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上海晉營自動化科技有限公司

 
  ：喬 靜
 
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   郵 箱：3548508227

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在2017漢諾威機(jī)床展（EMO 2017）上，西門子展示了其功能強(qiáng)大的、基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作MindSphere在機(jī)床領(lǐng)域應(yīng)用的多種連接和安裝選項。西門子利用MindSphere上的“Manage MyMachines”應(yīng)用程序，將展會現(xiàn)場來自140多家制造商的240多臺不同的機(jī)床連接在一起。除此之外，如Heller等機(jī)床制造商還展示了基于MindSphere的全新服務(wù)和業(yè)務(wù)，以效率和生產(chǎn)率。

“參展的機(jī)床制造商對于將其機(jī)床與MindSphere相連所出來的強(qiáng)烈意愿，表明他們看到了基于云的數(shù)字化解決方案的潛力。我們的基于云的物聯(lián)網(wǎng)操作為機(jī)床制造商贏得競爭優(yōu)勢提供了多種，充分利用其廣博的專業(yè)知識，并且為機(jī)床操作員高能的應(yīng)用。這就為新的服務(wù)和業(yè)務(wù)奠定了基礎(chǔ)。MindSphere因此成為了和應(yīng)用全新數(shù)字化技術(shù)的關(guān)鍵，在的時間助力核心技術(shù)能力。”西門子股份公司運(yùn)動控制事業(yè)部*執(zhí)行官Wolfgang Heuring博士在展會上表示。

通過連接MindSphere實現(xiàn)機(jī)床操作的數(shù)字化，使機(jī)床制造商和者能分析和利用大量的機(jī)床數(shù)據(jù)，這在以前是不可能實現(xiàn)的。這了機(jī)床效率和生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)力。MindSphere應(yīng)用程序（MindApps）因此為機(jī)床全新應(yīng)用和創(chuàng)新數(shù)字化服務(wù)提供了一個起點(diǎn)，比如在預(yù)防能源數(shù)據(jù)以及資源等方面。MindSphere的開放在此尤為重要，例如，利用開放接口（API）生成針對具體OEM和客戶的應(yīng)用程序以及OPC UA這樣的開放式連接。MindSphere因此為發(fā)展面向機(jī)床制造商和設(shè)備制造商的新業(yè)務(wù)以及面向機(jī)床用戶的新應(yīng)用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。

西門子MindApps為機(jī)床制造商數(shù)字化提供了基礎(chǔ)功能。機(jī)床制造商可借助這些基礎(chǔ)功能，利用其的機(jī)床和工藝知識，針對客戶并創(chuàng)新的、定制化的應(yīng)用、解決方案和服務(wù)。這使得他們可以監(jiān)控分散在各地的分散或集中的機(jī)床，以縮短其停機(jī)時間。

MindSphere同時也是一個開放式應(yīng)用平臺，可助力工業(yè)領(lǐng)域的客戶價值，使用該的企業(yè)可把控所需的服務(wù)。MindSphere帶來的全新可能使機(jī)床制造商、供應(yīng)商和者能為客戶提供全新的服務(wù)。

除了西門子的MindApp“Manage MyMachines”應(yīng)用程序之外，機(jī)床制造商及合作伙伴也在西門子展位展示了他們所的MindSphere應(yīng)用程序。

Manage MyMachines——數(shù)字化業(yè)務(wù)的敲門磚

西門子針對與源訊合作的“Manage MyMachines”應(yīng)用程序提供了一個插件：“Manage MyMachines/WorkingOrdering”。通過該插件可將“Manage MyMachines”應(yīng)用程序與OEM具體的SAP ERP業(yè)務(wù)流程相連，“Manage MyMachines”也可以采集計劃內(nèi)的機(jī)床以及計劃外的機(jī)器停機(jī)等信息。“Manage MyMachines/WorkingOrdering”可自動將這些事件與SAP ERP進(jìn)行同步，將相關(guān)任務(wù)分配給服務(wù)人員。

“Manage MyMachines”能快速地將Sinumerik 840D這樣的機(jī)床數(shù)控與MindSphere相連，為用戶提供來自聯(lián)網(wǎng)機(jī)床的信息。該應(yīng)用程序能采集、分析和顯示相關(guān)機(jī)床數(shù)據(jù)，使用戶能清晰地了解機(jī)床的當(dāng)前以及歷史狀況，從而縮短機(jī)床停機(jī)時間，服務(wù)和流程，生產(chǎn)力。因此，“Manage MyMachines”為那些希望迅速向市場推出基于云的應(yīng)用的機(jī)床制造商提供了選擇。

攜手機(jī)床制造商HELLER應(yīng)用程序“HELLER4Services”

Heller機(jī)床技術(shù)股份公司在擁有2580名員工，致力于和生產(chǎn)切削加工機(jī)床。將Heller生產(chǎn)與云平臺相連，代表著該公司在工業(yè)4.0中邁出了一大步。“HELLER4Services”是“HELLER4Industry”理念的一部分，該理念要求將業(yè)務(wù)活動與價值鏈數(shù)字化相結(jié)合。作為在MindSphere中MindApp的模塊，它涵蓋了數(shù)字化服務(wù)，可機(jī)床生命周期中的和服務(wù)成本。這帶來了一個導(dǎo)向的預(yù)防項目，以確保及時預(yù)防業(yè)務(wù)中斷和代價高昂的停機(jī)等狀況。

“HELLER4Services”是通過“HELLER服務(wù)界面”對機(jī)床數(shù)據(jù)和相關(guān)圖形進(jìn)行評估的。該應(yīng)用程序從而可提供的機(jī)床狀況視圖，針對每一個時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并同步生產(chǎn)階段的流程數(shù)據(jù)與發(fā)生的錯誤信息。

攜手IT服務(wù)提供商源訊MindApp

作為與西門子合作的一部分，源訊針對MindSphere的應(yīng)用理念和設(shè)計提供服務(wù)。源訊已經(jīng)了6款MindApps，其中包括“Manufacturing Sustainability App”和“Production Confirmation App”。源訊利用MindApp將來自生產(chǎn)機(jī)床和不同的數(shù)據(jù)集成到MindSphere，數(shù)據(jù)在此進(jìn)行收集和處理（采用大數(shù)據(jù)分析形式）。MindSphere用戶因此可關(guān)于生產(chǎn)現(xiàn)狀和預(yù)期狀態(tài)的信息以及針對具置的信息。源訊提供的即插即用型應(yīng)用程序以及的集成、基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)為打造針對具體客戶的MindSphere應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。其重點(diǎn)是出使MindSphere客戶能無縫連接至其現(xiàn)有IT的即插即用型應(yīng)用程序。

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關(guān)于西門子在

西門子股份公司是的技術(shù)企業(yè)，創(chuàng)立于1847年，業(yè)務(wù)遍及200多個，專注于電氣化、自動化和數(shù)字化領(lǐng)域。作為大的能源和資源節(jié)約型技術(shù)供應(yīng)商之一，西門子在發(fā)電和輸電解決方案、基礎(chǔ)設(shè)施解決方案、工業(yè)自動化、驅(qū)動和解決方案，以及成像設(shè)備和實驗室診斷等領(lǐng)域占據(jù)地位。西門子自1872年，140余年來以創(chuàng)新的技術(shù)、的解決方案和產(chǎn)品堅持不懈地對的發(fā)展提供支持，并以出眾的品質(zhì)和令人信賴的可靠的技術(shù)成就、不懈的創(chuàng)新追求，在業(yè)界獨(dú)樹一幟。2016財年（2015年10月1日至2016年9月30日），西門子在的總營收達(dá)到64.4億歐元，擁有約31000名員工。西門子已經(jīng)發(fā)展成為社會和經(jīng)濟(jì)不可分割的一部分，并竭誠與攜手合作，共同致力于實現(xiàn)可發(fā)展。

電纜類型

全新的快速連接（FC）總線電纜為徑向?qū)ΨQ設(shè)計，可使用剝線工具。以此，可以快速、簡便地安裝總線接頭。

• PROFIBUS FC 標(biāo)準(zhǔn)電纜GP:標(biāo)準(zhǔn)總線電纜專門為快速安裝而設(shè)計的
• PROFIBUS FC 標(biāo)準(zhǔn)電纜 IS GP：具有特殊設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)總線電纜，用于快速安裝本質(zhì)安全分布式 I/O 系統(tǒng)
• PROFIBUS FC 快速連接高強(qiáng)度電纜：專門設(shè)計用于腐蝕環(huán)境和苛刻機(jī)械負(fù)荷條件
• PROFIBUS FC 食用電纜：該種電纜使用 PE 外套材料，因此適用于食品和煙草行業(yè)。
• PROFIBUS FC 接地電纜：于地下敷設(shè)。它不同于裝備有附加外套的 PROFIBUS 總線電纜
• PROFIBUS FC軟電纜柔（絞合導(dǎo)線）、無鹵素總線電纜，帶聚氨酯護(hù)套，可偶然移動
• PROFIBUS FC 拖纜:于在拖纜中強(qiáng)制運(yùn)動控制的總線電纜，例如在連續(xù)運(yùn)動的機(jī)器部件中（絞合導(dǎo)線）
• PROFIBUS FC FRNC 電纜：雙芯屏蔽，阻燃設(shè)計，無鹵總線電纜，有一個共聚物外殼 FRNC（阻燃無腐蝕）

不采用快速連接技術(shù)的總線電纜（取決于結(jié)構(gòu)類型）

• PROFIBUS 彩色電纜:軟總線電纜（成束線），用于花彩線。用于圓電纜，*用于電纜運(yùn)輸車模式
• PROFIBUS 扭轉(zhuǎn)電纜高度靈活用總線電纜：用于移動機(jī)器部件的拖纜（絞線）（在長 1 m電纜上能至少扭轉(zhuǎn) 500 萬次，± 180o)
• PROFIBUS 混合電纜 GP:適合拖曳的堅固混合電纜，帶有兩條用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)你~導(dǎo)線和兩條用于 ET 200pro 的電源的銅導(dǎo)線
• SIENOPYR FR 船用電纜無鹵素、抗踩壓、阻燃、經(jīng)過船級社的光纖電纜，可安裝在船甲板及船艙內(nèi)。按米銷售

西門子DP通訊電纜

的軟件系統(tǒng)組成（圖）

  由圖1可見，PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制用的計算機(jī)。PLC系統(tǒng)也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。其軟件主要有以下幾個邏輯部件： 

（1）繼電器邏輯

為適應(yīng)電氣控制的需要，PLC為用戶提供繼電器邏輯，用邏輯與或非等邏輯運(yùn)算來處理各種繼電器的連接。PLC內(nèi)部有儲單元有“1”和“0”兩種狀態(tài)，對應(yīng)于“0N”和“0FF”兩種狀態(tài)。因此PLC中所說的繼電器是一種邏輯概念的，而不是真正的繼電器，有時稱為“軟繼電器”。這些“軟繼電器”與通常的繼電器相比有以下特點(diǎn)：

①體積小、功耗低

②無觸點(diǎn)、速度快、壽命長

③有無數(shù)個觸點(diǎn)，使用中不必考慮接點(diǎn)的容量

PLC一般為用戶提供以下幾種繼電器（以FX2N系列PLC為例）：

輸入繼電器（X）：把現(xiàn)場信號輸入PLC，同時提供無限多個常開、常閉觸點(diǎn)供用戶編程使用。在程序中只有觸點(diǎn)沒有線圈，信號由外部信號驅(qū)動。編號采用八進(jìn)制，分別為X000—X007，X010-X017等。

輸出繼電器（Y）：具備一對物理接點(diǎn)，可以串接在負(fù)載回路中，對應(yīng)物理元件有繼電器、晶閘管和晶體管。外部信號不能直接驅(qū)動，只能在程序中用指令驅(qū)動。編號采用八進(jìn)制，分別為Y000—Y007，Y010-Y017等。

內(nèi)部繼電器（M）：與外界沒有直接，僅作運(yùn)算的中間結(jié)果使用。有時也稱為輔助繼電器或中間繼電器。和輸出繼電器一樣，只能由程序驅(qū)動。每個輔助繼電器有無限多對常開、常閉觸點(diǎn)，供編程使用。地址號按十進(jìn)制分配，通用型輔助繼電器有M0-M499共500點(diǎn)，保持型輔助繼電器有M500-M1023共524點(diǎn)，特殊型輔助繼電器有M8000-M8255共157點(diǎn)。

(2)定時器邏輯

PLC一般采用硬件定時中斷，軟件計數(shù)的方法來實現(xiàn)定時邏輯功能，定時器一般包括：

定時條件：控制定時器操作。

定時語句：所使用的定時器，給出定時設(shè)定值。

定時器的當(dāng)前值：記錄定時時間。

定時繼電器：定時器達(dá)到設(shè)定的值時為“1“（0N）狀態(tài)，未開始定時或定時未達(dá)到設(shè)定值時為“0”（0FF）狀態(tài)。

其邏輯功能如下表所示:

定時器：T

a.功能：該元件是定時用的，范圍為0.001～32.767（1ms定時器）秒、0.01～327.67秒（10ms定時器）、0.1～3276.7秒（100ms定時器）。元件范圍按十進(jìn)制分配如下：

                            T246～T249：1ms定時器

                            T200～T245：10ms定時器

                            T0～T199：100 ms定時器

b.舉例：

①梯形圖：

  ②程序清單

LD      X000

OUT  T0  K123

LD  T0

OUT  y000

END

③波形圖

(3)計數(shù)器邏輯

PLC為用戶提供了若干計數(shù)器，它們是由軟件來實現(xiàn)的，一般采用遞減計數(shù)，一個計數(shù)器有以下幾個內(nèi)容：

計數(shù)器的復(fù)位信號R

計數(shù)器的計數(shù)信號（CP單位脈沖）

計數(shù)器設(shè)定值的記憶單元

計數(shù)器當(dāng)前計數(shù)值單元

計數(shù)繼電器，計數(shù)器計數(shù)達(dá)到設(shè)定值時為0N，復(fù)位或未到計數(shù)設(shè)定值時為0FF。

其邏輯功能如下表：

（4）計數(shù)器：C

a.功能：該元件完成記數(shù)功能。內(nèi)部計數(shù)用的16位向上計數(shù)器（1～32767）和計數(shù)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出等用的32位高速（向上、向下）計數(shù)器（-2，147，483648～+2，147，483，647）。該元件范圍按十進(jìn)制分配如下：

16位向上計數(shù)器：

C0～C99：一般用（非停電保持）；

C100～C199：保存用（停電保持）；

32位向上、向下高速計數(shù)器：

C200～C219：一般用（非停電保持）； C220～C234：保存用（停電保持）；

b.舉例：①梯形圖：

②程序清單：

            LD  X000

RST C0

LD  X001

OUT  C0  K5

LD  C0

OUT  Y000

            END

③波形圖：

PLC除能進(jìn)行位運(yùn)算外，還能進(jìn)行字運(yùn)算。PLC為用戶提供了若干個數(shù)據(jù)寄存器，以存儲有效數(shù)據(jù)。

硬件中斷

通過硬件中斷可以監(jiān)控過程信號，并且，可以觸發(fā)針對信號變化的響應(yīng)。

• 數(shù)字量輸入模塊：
  根據(jù)參數(shù)設(shè)置的不同，針對每個通道組，當(dāng)信號狀態(tài)發(fā)生改變時，模塊都可以發(fā)起硬件中斷，觸發(fā)沿可以選用上升沿、下降沿或者混合使用上升沿和下降沿。CPU會中斷用戶程序或較低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行，并接下來執(zhí)行相關(guān)的診斷中斷塊（OB 40）。信號模塊可以緩沖一次中斷/通道。
• 模擬量輸入模塊：
  通過上限值和下限值的參數(shù)值，可以設(shè)定其工作范圍。模塊將數(shù)字化測量值與這些極限值進(jìn)行比較。當(dāng)測量值違反了其中任何一個限定值時，就會觸發(fā)硬件中斷。CPU會中斷用戶程序或較低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行，并接下來執(zhí)行相關(guān)的診斷中斷塊（OB 40）。如果極限高于/低于過量程/欠量程，則無法進(jìn)行比較。

S7-400H

容錯通訊

帶有容錯通信功能的SIMATIC提供了一種新的通信類型，該通信類型具有以下特點(diǎn)：

• 可用更高：
  發(fā)生故障時，憑借其多達(dá)4個的冗余連接，可以繼續(xù)通信。必要的切換工作對于用戶來說是透明的。
• 工作簡單；
  容錯處理對于用戶也是透明的。可使用用于標(biāo)準(zhǔn)通訊的用戶程序，無需修改。冗余功能的定義僅需在參數(shù)化階段就可以完成。

容錯通訊目前由 S7-400H（冗余和非冗余配置）和 PC 所支持。對于 PC 來說，需要使用 Redconnect 軟件包（參見“SIMATIC NET 通訊系統(tǒng)”）。

取決于對可用的需求，可以使用不同的組態(tài)選項：

• 單一總線或冗余總線。
• 線型拓?fù)浜铜h(huán)型拓?fù)淇偩€。

工作模式

CPU 417-4H、CPU 414-4H 和 CPU 412-3H 的操作系統(tǒng)可自主執(zhí)行 S7-400H 的所有必要附加功能：

• 數(shù)據(jù)交換
• 故障響應(yīng)（控制轉(zhuǎn)換給備用設(shè)備）
• 兩個子設(shè)備的同步
• 自檢

冗余原理

S7-400H的工作符合“熱備份”模式的主動冗余原理（支持故障發(fā)生時的無重啟自動切換功能）。根據(jù)該原理，在*運(yùn)行期間，兩個子單元都處于工作狀態(tài)。當(dāng)故障發(fā)生時，未出現(xiàn)故障的設(shè)備將獨(dú)立地接管過程控制。

為了確保平穩(wěn)的控制接管，必須通過*控制器鏈路實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)交換。

在控制轉(zhuǎn)移期間，設(shè)備自動地使用

• 相同的用戶程序
• 相同的數(shù)據(jù)塊
• 相同的過程圖像內(nèi)容
• 相同的內(nèi)部數(shù)據(jù)，例如定時器、計數(shù)器、位存儲單元等

這意味著，這兩個設(shè)備的更新操作始終*一樣，并可以在出現(xiàn)故障時獨(dú)立地繼續(xù)執(zhí)行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時，其結(jié)果將是：

• 在*的工作期間，兩個模塊均處于工作狀態(tài)，即，在存在冗余輸入的情況下，例如通過兩個模塊讀入的共用傳感器（也可以設(shè)置兩個傳感器）的信號，會對其結(jié)果進(jìn)行比較，以將*的值提供給用戶以進(jìn)一步處理。對于冗余輸出來說，由用戶程序計算出的值通過兩個模塊來輸出。
• 如果出現(xiàn)了故障，例如輸入模塊中有一個或者兩個均出現(xiàn)了故障，則不再尋址故障模塊，且對故障進(jìn)行報告處理，此后，僅使用未出現(xiàn)故障的模塊繼續(xù)工作。聯(lián)機(jī)修理工作完成之后，又可以尋址兩個模塊。

對于無重啟切換，必須實現(xiàn)兩個子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅(qū)動同步”技術(shù)。

同步操作伴隨著導(dǎo)致兩個子單元內(nèi)部狀態(tài)出現(xiàn)差異的每個事件而進(jìn)行。這些事件的發(fā)生情況例如有：

• 直接訪問 I/O
• 中斷、報警
• 更新用戶時間，或
• 使用通信功能更改數(shù)據(jù)。

同步由操作系統(tǒng)自動完成，程序編制期間無需處理。

自檢

S7-400H 可執(zhí)行大量自檢。這涉及到以下部分的檢測工作：

• *控制器的連接。
• CPU
• 處理器/ASIC
• 存儲器

每個檢測到故障都將被報告。

啟動時自檢

啟動時，每個子單元都會完整地執(zhí)行全部自檢功能。

循環(huán)工作期間的自檢

完整的自檢需要多個循環(huán)。每個循環(huán)僅執(zhí)行一小部分的自檢，因此，施加至物理控制器上的負(fù)荷很小。

組態(tài)、編程

S7-400H 的編程與 S7-400 相類似。所有可用的 STEP 7 功能都可以使用。

對 S7-400H 進(jìn)行編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模塊的組態(tài)

硬件組態(tài)時，用戶必須通過HW Config明確地指出彼此相互冗余的模塊。這僅需指出需要工作于冗余模式的模塊和需要作為“冗余伙伴”的第二個模塊。在用戶程序中，程序編制時使用地址zui低的那個模塊。第二個地址對用戶來說不可見，無論是冗余還是非冗余I/O，控制部分的編程工作都*相同。與非冗余I/O*的差別是，冗余I/O程序有兩個塊庫中的功能塊（RED_IN 和 RED_OUT），且在用戶程序的起始和結(jié)束部分調(diào)用這兩個功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標(biāo)準(zhǔn)組件已經(jīng)集成在STEP 7中。

S7-400F/FH

S7-400F/FH 滿足下列安全要求：

• 安全級別為AK 1 至 AK 6，符合標(biāo)準(zhǔn)DIN V 19250/DIN V VDE 0801的要求。
• 安全需求級別為SIL 1 - SIL 3，符合標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508的要求。
• 符合安全標(biāo)準(zhǔn)EN 954-1的類別1-4。

工作模式

S7-400F/FH的安全功能包含在CPU的F程序中，并且位于故障安全信號模塊之內(nèi)。

信號模塊采用差異分析方法和測試信號注入技術(shù)實現(xiàn)輸出和輸入信號的監(jiān)控。

借助周期自檢、指令檢測、程序邏輯檢測和程序順序流檢測等方法，CPU可以檢測控制器是否工作正常。此外，通過“活躍標(biāo)志（sign-of-life）”請求，還可以對I/O進(jìn)行檢測。

若判定系統(tǒng)中存在故障，則將該系統(tǒng)切換至安全狀態(tài)。

F-Runtime *

F-Runtime許可證加載至CPU 417-4H之后，S7-400F/FH才能工作。每個S7-400F/FH均需要一個許可證。

編程

S7-400F/FH 的編程方法同其他 SIMATIC S7 編程方法相同。使用現(xiàn)場實證過的編程工具，例如STEP 7，創(chuàng)建用于非故障安全工廠區(qū)段的用戶程序。

S7 F 系統(tǒng)選項軟件包

編制安全相關(guān)的程序段時，選項軟件包“S7 F Systems”*。該軟件包含有創(chuàng)建F程序所需要的全部功能和塊。PG/PC上加載了以下軟件包之后，S7 F系統(tǒng)才能運(yùn)行：

• STEP 7 V5.1 以上
• CFC，V5.23及以上版本
• S7-SCL，V5.1 SP 1及以上版本
• S7 H Systems V5.1（可選，用于S7-400FH）

對于含安全功能的F程序，使用CFC調(diào)用F庫中的功能塊，且這些功能塊可能彼此互相調(diào)用。使用CFC，可以簡化工廠的組態(tài)和編程工作，且，可以在整個工廠范圍內(nèi)使用*表達(dá)，從而也簡化了驗收測試工作。無需借助額外的功具，程序員就可以*專注于編制安全相關(guān)的應(yīng)用程序。