徐州西門子S7-300代理商專業(yè)技術團隊      徐州西門子S7-300代理商專業(yè)技術團隊

潯之漫智控技術有限公司  上海詩慕自動化設備有限公司
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如何在短短幾年內將船舶的燃料消耗減少近1/3？諾伯特·布爾登（Norbert Bulten）深諳其道。“船舶的設計起著至關重要的作用，尤其是驅動系統、螺旋槳、傳動裝置，以及圍繞船舵和螺旋槳的水流。”他解釋道。布爾登是船用技術企業(yè)瓦錫蘭集團（Wärtsilä）的產品性能經理，在過去的20年中一直致力于優(yōu)化驅動系統的設計。從一開始，他便運用計算機以及西門子的軟件進行流量計算。這種計算被稱為計算流體動力學（CFD）。簡單來說，CFD能夠確定船舶的驅動系統是否能在船體周圍形成良好水流，是否存在阻力，以及發(fā)動機動力是否有效轉化為推進力?，F在瓦錫蘭用于CFD的軟件平臺是來自西門子的Simcenter STAR-CCM+。



螺旋槳的設計借助了西門子NX平臺上的CAD程序。之后，計算機使用流動模擬技術實現在設計過程中提高船只能源效率。




起初的保守態(tài)度
布爾頓介紹道，僅在20年前，航運公司還對CFD缺乏信心。“幾十年來，我們行業(yè)的公司一直依賴于在水槽中進行測試。船模在水中拖動行進，以此測試船舶設計的好壞。”起初，布爾頓和他的團隊只對單獨部件進行數據測算，例如螺旋槳及其周圍環(huán)境。不過，他已經多次證明，CFD在測試階段也可以做出很大貢獻。例如，對于那些還在建造中就已顯示出流動阻力增長的船只，它可以對其進行改善。利用CFD技術，只需對設計進行細微調整，并且當船只還在干船塢時就對其進行相應的再焊接。僅幾天的調試工作就可使船只達到完備狀態(tài)。“盡管如此，這些公司很長一段時間仍然對CFD持保留意見。”Bulten說道。不過，情況迅速發(fā)生了改變。如今，CFD已經被用于按照實際比例對船舶進行整體設計。“僅需一臺計算機，就可以再現一艘大船在水中運行的真實表現。這讓我們能夠全面了解流量特性。”其中，螺旋槳的設計起著關鍵作用。“與汽車制造不同，每艘船的*性要求我們必須為它定制開發(fā)優(yōu)化的螺旋槳。設計這種螺旋槳是一門藝術。”螺旋槳是借助西門子NX平臺上的CAD程序設計而成。接著，計算機使用CAD在設計中提升船舶的能源效率。



來自馬士基集團的“艾瑪·馬士基號”：2006年下水時，這艘400米的巨輪是有史以來大的集裝箱船。它的瓦錫蘭發(fā)動機是世界上強大的往復式發(fā)動機之一。



船舶技術專家：來自美國瓦錫蘭公司的諾伯特·布爾頓。



來自芬蘭渡輪公司維京游輪（Viking Line）的“Viking Grace號”客輪。



“Viking Grace號”客輪發(fā)動機艙內部的瓦錫蘭發(fā)動機。

這種個性化的計算程序對于船舶的改造同樣具有價值。受到2008年經濟危機的影響，航運行業(yè)開始采取降低大型集裝箱船運行速度的方法來節(jié)省燃油。他們將速度從之前的28海里/小時降低到20海里/小時。然而，在低速運行時，配備有六個槳葉和巨大表面的傳統螺旋槳效率較低。“我們終說服了船舶運營商使用裝配有四個槳葉和較小表面的新型窄螺旋槳，同時使用CFD來調整每艘船的螺旋槳設計。日積月累，這種改造使船廠能夠在幾年內節(jié)省大量燃料。”布爾頓說。

可觀的可靠性

近幾年來，布爾頓成績斐然，這要歸功于他計算真實尺寸船舶效率的能力。布爾頓的一個客戶近訂購了一艘航速超過13海里/小時的輪船。水槽中的模型試驗結果預測該船的設計將不能達到期望的航速，而在Simcenter STAR-CCM+上運行的CFD程序結果則表明可以實現。終，客戶決定根據初始設計建造該船。事實證明布爾頓是正確的。在2018年初的一次試航中，這艘船輕松實現了13海里/小時的速度。“這向我們和許多行業(yè)專家證明了如今CFD至少與水箱中的測試一樣有效。”布爾頓說道。

盡管CFD相比水箱測試擁有多項優(yōu)勢，但他們有一個共同點：船只仍然需要在真實條件下進一步測試。的確，兩種測試方式目前都是在平靜的水中以巡航速度進行的。布爾頓希望使CFD計算更加動態(tài)化。他說：“在未來，我們希望為CFD程序提供真實測量數據，這些數據來自海上船舶的實際操作，包括螺旋槳操作、湍流以及波浪的影響。為了達到這個目的，未來我們將在CFD程序中創(chuàng)建船只的‘數字化雙胞胎’，并在準真實條件下通過計算機進行測試，以便優(yōu)化設計效率。”鑒于這一前景，布爾頓相信CFD如今正處在一個新時代的開始。他說：“在水箱中進行測試可能會越來越多地被計算機中的測算所取代。”
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并可提供西門子維修服務，工程余貨回收
簡單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護：
安裝模塊：
只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動到位然后鎖緊螺釘。 集成的背板總線：
背板總線集成到模塊里。模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。 模塊采用機械編碼，更換極為容易：
更換模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上。 現場證明可靠的連接：
對于信號模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。 TOP 連接：
為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3 線連接系統提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。 規(guī)定的安裝深度：
所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內，并有前蓋保護。因此，所有模塊應有明確的安裝深度。 無插槽規(guī)則:
信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統可自行組態(tài)。
擴展
若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：
中央控制器和3個擴展機架多可連接32個模塊：
總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到中央控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。 通過接口模板連接：
每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在中央控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中，并自動處理與擴展裝置的通信。 通過 IM 365 擴展：
1 個擴展裝置遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過擴展裝置提供。 通過 IM 360/361 擴展：
3 個擴展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的遠距離為 10m。 單獨安裝：
對于單獨的 CC/EU，也能夠以更遠的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達 10m。 靈活的安裝選項：
CC/EU 既可以水平安裝，也可以垂直安裝。這樣可以大限度滿足空間要求。
通信
S7-300 具有不同的通信接口：
連接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工業(yè)以太網總線系統的通信處理器。 用于點到點連接的通信處理器 多點接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
是一種經濟有效的方案，可以同時連接編程器/PC、人機界面系統和其它的 SIMATIC S7/C7 自動化系統。
PROFIBUS DP進行過程通信
SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 連接到 PROFIBUS DP 總線系統。通過帶有 PROFIBUS DP 主站/從站接口的 CPU,可構建一個高速的分布式自動化系統，并且使得操作大大簡化。


從用戶的角度來看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。
電源模板
6ES7307-1BA00-0AA0電源模塊(2A)
6ES7307-1EA00-0AA0電源模塊(5A)
6ES7307-1KA01-0AA0電源模塊(10A)


S7-300 CPU可編程控制器
6ES7312-1AE13-0AB0CPU312，32K內存
6ES7312-5BE03-0AB0CPU312C，32K內存 10DI/6DO
6ES7313-5BF03-0AB0CPU313C，64K內存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7313-6BF03-0AB0CPU313C-2PTP，64K內存 16DI/16DO
6ES7313-6CF03-0AB0CPU313C-2DP，64K內存 16DI/16DO
6ES7314-1AG13-0AB0CPU314,96K內存
6ES7314-6BG03-0AB0CPU314C-2PTP 96K內存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7314-6CG03-0AB0CPU314C-2DP 96K內存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7315-2AG10-0AB0CPU315-2DP, 128K內存
6ES7315-2EH13-0AB0CPU315-2 PN/DP, 256K內存
6ES7317-2AJ10-0AB0CPU317-2DP,512K內存
6ES7317-2EK13-0AB0CPU317-2 PN/DP,1MB內存
6ES7318-3EL00-0AB0CPU319-3 PN/DP,1.4M內存


儲存卡
6ES7953-8LF20-0AA0SIMATIC Micro內存卡 64kByte(MMC)
6ES7953-8LG11-0AA0SIMATIC Micro內存卡128KByte(MMC)
6ES7953-8LJ20-0AA0SIMATIC Micro內存卡512KByte(MMC)
6ES7953-8LL20-0AA0SIMATIC Micro內存卡2MByte(MMC)
6ES7953-8LM20-0AA0SIMATIC Micro內存卡4MByte(MMC)
6ES7953-8LP20-0AA0SIMATIC Micro內存卡8MByte(MMC)

 

4、可編程序控制器的程序要簡明且可讀

用戶軟件的編寫是“平鋪直敘”，用戶軟件可看成是一個有序的“黑盒子”系列，每個“ 黑盒子”按照結構化語言劃分，可分為幾種典型的語句。每個語句方式、手法可能十分單調 ，但一定要明確。在設計與編寫這些語句時，若使用不易推理的邏輯關系太多，或者語 句因素太多，特殊條件太多，就會使人閱讀這些語句時十分難懂。因此，一個可編程控制器 的用戶軟件的可讀性，即編寫的軟件能為大多數人讀懂，能理解可編程控制器在執(zhí)行這個語 句時，“發(fā)生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能單一而流暢，這是軟件在使用和維護時的重要條件。

5、可編程序控制系統在硬件和軟件上的預置，有運行檢測的關鍵監(jiān)視條件

可編程序控制系統配置了彩色圖形工作站/屏幕監(jiān)視，但從價格及反映現場狀態(tài)的時間來看，屏幕監(jiān)視尚不方便。關鍵的故障，或者在關鍵的機械設備附近，可配置一些指示燈，它們可以用數字量輸出做成，用來監(jiān)視程序的正常運行，或用來調試程序，在指示燈旁配以功能標牌，可幫助操作人員確認可編程序控制系統的正常運行和及時反映故障。

6、設計大中型可編程序控制系統時不要耗盡它的硬件和軟件資源

對于設計的新系統，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在軟件編制時，同樣要估計用戶軟件對計算機資源的需要與用量。尤其對中間繼電器，計數器/定時器的使用，要留有余地 。因為在調試和運行后，軟件總會被修改、補充，甚至重新編制。已編制的軟件讓人無法修改和完善，在工程上是不實際的。

7、合理地配置可編程序控制器系統的冗余

可編程序控制系統可能做出多種方式的冗余，中央處理器的雙機熱備、冷備冗余是常見的方式。另外，雙系統冗余，即中央處理器和全部的輸入、輸出、組網通信*冗余，其價格和實用性雖然在許多工程項目中難以被人接受，但在有毒、有害的化工生產環(huán)境這種冗余很有必要。在設計系統中，要使配置冗余方式較為經濟而又實用，力求使故障縮小在本設備身上。不要因某一設備發(fā)生故障，引起工藝流程中相關設備運行或狀態(tài)受到沖擊。

以上闡述的幾個方面，是在可編程序控制系統總體方案設計時，要格外重視的問題，只有在設計系統時，考慮周到，系統投入運行之后，設計人員才能少些遺憾。

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特別提示SIMATIC S7-400H控制器已**升級為V6版-5H PN/DP控制器！
智慧型連鎖店
連鎖超市、百貨商店和快餐店等是典型的擁有成百上千家門店的零售企業(yè)。一般而言，同一家連鎖企業(yè)旗下的所有門店都具有相同的用電需求，因此，覆蓋整個連鎖企業(yè)的自動能源管理系統（EMS）對其大有裨益。一個典型的例子是，西門子EMS系統通過采集數據并持續(xù)優(yōu)化美國各地的大約1500家ALDI超市的運營，取得了令人矚目的成效。

提高能效是每個人的當務之急——其中一個重要的原因是，無需使用的能源才是清潔的能源?，F實中存在巨大的節(jié)能潛力，特別是在樓宇、工業(yè)和交通等領域。

西門子專注于提高能效的例子數不勝數，包括通過優(yōu)化汽車工業(yè)機器人運動從而優(yōu)化能耗的研究項目，以及可以大幅降低大型建筑物環(huán)境足跡的解決方案。西門子新落成的總部大廈即為其中的*。

準確找出浪費環(huán)節(jié)

據美國環(huán)境保護署稱，美國商業(yè)建筑物的能源平均有30%是被浪費掉的。通常，其中四分之三的浪費集中在兩個方面：室內溫濕度控制——即暖通空調（HVAC）系統——和照明。這種嚴重低能效的原因很簡單：大多數建筑物當初建造之時，還沒有人考慮過可持續(xù)發(fā)展問題。

怎么辦呢？盡管只要將舊設備更換為更*進的新系統就可以在一定程度上改善能效，但這樣的翻新改造不僅耗費財力物力和時間，而且基本無助于解決優(yōu)化建筑物的長期總體能效、測定建筑物能效和對同一連鎖企業(yè)中的數百座類似建筑物的能效表現進行比較等問題。



采用現場控制技術，能源相關系統均配備傳感器以持續(xù)監(jiān)測其性能。

提煉數據

西門子樓宇科技集團旗下、總部設在德克薩斯州*市的零售和商業(yè)系統（RCS）業(yè)務部門提供的現場控制EMS系統，可以解決所有這些問題。RCS總經理Marcus Boerkei解釋道：“在連鎖型建筑物安裝EMS系統，好比給它們配備了一個神經系統?？梢猿掷m(xù)監(jiān)測設備性能的傳感器安裝在能源相關系統中，包括暖通空調系統和照明系統，以及光伏發(fā)電系統、告示牌、冷藏間和垃圾壓縮機等。”

此外，西門子EMS解決方案在購物區(qū)部署二氧化碳傳感器，用作移動偵測裝置——這是實時確定需要多少室外空氣來維持空氣質量的關鍵參數。這個系統也將溫控器和照明控制裝置連接至配備自有Linux計算機和嵌入式網絡服務器的控制箱。每家門店的控制箱都會每隔60秒詢問一次傳感器，并每隔2個小時向連鎖企業(yè)總部發(fā)送一份狀態(tài)報告。

這樣的系統可以產生海量數據。西門子發(fā)布的稱：“在監(jiān)測和控制一座中型建筑物（3000平方米）的過程中，的EMS系統每天要采集約40000個帶時間戳的數據點。對于一個擁有1000家門店的企業(yè)，這相當于每年產生超過100億個數據點。”為幫助零售商將EMS數據轉化為有價值的信息，系統將這些數據洪流細化為數十組智能觀察數據，以分析其模式并從中提煉出可指導行動的真知灼見。