配置、网络设计等方面的内容。

系统架构设计

煤炭工业控制系统的设计首先要明确系统的架构。SiemensPCS7系统架构通常包括以下几个部分：

中央控制室（CentralControlRoom）：中央控制室是整个系统的核心，负责数据的集中处理和显示。通常配备有高性能的服务器和工作站，用于运行PCS7的控制软件和人机界面（HMI）。

现场控制站（FieldControlStations）：现场控制站负责直接与现场设备进行通信，执行具体的控制任务。这些控制站通常分布在不同的区域，如采煤区、洗煤区、输送带区等。

通信网络（CommunicationNetwork）：通信网络是连接中央控制室和现场控制站的桥梁，确保数据的实时传输。常见的通信网络包括工业以太网（Profinet）、现场总线（Profibus）等。

输入输出模块（I/OModules）：输入输出模块用于采集现场设备的数据和发送控制指令。根据不同的应用场景，可以选择不同的I/O模块，如数字量输入模块、模拟量输入模块等。

现场设备（FieldDevices）：现场设备包括传感器、执行器、变频器等，它们直接与I/O模块连接，实现数据的采集和控制指令的执行。

通信网络设计

通信网络的设计是系统设计的重要环节。在煤炭工业中，通常采用以下几种通信网络：

Profinet：Profinet是一种基于以太网的通信协议，具有传输速度快、可靠性高、易于维护的特点。适用于需要高实时性的控制任务。

Profibus：Profibus是一种现场总线协议，适用于连接简单的现场设备，如传感器和执行器。其传输速率较低，但成本相对较低。

硬件选型

硬件选型直接影响系统的性能和可靠性。在选择硬件时，需要考虑以下因素：

性能要求：根据系统的控制任务复杂度和数据处理量，选择合适的处理器和内存配置。

环境适应性：煤炭工业现场环境恶劣，选型时需要考虑设备的防尘、防潮、防爆等特性。

扩展性：未来可能需要增加更多的控制站和I/O模块，因此硬件选型时应考虑系统的扩展性。

软件配置

软件配置是确保系统功能实现的关键。在配置PCS7软件时，需要考虑以下几个方面：

操作系统：通常使用Windows操作系统，确保软件的兼容性和稳定性。

控制软件：PCS7的控制软件包括Step7、WinCC等，用于编写控制逻辑和人机界面。

数据库：系统需要一个强大的数据库来存储和管理大量的历史数据和实时数据。常用的是SQLServer或Oracle数据库。

系统设计步骤

需求分析：明确系统的控制任务和功能要求，包括数据采集、控制逻辑、报警处理等。

架构设计：根据需求分析结果，设计系统的整体架构，包括中央控制室、现场控制站、通信网络等。

硬件选型：根据架构设计，选择合适的硬件设备，如处理器、内存、I/O模块等。

软件配置：配置控制系统所需的软件，包括操作系统、控制软件、数据库等。

网络设计：设计通信网络的拓扑结构和通信协议，确保数据的实时传输。

测试与验证：在系统安装完成后，进行功能测试和性能验证，确保系统能够正常运行。

详细设计示例

需求分析

假设我们需要设计一个用于洗煤厂的自动化控制系统。洗煤厂的主要控制任务包括：

数据采集：采集各种传感器数据，如温度、压力、流量等。

控制逻辑：根据采集的数据，控制各种设备的运行，如泵、阀门、输送带等。

报警处理：当数据超出预设范围时，触发报警并记录报警信息。

数据存储：存储历史数据和实时数据，用于后续的分析和报告。

架构设计

根据以上需求，我们可以设计如下系统架构：

中央控制室：配备一台高性能服务器和一台工作站，运行PCS7控制软件和WinCC人机界面。

现场控制站：在洗煤区和输送带区各设置一个现场控制站，分别负责洗煤设备和输送带设备的控制。

通信网络：采用Profinet通信网络，连接中央控制室和现场控制站。

输入输出模块：在每个现场控制站配备适量的数字量输入模块、模拟量输入模块和输出模块。

现场设备：包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、泵、阀门、输送带等。

硬件选型

中央控制室：

服务器：SiemensSimaticH型号服务器，配置IntelXeon处理器，16GB内存，500GBSSD。

工作站：SiemensSimaticT型号工作站，配置Inteli