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S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自動(dòng)化系統可使用在對安全要求較高的設備中。其可對立即停車(chē)過(guò)程進(jìn)行控制，因此不會(huì )對人身、環(huán)境造成損害。

S7-300F 滿(mǎn)足下列安全要求：

• 要求等級 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801
• 安全要求等級 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508
• 類(lèi)別 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，標準模塊還可用在 S7-300F 及故障安全模塊中。因此它可以創(chuàng )建一個(gè)全集成的控制系統，在非安全相關(guān)和安全相關(guān)任務(wù)共存的工廠(chǎng)中使用。使用相同的標準工具對整個(gè)工廠(chǎng)進(jìn)行組態(tài)和編程。

設計

S7-300

一般步驟

S7-300自動(dòng)化系統采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。

一個(gè)系統包含下列組件：

• CPU：
  不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點(diǎn)對點(diǎn)接口的 CPU。
• 用于數字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。
• 用于連接總線(xiàn)和點(diǎn)對點(diǎn)連接的通信處理器 (CP)。
• 用于高速計數、定位（開(kāi)環(huán)/閉環(huán)）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

根據要求，也可使用下列模塊：

• 用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負載電源模塊(PS)。
• 接口模塊 (IM)，用于多層配置時(shí)連接中央控制器 (CC) 和擴展裝置 (EU)。
  通過(guò)分布式中央控制器 (CC) 和 3 個(gè)擴展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達 32 個(gè)模塊。所有模塊均在外殼中運行，并且無(wú)需風(fēng)扇。
• SIPLUS 模塊可用于擴展的環(huán)境條件：
  適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結露以及有霧的環(huán)境條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護等級為 IP20 機柜內使用時(shí)，可直接在汽車(chē)或室外建筑使用。不需要空氣調節的機柜和 IP65 外殼。

設計

簡(jiǎn)單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護：

• 安裝模塊：
  只需簡(jiǎn)單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動(dòng)到位然后鎖緊螺釘。
• 集成的背板總線(xiàn)：
  背板總線(xiàn)集成到模塊里。模塊通過(guò)總線(xiàn)連接器相連，總線(xiàn)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(shí)，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(xiàn)的連接器錯插到其他的模塊上。
• 現場(chǎng)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(xiàn)端子或彈簧型接線(xiàn)端子連接的 1 線(xiàn) - 3 線(xiàn)連接系統提供預組裝接線(xiàn)另外還可直接在信號模塊上接線(xiàn)。
• 規定的安裝深度：
  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(wú)插槽規則:
  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(hù)的自動(dòng)化任務(wù)需要 8 個(gè)以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時(shí)，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進(jìn)行擴展：

• 中央控制器和3個(gè)擴展機架最多可連接32個(gè)模塊：
  總共可將 3 個(gè)擴展裝置（EU）連接到中央控制器（CC）。每個(gè) CC/EU 可以連接八個(gè)模塊。
• 通過(guò)接口模板連接：
  每個(gè) 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(dòng)處理與擴展裝置的通信。
  • 通過(guò) IM 365 擴展：
    1 個(gè)擴展裝置最遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過(guò)擴展裝置提供。
  • 通過(guò) IM 360/361 擴展：
    3 個(gè)擴展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的最遠距離為 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(gè)相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長(cháng)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。這樣可以最大限度滿(mǎn)足空間要求。
•  

資源短缺日益嚴重，日本遭遇核災難，全球開(kāi)始變暖，這些都告訴人們一個(gè)事實(shí)：全球的能源體系不具備可持續性。為了改變這一現狀，各種目標遠大的計劃應運而生。比如，德國就在考慮實(shí)現可持續發(fā)展能源供應，這種轉變注定要面對種種挑戰，但是同時(shí)也將為人類(lèi)、環(huán)境和經(jīng)濟帶來(lái)諸多機遇。

聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)里的情節。驅使小行星進(jìn)入環(huán)繞月球的軌道，然后讓機器和設備降落在這些小行星上，開(kāi)采鐵、鉑和稀土元素等原料。2012年4月，當一家名不見(jiàn)經(jīng)傳的公司首度展示這個(gè)商業(yè)模式時(shí)，著(zhù)實(shí)讓全世界大吃一驚。這個(gè)乍聽(tīng)起來(lái)猶如癡人說(shuō)夢(mèng)的設想，實(shí)際上是一個(gè)嚴密的計劃。宣布這一目標的公司名為“Planetary Resources”。據多家機構的可行性研究報告，此類(lèi)項目最早2025年就有望進(jìn)入實(shí)施階段。

該設想背后的目的不無(wú)道理。據智庫機構“全球生態(tài)足跡網(wǎng)絡(luò )”（Global Footprint Network）計算，如果我們不設法節制目前的資源消耗速度，那么到2050年，我們將需要兩到三個(gè)地球滿(mǎn)足人類(lèi)的資源需求。與此同時(shí)，卻有巨大的金屬和礦石礦藏與地球擦肩而過(guò)，它們就是不計其數的小行星。那么開(kāi)采小行星上的礦藏是否就可以解決我們的資源短缺問(wèn)題？或許可以，但是這種方式可能會(huì )過(guò)于昂貴、過(guò)于復雜。更為現實(shí)可行的出路是更經(jīng)濟有效地利用現有資源。

然而對于很多國家而言，這卻絕非易事。之所以說(shuō)它是個(gè)巨大挑戰，皆因我們最終要同時(shí)克服當今面臨的兩大難題：氣候變化和資源短缺。要實(shí)現這個(gè)目標，就必須本著(zhù)更好地實(shí)現可持續發(fā)展這一目標，對我們的經(jīng)濟和能源體系進(jìn)行重大改革。經(jīng)濟改革要求加強原材料的再利用、循環(huán)利用和閉環(huán)廢物管理。能源體系改革要求大幅提高可再生能源的占比，在可能的情況下，還要大規模采用零碳能源。此外，還必須顯著(zhù)提高發(fā)電和用電的效率。上述所有措施不是以2025年為期，而是必須盡快落實(shí)。

柏林勃蘭登堡門(mén)門(mén)前的一條標語(yǔ)寫(xiě)道“能源轉型，刻不容緩！”。這條標語(yǔ)折射出德國對于向可再生能源、節能增效和新型交通解決方案轉型的高度熱情。

在德國，這種可持續發(fā)展的能源體系的未來(lái)面貌已依稀可見(jiàn)。日本2011年發(fā)生核災難之后，德國*制定了一個(gè)宏遠的可持續發(fā)展能源供應目標。德國不僅計劃在2022年之前*摒棄核能，還要求大力發(fā)展風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源（到2050年占發(fā)電總量的80%），減少溫室氣體排放（2050年之前在1990年的基礎上減少80%）。“實(shí)現可持續能源供應對于德國人民而言是一個(gè)世紀項目。這個(gè)目標是正確的，它的意義重大。”西門(mén)子能源業(yè)務(wù)領(lǐng)域*執行官Michael Süß表示，“其他國家都在密切關(guān)注德國如何開(kāi)拓這條道路。”

完成這個(gè)項目不僅要求營(yíng)造適當的政治環(huán)境，而且最重要的，還要有合適的技術(shù)解決方案。“這意味著(zhù)方方面面的創(chuàng )新：能源效率、電力傳輸、電力生產(chǎn)和存儲。”德國聯(lián)邦電力、天然氣、電信、郵政和鐵路網(wǎng)絡(luò )管理局主席Jochen Homann接受《未來(lái)之窗》采訪(fǎng)時(shí)表示。“德國工業(yè)是成功實(shí)現向可持續能源供應轉型的一大保證。”此外，一旦德國的能源體系改革取得成功，那么德國所采用的解決方案可以輸出到全球各地。

慶幸的是，實(shí)現建設可持續發(fā)展能源體系這一個(gè)宏大的目標，并不意味著(zhù)要推翻現有的技術(shù)從頭再來(lái)。所需的很多技術(shù)和解決方案已接近成型，目前正在開(kāi)發(fā)之中。要使能源體系具有可持續性，必須從九個(gè)不同的領(lǐng)域入手，這些領(lǐng)域相輔相成，如同拼圖游戲中的各個(gè)圖塊。

可再生能源就是一個(gè)例子。“時(shí)至今日，可再生能源已不再是一種小眾技術(shù)；它們已成為電力市場(chǎng)上的一支生力軍。所以在中短期內，它們必須更多地參與市場(chǎng)公平競爭。”Homann稱(chēng)，要讓可再生能源成為電力行業(yè)的*，更需要讓它們參與市場(chǎng)競爭。尤其是在風(fēng)電領(lǐng)域，這種經(jīng)濟可行性可以在相對較短的時(shí)間內實(shí)現。得益于西門(mén)子風(fēng)電實(shí)驗室目前正在開(kāi)發(fā)的創(chuàng )新技術(shù)，用不了多久，風(fēng)力發(fā)電即便沒(méi)有政府補貼，其上網(wǎng)價(jià)格也有望與燃煤發(fā)電一樣便宜。

電力高速公路。然而由于可再生能源大多來(lái)自資源豐富的地方——比如在陽(yáng)光充沛地區收集太陽(yáng)能，在廣闊的海洋上捕獲風(fēng)能，因此就需要將輸電網(wǎng)擴建成電力高速公路，不僅國內要暢通，還要通向國外。高壓直流輸電（HVDC）技術(shù)是實(shí)現這一目標的理想解決方案。在遠距離輸電中，HVDC的效率超過(guò)了傳統的三相高壓輸電線(xiàn)路。

2012年5月底，德國政府和德國各大電力公司聯(lián)合發(fā)布了一份《電網(wǎng)發(fā)展規劃》，明確了遠距離輸電網(wǎng)絡(luò )改造的基礎指標，提出了新建3,800公里線(xiàn)路的計劃。“我們的可再生能源在蓬勃發(fā)展。要將風(fēng)電輸送到市場(chǎng)，我們亟需貫通南北的電力高速公路。”Michael Süß指出。

向可持續發(fā)展能源供應轉型要求采取相輔相成的配套措施。德國聯(lián)邦環(huán)境部部長(cháng)Peter Altmaier手里拿的便是這樣一幅“能源拼圖”

然而，在這一發(fā)展過(guò)程中有一點(diǎn)仍然非常重要，那就是不能讓市民感覺(jué)向可持續能源供應轉型的決策絲毫未考慮他們的利益或觀(guān)點(diǎn)。“建設可持續發(fā)展的能源體系，還需要人們轉變觀(guān)念。”Süß一語(yǔ)中的，“如果說(shuō)連安裝一根電線(xiàn)桿都需要去爭取市民的同意，那種情形肯定行不通。人們確實(shí)愿意增加可再生能源的使用量，但如果不增建基礎設施，就不可能實(shí)現這一點(diǎn)。”

然而，可再生能源的大量使用不僅僅要求擴建電網(wǎng)。這是因為風(fēng)能和太陽(yáng)能的發(fā)電量會(huì )隨天氣的變化而變化。因此，長(cháng)期來(lái)看，還需要能夠將過(guò)剩電能存儲幾小時(shí)、幾天，甚至幾周的蓄能系統，必要時(shí)，在風(fēng)力不足的日子里，這個(gè)系統再將電能饋回電網(wǎng)。目前已經(jīng)有一些類(lèi)似的系統在開(kāi)發(fā)之中，包括水氫電解法和蓄電廠(chǎng)，以及西門(mén)子基礎設施與城市業(yè)務(wù)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的Siestorage蓄電技術(shù)。Siestorage是一種基于鋰離子電池的模組系統，它能存儲500度電（按平均水平計算，相當于50個(gè)家庭的日用電量），可以充當緩沖裝置，以應對可再生能源的短暫浮動(dòng)，比如幾秒或幾分鐘內的浮動(dòng)。同時(shí)，傳統電廠(chǎng)仍然必不可少，它們要提供一定的基載電能，同時(shí)充當備用供電源，當電網(wǎng)中的電力不足時(shí)，它們可以快速向電網(wǎng)送電。啟動(dòng)快、效率高的燃氣發(fā)電廠(chǎng)尤其適合這一用途。

百萬(wàn)能源生產(chǎn)大軍。無(wú)論是太陽(yáng)能、風(fēng)能或生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)，還是小型熱電聯(lián)產(chǎn)廠(chǎng)，或是大型傳統電廠(chǎng)，將來(lái)會(huì )有數百萬(wàn)臺發(fā)電機源源不斷地向德國電網(wǎng)送電——而不是15年前的寥寥幾百臺。用電者也將逐步成為發(fā)電者，或者說(shuō)是“產(chǎn)消者”。這種情況加之可再生能源發(fā)電量波動(dòng)不定這一特性，使得智能電網(wǎng)成為必不可少的設施，它可以保證配電網(wǎng)絡(luò )的穩定性，并實(shí)現智能化電力管理。

從全局而言，需求側也必須實(shí)現智能化管理。鑒于前述原因，可再生能源要求人們明智地利用手中的能源。降低能源需求的方法不拘一格。其中的一個(gè)重要手段就是實(shí)時(shí)定價(jià)機制。如果價(jià)格隨著(zhù)需求的增加而上漲，那么用戶(hù)就會(huì )減少不必要的用電。比如，冷藏倉庫、空調系統或家用電器斷一會(huì )兒電并不會(huì )有多大影響。

這告訴我們，最清潔的電能永遠是未消耗的電能。因此，可持續能源體系這個(gè)拼圖中最重要的一塊是能源的高效利用。對于企業(yè)而言尤為如此，企業(yè)可以通過(guò)提高能效，降低能源成本，增強競爭力。

交通系統和建筑物也必須具備更高的能效。建筑物耗能占全球能耗的40%，若能實(shí)施簡(jiǎn)單的節能措施，就可以使建筑物的能耗減少近四分之一。西門(mén)子目前正在為很多國家的建筑物裝配節能設備，從而打造出全世界屈指可數的可持續發(fā)展建筑物。

在對建筑物進(jìn)行現代化改造時(shí)，西門(mén)子常常發(fā)現唯有采用明智的融資方案，才能取得更好的節能增效結果。對于預算有限而仍希望設法降低能源需求的城市而言，明智的融資方案尤其重要。西門(mén)子采用的合同能源管理就是一種明智的融資方案。根據合同，用戶(hù)不需要為現代化節能設施的初始安裝投入任何成本。然后，他們只需要用節約的能源成本分期支付設施升級費用。

首要目標：可靠的供應。在為構建可持續發(fā)展能源體系采取的一切行動(dòng)中，有一個(gè)目標始終占據著(zhù)頭等重要的位置：能源供應的安全性。未來(lái)的能源供應必須可靠，其價(jià)格必須適度。“我們可以想象得到電網(wǎng)費率將上漲，那么電價(jià)也會(huì )隨之上漲。” Jochen Homann表示，“但是必須要盡量控制成本；配電網(wǎng)絡(luò )的擴建必須以滿(mǎn)足安全供應的需求為限，不能過(guò)度。此外，成本去向必須透明，成本必須在消費者群體中公平分攤。”

同時(shí)，能源供應在任何情況下都應具備穩定性，尤其是在像德國這樣的高度工業(yè)化國家。2012年7月印度發(fā)生了大規模停電事故，致使近6億人口在長(cháng)達兩天的時(shí)間里無(wú)電可用。如果德國的電網(wǎng)也像這樣頻繁出現故障或供應中斷，那么就會(huì )有損于全國工商業(yè)的競爭力。

鑒于上述原因，所有措施必須像拼圖的圖塊一樣整合起來(lái)。在適當的框架下，也就是政府對可再生能源、能源效率、配電網(wǎng)擴建、網(wǎng)費和研發(fā)的適當支持下，各種措施的相輔相成將構建出一副和諧的整體藍圖。這是向可持續能源供應轉型的必由之路；同時(shí)在轉型過(guò)程中研發(fā)出的產(chǎn)品還可以輸入國際市場(chǎng)，成為重要的出口產(chǎn)品，因為其他國家遲早需要探尋自己的可持續能源供應之路。

目前德國的哈爾茨山就在實(shí)施和測試一個(gè)可持續能源體系項目。在該地區，可再生能源盛行，占當地電力供應的60%以上。但問(wèn)題是如何既保證所有電網(wǎng)的穩定性和配電系統的經(jīng)濟可行性、可靠性與安全性，又實(shí)現可持續發(fā)展的電力傳輸。

Harz.EE交通研究項目由德國多個(gè)部委扶持，參與方包括西門(mén)子、移動(dòng)通訊運營(yíng)商沃達豐、公用事業(yè)公司E.ON和德國鐵路系統。各方正在研究將各地的可再生能源應用于電動(dòng)車(chē)輛，以及將這類(lèi)能源并入智能電網(wǎng)的方法。盡管存在地理限制，該項目還是展現了交通如何被納入更廣泛的可持續發(fā)展能源體系，而這不需要任何宇宙飛船或行星的幫助。

作者：Sebastian Webel

電力矩陣

人類(lèi)對能源的需求始終有增無(wú)減。電力能以一種經(jīng)濟、清潔、可靠和高效利用資源的方式來(lái)克服人類(lèi)面臨的能源挑戰。然而，不同地區的能源需求有所不同，各種各樣的電力利用形式也不相同。此外，我們的能源體系將變得日益復雜。以往的能源轉換鏈是一條垂直的線(xiàn)，從原材料到原材料加工、由大型電廠(chǎng)生產(chǎn)可用能源，再往下輸送給消費者，一氣呵成，但現在它們不再局限于單一的標準結構和這種能源轉換鏈。如今的能源、地區需求和市場(chǎng)環(huán)境千差萬(wàn)別。因此，西門(mén)子能源認為當今的能源體系可被視為一個(gè)無(wú)窮盡的矩陣；在這個(gè)矩陣中，能源需求要求我們找到能夠優(yōu)化利用所有可用能源的解決方案，這個(gè)解決方案要能超越具體能源形態(tài)、不同發(fā)電形式以及傳輸距離的差異，具有普適性。公司的矩陣式能源概念中包含傳統的電廠(chǎng)以及利用光伏、風(fēng)力、水力和生物質(zhì)進(jìn)行的分散式發(fā)電。蓄能系統和電力傳輸同樣是這個(gè)電力矩陣的組成部分。西門(mén)子能源的產(chǎn)品、解決方案和服務(wù)都以該矩陣為藍圖，因而有望幫助構建一個(gè)具有前瞻性的能源體系，在這個(gè)體系中，經(jīng)濟、高效、可靠的可持續發(fā)展能源利用將成為現實(shí)。