西門子DQ 8:數(shù)字量輸出模塊,可控硅

S7-1500 自動化系統(tǒng)具有模塊化的結(jié)構(gòu)，可包含zui多 32 個模塊。 它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。S7-1500 自動化系統(tǒng)支持單層配置，其中的所有模塊均安裝在一個安裝導(dǎo)軌上（請參見手冊以了解前提條件）。

一個系統(tǒng)包含下列組件：

• 控制器：
  CPU 具有不同性能等級，并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET 和 PROFIBUS 接口，用于連接分布式 I/O 或用于編程設(shè)備、操作裝置、其它 SIMATIC 控制器或第三方設(shè)備間的通

提供有大量功能，支持用戶的 S7-1500 編程、調(diào)試和維護等工作。

西門子DQ 8:數(shù)字量輸出模塊,可控硅

• 性能 

• 指令處理速度更快, 取決于 CPU 型號、語言擴展和新的數(shù)據(jù)類型

• 代碼生成得到優(yōu)化，響應(yīng)時間顯著縮短

• 集成技術(shù)

• 通過標(biāo)準(zhǔn) PLCopen 運動控制塊，簡便、快速地對運動序列進行編程

• 運動控制功能支持速度控制軸、定位軸、相對同步操作（在沒有位置同步規(guī)范的條件下實現(xiàn)同步）以及外部編碼器、凸輪和探頭。

• CPU 技術(shù)中還集成了諸如同步操作（利用位置同步規(guī)范進行同步）凸輪系統(tǒng)等擴展的運動控制功能。

• 方便的診斷和調(diào)試工具提供了驅(qū)動器調(diào)試支持

• 向組態(tài)系統(tǒng)和人機界面自動發(fā)送報警消息：簡化的故障排除步驟節(jié)省了調(diào)試時的時間與工作量。

• 等時同步模式

• 將分布式信號采集、信號傳輸和程序執(zhí)行與具有恒定總線循環(huán)時間的 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環(huán)進行同步耦合：
  采集輸入信號并進行處理，按固定時間間隔（恒定總線循環(huán)時間）將輸出信號輸出。同時創(chuàng)建了前后*的部分過程圖像。

• 由于分布式 I/O 以恒定總線循環(huán)時間進行同步信號處理，可實現(xiàn)精確可重現(xiàn)的確定過程響應(yīng)時間

• 在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-1500 還可執(zhí)行高速處理操作，并可取得*的精度和重現(xiàn)性。這意味著可在提供且恒定的質(zhì)量的同時提高產(chǎn)量。

• 提供了用于完成運動控制、測量值采集、高速控制等復(fù)雜任務(wù)的全面組件。

• 集成安全功能

• 通過密碼進行知識保護，防止未經(jīng)*而讀取和修改程序塊（與 STEP 7 相結(jié)合）

• 通過復(fù)制保護
  來提高保護程度，防止未經(jīng)*而復(fù)制程序塊：通過復(fù)制保護，可將 SIMATIC 存儲卡上的程序塊與其序列號綁定，以便只有在將配置的存儲卡插到 CPU 中時，該程序塊才可運行。

• 4 級*方式：
  可向用戶組分配不同訪問權(quán)限。通過新的保護級別 4，還可以限制與 HMI 設(shè)備之間的通信。由于操作保護得到改進，控制器可以檢測到組態(tài)數(shù)據(jù)的更改或未經(jīng)允許的傳輸。

• 設(shè)計與操作

• 帶集成顯示屏的 CPU：
  可方便地分析集中和分布式模塊的狀態(tài)，或不使用編程設(shè)備而設(shè)置或更改 IP 地址。系統(tǒng)診斷信息和用戶報警在顯示屏上以普通文本形式顯示，有助于快速有效地響應(yīng)產(chǎn)生的錯誤消息。菜單和消息文本在顯示屏上可以多種語言顯示。

• 集成系統(tǒng)診斷

• 系統(tǒng)診斷信息在顯示屏上以純文本格式持續(xù)顯示，TIA Portal，HMI 設(shè)備和 web 服務(wù)器，包括驅(qū)動器中的消息，在CPU停止運行的狀態(tài)下均有可能。此功能是作為一個系統(tǒng)功能集成在 CPU 固件中，無需由用戶單獨組態(tài)。若配置了新硬件組件，則自動更新診斷信息。

• 通過質(zhì)量信息，直接在用戶程序中進行簡單快速的診斷：
  通過激活模塊的質(zhì)量信息 (QI)，可直接在用戶程序中查詢和評估所提供過程值的有效性。此時，訪問是通過過程映像并使用簡單二進制或加載命令進行的。先決條件是可在 TIA Portal 中對模塊進行診斷，并對質(zhì)量信息進行組態(tài)。

• 支持 SIMATIC ProDiag S7-1500 – 用于輕松創(chuàng)建機器診斷與工廠診斷。它提升了可用性，并支持就地的故障分析和故障排除功能。

• 通過 SIMATIC STEP 7 Professional V12 組態(tài)軟件進行組態(tài)

• SIMATIC S7-1500 控制器系列可在 Totally Integrated Automation Portal 平臺中使用 STEP 7 Professional V12 或更高版本來編程。SIMATIC STEP 7 Professional V12 是 SIMATIC S7-1500 的直觀組態(tài)系統(tǒng)。

• 兼容性

• 移植：
  與 SIMATIC STEP 7 Professional V13 集成的一個移植工具可幫助從 S7-300/S7-400 切換到 S7-1500 控制器，并自動轉(zhuǎn)換程序代碼。無法自動轉(zhuǎn)換的程序代碼將會記錄下來，并可以手動進行調(diào)整。客戶支持頁面的下載區(qū)域中還以獨立工具的形式提供了該移植工具。STEP 7 V11 項目可在兼容模式下繼續(xù)和 STEP 7 V12 組合使用 。S7-1200 程序也可以通過復(fù)制/粘貼手段轉(zhuǎn)移至 S7-1500

• SIMATIC 存儲卡(用來運行 CPU)

• SIMATIC 存儲卡用作插入式裝載存儲器，或用于更新固件。STEP 7 項目（包括注釋和符號、附加文件或 csv 文件（用于配方和歸檔））也可存儲在 SIMATIC 存儲卡上?？赏ㄟ^用戶程序和 SIMATIC 存儲卡上的系統(tǒng)函數(shù)來創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊，并存儲或讀取數(shù)據(jù)。

• Safety Integrated（S7-1500F 控制器的功能選項）

• “STEP 7 Safety Advanced"選件包；
  用于對 S7-1500F 控制器的安全相關(guān)程序部分進行編程。
  選件包中包括所有用來創(chuàng)建 F 程序的所有功能和塊。STEP 7 Safety Advanced V12 可在 SIMATIC STEP 7 Professional V12 SP1 下運行。

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及早預(yù)警

盡管諸如能源系統(tǒng)和運輸系統(tǒng)等高級基礎(chǔ)設(shè)施讓我們的生活變得越來越舒適，但不論任何時候，只要它們發(fā)生故障，其后果會非常嚴(yán)重。為了防止運行中斷，西門子正在與合作伙伴共同分析傳感器數(shù)據(jù)，以幫助盡早探明技術(shù)問題。其目標(biāo)是打造*的穩(wěn)健系統(tǒng)。

在范圍內(nèi)，信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)大大增加了需要儲存起來的數(shù)據(jù)量。這些數(shù)據(jù)不僅包括Facebook等社交媒體平臺上生成的信息，如圖片、文字和視頻，而且也有企業(yè)員工保存在公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，以及由傳感器生成并通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到數(shù)據(jù)庫中的機器數(shù)據(jù)。

西門子軟件平臺連接了各種類型的數(shù)據(jù)庫，從而有助于防止燃?xì)廨啓C和蒸汽輪機發(fā)生故障。

據(jù)Forrester公司IT市場研究人員開展的調(diào)查，從2006年到2012年，數(shù)據(jù)量增加了10倍。2012年，數(shù)據(jù)量*增至2.5澤字節(jié)以上。這是一個難以想象的巨大數(shù)字，后面有21個零。如果將這些數(shù)據(jù)儲存到CD光盤中，那么，所使用的全部光盤摞在一起，可以從地球到月亮往返5次以上。而數(shù)據(jù)量還在持續(xù)快速增長。IDC市場研究人員執(zhí)行的一項調(diào)查發(fā)現(xiàn)，到2020年，僅在西歐地區(qū)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量就有望增至5澤字節(jié)。一個艾字節(jié)等于10億千兆字節(jié)，相當(dāng)于裝滿200億個文件柜的紙質(zhì)文檔所包含的數(shù)據(jù)量。一個澤字節(jié)等于1000個艾字節(jié)。

數(shù)據(jù)量增長如此迅猛的原因之一是移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益興起。特別是智能中的應(yīng)用程序生成了大量信息。每天有大約2.5澤字節(jié)數(shù)據(jù)在移動互聯(lián)網(wǎng)上傳輸并保存到平臺上。

迄今為止，這些海量數(shù)據(jù)在很大程度上尚未得到有效的開發(fā)利用。然而，歸功于能夠分析大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的“大數(shù)據(jù)"技術(shù)，這種狀況即將改觀。這項技術(shù)利用能夠在對人類而言似乎是虛擬混沌的大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)出人意料的模式和新的相互關(guān)系的算法，實現(xiàn)這一點。根據(jù)這些信息，企業(yè)可以得出新的洞見，不僅能優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、產(chǎn)品、工廠和客戶關(guān)系，而且可以管理復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施，同時優(yōu)化服務(wù)和維護。其目的是將關(guān)于機器和設(shè)備狀況的傳感器數(shù)據(jù)，與關(guān)于錯誤消息和質(zhì)量保證統(tǒng)計數(shù)據(jù)的信息相結(jié)合。

得益于這樣的信息融合，智能監(jiān)控系統(tǒng)可以盡早檢測出故障，以便在故障發(fā)生之前，更換缺陷組件，解決問題。譬如，在燃?xì)獍l(fā)電廠，運動傳感器可以測定出關(guān)于輪機磨損情況的參數(shù)值，然后，傳感器會將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機系統(tǒng)。后者將分析這些數(shù)據(jù)，并且如果發(fā)現(xiàn)，譬如超出了諸如燃燒室zui高允許溫度等臨界限值，就會觸發(fā)報警。在位于慕尼黑的西門子*研究院（CT），Steffen Lamparter博士是業(yè)務(wù)分析與監(jiān)控部門的專家，他說：“這個系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)有效。"

未來，研究人員很可能將這些數(shù)據(jù)與更多信息相結(jié)合并進行實時分析。這些信息涉及多種不同參數(shù)，包括發(fā)電量和電機電流變化。據(jù)保守估計，這樣做可以將技術(shù)人員獲取相關(guān)數(shù)據(jù)所需用時縮短至少25%。Lamparter指出：“因為平均而言，技術(shù)人員的工作時間有80%是用在收集數(shù)據(jù)上，我們預(yù)計，每年僅輪機檢修一項就可節(jié)省超過100萬歐元。"

已經(jīng)在對西門子推出的H-Class燃?xì)廨啓C進行這樣的實時分析。西門子調(diào)試工程師可以隨時隨地立即從新近交付的輪機調(diào)取數(shù)據(jù)并進行分析。每一臺燃?xì)廨啓C都配備1500個傳感器，用于以秒為間隔精確測定諸如溫度、壓力、氣體成分和發(fā)電功率等等關(guān)鍵工作參數(shù)值。

不論是燃?xì)廨啓C、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電輪機，還是其他系統(tǒng)，憑借西門子積累的豐富維修經(jīng)驗，西門子可以通過在運行數(shù)據(jù)和錯誤消息中執(zhí)行智能搜索，得出更多洞見。然后，可以利用這些洞見來進一步優(yōu)化個別系統(tǒng)。西門子打算創(chuàng)建一個計算機輔助專家系統(tǒng)，用于分析設(shè)施故障與設(shè)施組件之間的相互關(guān)系。Lamparter解釋道：“未來，設(shè)計人員在為新設(shè)施遴選組件時，將能夠獲取這些數(shù)據(jù)。通過這些信息，他們可以了解到組件的實際運行情況。"這樣一來，所打造的設(shè)施從一開始就更加穩(wěn)健。

從復(fù)雜數(shù)據(jù)中識別出模式。目前，歐洲開展的一個名為“Optique"的研究項目也在開發(fā)這樣的方法和技術(shù)。在這個項目中，10個合作伙伴——包括像西門子和挪威石油企業(yè)Statoil公司這樣的企業(yè)，以及歐洲各大高校的研究人員——正在開發(fā)用于提高復(fù)雜數(shù)據(jù)庫搜索效率的基本技術(shù)。

該項目旨在將不同數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)庫彼此連接起來，并賦予其一定的智能性。其計劃是使用強大的算法，以就在不久前還被視為不可思議的速度和質(zhì)量水平，發(fā)現(xiàn)出人意料的模式和相互關(guān)系。

未來，在理想條件下，公司員工將能夠使用言簡意賅的問題，在由數(shù)百個相互連接起來的、結(jié)構(gòu)互不相同的數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的龐大數(shù)據(jù)池中搜索信息。搜索結(jié)果將有助于員工作出決定。而要想使其發(fā)生，我們還面臨重大的挑戰(zhàn)，這是因為信息的分布特性和缺乏統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型。

雖然Statoil公司的主要興趣點是在勘探新油田方面加強利用數(shù)據(jù)庫，而Optique項目的西門子應(yīng)用實例代表Mikhail Roshchin博士則希望優(yōu)化利用數(shù)據(jù)，以改善發(fā)電廠輪機的預(yù)防性維護。他的目標(biāo)是提高未來的電力網(wǎng)絡(luò)的抗故障性能。西門子已經(jīng)在向客戶提供預(yù)防性輪機維護服務(wù)。Roshchin在報告中指出，“西門子的能源服務(wù)、石油和天然氣以及電廠等業(yè)務(wù)部門正在通過部署專門的軟件平臺，達成這一點。"現(xiàn)在，西門子打算通過連接更多數(shù)據(jù)源，優(yōu)化其預(yù)防性維護服務(wù)。

Lamparter解釋道：“在這個項目中，我們的主要任務(wù)并非處理海量數(shù)據(jù)。輪機維護服務(wù)每天僅產(chǎn)生30千兆字節(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)池總?cè)萘繛?0兆兆字節(jié)。"將不同數(shù)據(jù)庫整合起來，并同時將之與一個不斷變化、膨脹的數(shù)據(jù)池連接起來，提出了一個遠(yuǎn)為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。Lamparter說：“因此，我們不得不持續(xù)不斷地更新計算。這是一個艱巨的任務(wù)，特別是當(dāng)需要盡可能地實時獲得結(jié)果時。"

挑戰(zhàn)：必須將多種不同類型的數(shù)據(jù)庫整合、互連起來，而數(shù)據(jù)池則在不斷變化和膨脹。

智能評估工具。必須采用其他方法，將諸如文本格式的錯誤消息等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，與諸如機器參數(shù)值等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，相結(jié)合。譬如，西門子文本識別分析技術(shù)和圖像分析技術(shù)可以將文本、語音、視頻和圖像等文件轉(zhuǎn)換為可以分析的數(shù)據(jù)，使之有史以來*次在決策過程中發(fā)揮作用。然而，在這方面，要解決的難題是從邏輯上將各種類型的數(shù)據(jù)源和格式相互起來，以便得出關(guān)于缺陷和故障原因的結(jié)論。

在解釋這個研究項目的另一個目標(biāo)時，Lamparter的同事Thomas Hubauer說：“為了提高分析有效性，甚至為單獨的數(shù)據(jù)庫配備了智能評估工具。"因此，譬如，關(guān)鍵統(tǒng)計數(shù)據(jù)的計算可能不再要求將所有數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù)池。相反，僅需要與有關(guān)查詢相關(guān)的樣本空間。根據(jù)樣本空間，可以計算出平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差等等數(shù)據(jù)。

不過，目前專家依然需要其IT同事的幫助，才能從不同數(shù)據(jù)庫獲得信息。這是因為，必須首先選中現(xiàn)有信息并將之加載到特殊數(shù)據(jù)空間中，才能進行搜索。這要求專門知識，不精通IT技術(shù)的人難以勝任。然而，這種情況也將改變，因為“只有專家自己知道，什么才是真正對他們有益的。"Hubauer如是道。因此，數(shù)據(jù)庫搜索必須變得像使用這樣的互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎一樣簡單。

Optique研究項目尚處于早期階段。這個項目已于2012年11月啟動，將于2016年年底結(jié)束。西門子對這個項目寄予了很高的期望。西門子*研究院的Gerhard Kress說：“我們預(yù)計，研究結(jié)果將可轉(zhuǎn)用于其他大數(shù)據(jù)應(yīng)用。"Kress負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)西門子開展的大數(shù)據(jù)項目。

與西門子能源的同事一樣，西門子醫(yī)療的專家采用類似方法開發(fā)了用于計算諸如CT掃描儀X射線管等關(guān)鍵組件的缺陷概率的專家系統(tǒng)。Kress說：“在決定系統(tǒng)可用性和圖像質(zhì)量方面，X射線管起到了至關(guān)重要的作用。TubeGuard能夠在早期可靠地預(yù)測故障。"

有鑒于此，計算機斷層掃描設(shè)備配備了傳感器，用于監(jiān)測諸如射線管電流、陽極轉(zhuǎn)速和油溫等關(guān)鍵參數(shù)。監(jiān)測軟件可以持續(xù)不斷地將運行數(shù)據(jù)實時發(fā)送至西門子服務(wù)中心。Kress說：“有了這些數(shù)據(jù)，我們同事可以使用復(fù)雜算法來計算出數(shù)日內(nèi)發(fā)生故障的可能性。"得益于此，檢修工作人員可以及時與放射檢查醫(yī)師預(yù)約更換缺陷組件，而不會打斷其工作。

Kress表示：“這個系統(tǒng)已經(jīng)非常有效。"未來，海量數(shù)據(jù)和不同數(shù)據(jù)庫的組合將為開創(chuàng)面向諸如過程分析等程序的新業(yè)務(wù)模式創(chuàng)造條件。在談到這個系統(tǒng)的可能應(yīng)用時，Kress說：“我們可以在大數(shù)據(jù)池中發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，識別出有助于改進醫(yī)生辦公室工作流程和程序的相互關(guān)系。這進而有助于穩(wěn)定醫(yī)療成本。"然而，在實現(xiàn)這個目標(biāo)之前，還需要開展大量研究工作。