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S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)可使用在對(duì)安全要求較高的設(shè)備中。其可對(duì)立即停車過程進(jìn)行控制，因此不會(huì)對(duì)人身、環(huán)境造成損害。

S7-300F 滿足下列安全要求：

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

另外，標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)，在非安全相關(guān)和安全相關(guān)任務(wù)共存的工廠中使用。使用相同的標(biāo)準(zhǔn)工具對(duì)整個(gè)工廠進(jìn)行組態(tài)和編程。

設(shè)計(jì)

S7-300

一般步驟

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

一個(gè)系統(tǒng)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(duì)應(yīng)功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口的 CPU。
• 用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出的信號(hào)模塊 (SM)。
• 用于連接總線和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的通信處理器 (CP)。
• 用于高速計(jì)數(shù)、定位（開環(huán)/閉環(huán)）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

根據(jù)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(fù)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(kuò)展裝置 (EU)。
  通過分布式中央控制器 (CC) 和 3 個(gè)擴(kuò)展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達(dá) 32 個(gè)模塊。所有模塊均在外殼中運(yùn)行，并且無需風(fēng)扇。
• SIPLUS 模塊可用于擴(kuò)展的環(huán)境條件：
  適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結(jié)露以及有霧的環(huán)境條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護(hù)等級(jí)為 IP20 機(jī)柜內(nèi)使用時(shí)，可直接在汽車或室外建筑使用。不需要空氣調(diào)節(jié)的機(jī)柜和 IP65 外殼。

設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使得 S7-300 使用靈活且易于維護(hù)：

• 安裝模塊：
  只需簡(jiǎn)單地將模塊掛在安裝導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)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(jī)構(gòu)，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(cuò)插到其他的模塊上。
• 現(xiàn)場(chǎng)證明可靠的連接：
  對(duì)于信號(hào)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(tǒng)提供預(yù)組裝接線另外還可直接在信號(hào)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(nèi)，并有前蓋保護(hù)。因此，所有模塊應(yīng)有明確的安裝深度。
• 無插槽規(guī)則:
  信號(hào)模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統(tǒng)可自行組態(tài)。

擴(kuò)展

若用戶的自動(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(duì) S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進(jìn)行擴(kuò)展：

• 中央控制器和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架最多可連接32個(gè)模塊：
  總共可將 3 個(gè)擴(kuò)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(kuò)展裝置的通信。
  • 通過 IM 365 擴(kuò)展：
    1 個(gè)擴(kuò)展裝置最遠(yuǎn)擴(kuò)展距離為 1 米；電源電壓也通過擴(kuò)展裝置提供。
  • 通過 IM 360/361 擴(kuò)展：
    3 個(gè)擴(kuò)展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的最遠(yuǎn)距離為 10m。
• 單獨(dú)安裝：
  對(duì)于單獨(dú)的 CC/EU，也能夠以更遠(yuǎn)的距離安裝。兩個(gè)相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長(zhǎng)達(dá) 10m。
• 靈活的安裝選項(xiàng)：
  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足空間要求。
•  

資源短缺日益嚴(yán)重，日本遭遇核災(zāi)難，全球開始變暖，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(xù)性。為了改變這一現(xiàn)狀，各種目標(biāo)遠(yuǎn)大的計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生。比如，德國(guó)就在考慮實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展能源供應(yīng)，這種轉(zhuǎn)變注定要面對(duì)種種挑戰(zhàn)，但是同時(shí)也將為人類、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)帶來諸多機(jī)遇。

聽起來像是科幻小說里的情節(jié)。驅(qū)使小行星進(jìn)入環(huán)繞月球的軌道，然后讓機(jī)器和設(shè)備降落在這些小行星上，開采鐵、鉑和稀土元素等原料。2012年4月，當(dāng)一家名不見經(jīng)傳的公司首度展示這個(gè)商業(yè)模式時(shí)，著實(shí)讓全世界大吃一驚。這個(gè)乍聽起來猶如癡人說夢(mèng)的設(shè)想，實(shí)際上是一個(gè)嚴(yán)密的計(jì)劃。宣布這一目標(biāo)的公司名為“Planetary Resources”。據(jù)多家機(jī)構(gòu)的可行性研究報(bào)告，此類項(xiàng)目最早2025年就有望進(jìn)入實(shí)施階段。

該設(shè)想背后的目的不無道理。據(jù)智庫機(jī)構(gòu)“全球生態(tài)足跡網(wǎng)絡(luò)”（Global Footprint Network）計(jì)算，如果我們不設(shè)法節(jié)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)地球滿足人類的資源需求。與此同時(shí)，卻有巨大的金屬和礦石礦藏與地球擦肩而過，它們就是不計(jì)其數(shù)的小行星。那么開采小行星上的礦藏是否就可以解決我們的資源短缺問題？或許可以，但是這種方式可能會(huì)過于昂貴、過于復(fù)雜。更為現(xiàn)實(shí)可行的出路是更經(jīng)濟(jì)有效地利用現(xiàn)有資源。

然而對(duì)于很多國(guó)家而言，這卻絕非易事。之所以說它是個(gè)巨大挑戰(zhàn)，皆因我們最終要同時(shí)克服當(dāng)今面臨的兩大難題：氣候變化和資源短缺。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，就必須本著更好地實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展這一目標(biāo)，對(duì)我們的經(jīng)濟(jì)和能源體系進(jìn)行重大改革。經(jīng)濟(jì)改革要求加強(qiáng)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(guī)模采用零碳能源。此外，還必須顯著提高發(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)。

柏林勃蘭登堡門門前的一條標(biāo)語寫道“能源轉(zhuǎn)型，刻不容緩！”。這條標(biāo)語折射出德國(guó)對(duì)于向可再生能源、節(jié)能增效和新型交通解決方案轉(zhuǎn)型的高度熱情。

在德國(guó)，這種可持續(xù)發(fā)展的能源體系的未來面貌已依稀可見。日本2011年發(fā)生核災(zāi)難之后，德國(guó)*制定了一個(gè)宏遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展能源供應(yīng)目標(biāo)。德國(guó)不僅計(jì)劃在2022年之前*摒棄核能，還要求大力發(fā)展風(fēng)能和太陽能等可再生能源（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(chǔ)上減少80%）。“實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)對(duì)于德國(guó)人民而言是一個(gè)世紀(jì)項(xiàng)目。這個(gè)目標(biāo)是正確的，它的意義重大。”西門子能源業(yè)務(wù)領(lǐng)域*執(zhí)行官M(fèi)ichael Süß表示，“其他國(guó)家都在密切關(guān)注德國(guó)如何開拓這條道路。”

完成這個(gè)項(xiàng)目不僅要求營(yíng)造適當(dāng)?shù)恼苇h(huán)境，而且最重要的，還要有合適的技術(shù)解決方案。“這意味著方方面面的創(chuàng)新：能源效率、電力傳輸、電力生產(chǎn)和存儲(chǔ)。”德國(guó)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《未來之窗》采訪時(shí)表示。“德國(guó)工業(yè)是成功實(shí)現(xiàn)向可持續(xù)能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型的一大保證。”此外，一旦德國(guó)的能源體系改革取得成功，那么德國(guó)所采用的解決方案可以輸出到全球各地。

慶幸的是，實(shí)現(xiàn)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展能源體系這一個(gè)宏大的目標(biāo)，并不意味著要推翻現(xiàn)有的技術(shù)從頭再來。所需的很多技術(shù)和解決方案已接近成型，目前正在開發(fā)之中。要使能源體系具有可持續(xù)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(nèi)，它們必須更多地參與市場(chǎng)公平競(jìng)爭(zhēng)。”Homann稱，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(jìng)爭(zhēng)。尤其是在風(fēng)電領(lǐng)域，這種經(jīng)濟(jì)可行性可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。得益于西門子風(fēng)電實(shí)驗(yàn)室目前正在開發(fā)的創(chuàng)新技術(shù)，用不了多久，風(fēng)力發(fā)電即便沒有政府補(bǔ)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自資源豐富的地方——比如在陽光充沛地區(qū)收集太陽能，在廣闊的海洋上捕獲風(fēng)能，因此就需要將輸電網(wǎng)擴(kuò)建成電力高速公路，不僅國(guó)內(nèi)要暢通，還要通向國(guó)外。高壓直流輸電（HVDC）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的理想解決方案。在遠(yuǎn)距離輸電中，HVDC的效率超過了傳統(tǒng)的三相高壓輸電線路。

2012年5月底，德國(guó)政府和德國(guó)各大電力公司聯(lián)合發(fā)布了一份《電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》，明確了遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)改造的基礎(chǔ)指標(biāo)，提出了新建3,800公里線路的計(jì)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(xù)發(fā)展能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型要求采取相輔相成的配套措施。德國(guó)聯(lián)邦環(huán)境部部長(zhǎng)Peter Altmaier手里拿的便是這樣一幅“能源拼圖”

然而，在這一發(fā)展過程中有一點(diǎn)仍然非常重要，那就是不能讓市民感覺向可持續(xù)能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型的決策絲毫未考慮他們的利益或觀點(diǎn)。“建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的能源體系，還需要人們轉(zhuǎn)變觀念。”Süß一語中的，“如果說連安裝一根電線桿都需要去爭(zhēng)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(chǔ)設(shè)施，就不可能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。”

然而，可再生能源的大量使用不僅僅要求擴(kuò)建電網(wǎng)。這是因?yàn)轱L(fēng)能和太陽能的發(fā)電量會(huì)隨天氣的變化而變化。因此，長(zhǎng)期來看，還需要能夠?qū)⑦^剩電能存儲(chǔ)幾小時(shí)、幾天，甚至幾周的蓄能系統(tǒng)，必要時(shí)，在風(fēng)力不足的日子里，這個(gè)系統(tǒng)再將電能饋回電網(wǎng)。目前已經(jīng)有一些類似的系統(tǒng)在開發(fā)之中，包括水氫電解法和蓄電廠，以及西門子基礎(chǔ)設(shè)施與城市業(yè)務(wù)領(lǐng)域開發(fā)的Siestorage蓄電技術(shù)。Siestorage是一種基于鋰離子電池的模組系統(tǒng)，它能存儲(chǔ)500度電（按平均水平計(jì)算，相當(dāng)于50個(gè)家庭的日用電量），可以充當(dāng)緩沖裝置，以應(yīng)對(duì)可再生能源的短暫浮動(dòng)，比如幾秒或幾分鐘內(nèi)的浮動(dòng)。同時(shí)，傳統(tǒng)電廠仍然必不可少，它們要提供一定的基載電能，同時(shí)充當(dāng)備用供電源，當(dāng)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?xì)獍l(fā)電廠尤其適合這一用途。

百萬能源生產(chǎn)大軍。無論是太陽能、風(fēng)能或生物質(zhì)發(fā)電廠，還是小型熱電聯(lián)產(chǎn)廠，或是大型傳統(tǒng)電廠，將來會(huì)有數(shù)百萬臺(tái)發(fā)電機(jī)源源不斷地向德國(guó)電網(wǎng)送電——而不是15年前的寥寥幾百臺(tái)。用電者也將逐步成為發(fā)電者，或者說是“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(shè)施，它可以保證配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)智能化電力管理。

從全局而言，需求側(cè)也必須實(shí)現(xiàn)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(jī)制。如果價(jià)格隨著需求的增加而上漲，那么用戶就會(huì)減少不必要的用電。比如，冷藏倉(cāng)庫、空調(diào)系統(tǒng)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(yuǎn)是未消耗的電能。因此，可持續(xù)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(duì)于企業(yè)而言尤為如此，企業(yè)可以通過提高能效，降低能源成本，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

交通系統(tǒng)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(jié)能措施，就可以使建筑物的能耗減少近四分之一。西門子目前正在為很多國(guó)家的建筑物裝配節(jié)能設(shè)備，從而打造出全世界屈指可數(shù)的可持續(xù)發(fā)展建筑物。

在對(duì)建筑物進(jìn)行現(xiàn)代化改造時(shí)，西門子常常發(fā)現(xiàn)唯有采用明智的融資方案，才能取得更好的節(jié)能增效結(jié)果。對(duì)于預(yù)算有限而仍希望設(shè)法降低能源需求的城市而言，明智的融資方案尤其重要。西門子采用的合同能源管理就是一種明智的融資方案。根據(jù)合同，用戶不需要為現(xiàn)代化節(jié)能設(shè)施的初始安裝投入任何成本。然后，他們只需要用節(jié)約的能源成本分期支付設(shè)施升級(jí)費(fèi)用。

首要目標(biāo)：可靠的供應(yīng)。在為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展能源體系采取的一切行動(dòng)中，有一個(gè)目標(biāo)始終占據(jù)著頭等重要的位置：能源供應(yīng)的安全性。未來的能源供應(yīng)必須可靠，其價(jià)格必須適度。“我們可以想象得到電網(wǎng)費(fèi)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(kuò)建必須以滿足安全供應(yīng)的需求為限，不能過度。此外，成本去向必須透明，成本必須在消費(fèi)者群體中公平分?jǐn)偂?rdquo;

同時(shí)，能源供應(yīng)在任何情況下都應(yīng)具備穩(wěn)定性，尤其是在像德國(guó)這樣的高度工業(yè)化國(guó)家。2012年7月印度發(fā)生了大規(guī)模停電事故，致使近6億人口在長(zhǎng)達(dá)兩天的時(shí)間里無電可用。如果德國(guó)的電網(wǎng)也像這樣頻繁出現(xiàn)故障或供應(yīng)中斷，那么就會(huì)有損于全國(guó)工商業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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。在適當(dāng)?shù)目蚣芟?，也就是政府?duì)可再生能源、能源效率、配電網(wǎng)擴(kuò)建、網(wǎng)費(fèi)和研發(fā)的適當(dāng)支持下，各種措施的相輔相成將構(gòu)建出一副和諧的整體藍(lán)圖。這是向可持續(xù)能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型的必由之路；同時(shí)在轉(zhuǎn)型過程中研發(fā)出的產(chǎn)品還可以輸入國(guó)際市場(chǎng)，成為重要的出口產(chǎn)品，因?yàn)槠渌麌?guó)家遲早需要探尋自己的可持續(xù)能源供應(yīng)之路。

目前德國(guó)的哈爾茨山就在實(shí)施和測(cè)試一個(gè)可持續(xù)能源體系項(xiàng)目。在該地區(qū)，可再生能源盛行，占當(dāng)?shù)仉娏?yīng)的60%以上。但問題是如何既保證所有電網(wǎng)的穩(wěn)定性和配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性、可靠性與安全性，又實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的電力傳輸。

Harz.EE交通研究項(xiàng)目由德國(guó)多個(gè)部委扶持，參與方包括西門子、移動(dòng)通訊運(yùn)營(yíng)商沃達(dá)豐、公用事業(yè)公司E.ON和德國(guó)鐵路系統(tǒng)。各方正在研究將各地的可再生能源應(yīng)用于電動(dòng)車輛，以及將這類能源并入智能電網(wǎng)的方法。盡管存在地理限制，該項(xiàng)目還是展現(xiàn)了交通如何被納入更廣泛的可持續(xù)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

人類對(duì)能源的需求始終有增無減。電力能以一種經(jīng)濟(jì)、清潔、可靠和高效利用資源的方式來克服人類面臨的能源挑戰(zhàn)。然而，不同地區(qū)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(fù)雜。以往的能源轉(zhuǎn)換鏈?zhǔn)且粭l垂直的線，從原材料到原材料加工、由大型電廠生產(chǎn)可用能源，再往下輸送給消費(fèi)者，一氣呵成，但現(xiàn)在它們不再局限于單一的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和這種能源轉(zhuǎn)換鏈。如今的能源、地區(qū)需求和市場(chǎng)環(huán)境千差萬別。因此，西門子能源認(rèn)為當(dāng)今的能源體系可被視為一個(gè)無窮盡的矩陣；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(tǒng)的電廠以及利用光伏、風(fēng)力、水力和生物質(zhì)進(jìn)行的分散式發(fā)電。蓄能系統(tǒng)和電力傳輸同樣是這個(gè)電力矩陣的組成部分。西門子能源的產(chǎn)品、解決方案和服務(wù)都以該矩陣為藍(lán)圖，因而有望幫助構(gòu)建一個(gè)具有前瞻性的能源體系，在這個(gè)體系中，經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的可持續(xù)發(fā)展能源利用將成為現(xiàn)實(shí)。