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上海晉營自動化科技有限公司

 
  ：喬 靜
 
   電 話：（同號）

   郵 箱：3548508227

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

“參展的機床制造商對于將其機床與MindSphere相連所出來的強烈意愿，表明他們看到了基于云的數字化解決方案的潛力。我們的基于云的物聯網操作為機床制造商贏得競爭優勢提供了多種，充分利用其廣博的專業知識，并且為機床操作員高能的應用。這就為新的服務和業務奠定了基礎。MindSphere因此成為了和應用全新數字化技術的關鍵，在的時間助力核心技術能力。”西門子股份公司運動控制事業部*執行官Wolfgang Heuring博士在展會上表示。

通過連接MindSphere實現機床操作的數字化，使機床制造商和者能分析和利用大量的機床數據，這在以前是不可能實現的。這了機床效率和生產網絡的生產力。MindSphere應用程序（MindApps）因此為機床全新應用和創新數字化服務提供了一個起點，比如在預防能源數據以及資源等方面。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和客戶的應用程序以及OPC UA這樣的開放式連接。MindSphere因此為發展面向機床制造商和設備制造商的新業務以及面向機床用戶的新應用領域奠定了基礎。

西門子MindApps為機床制造商數字化提供了基礎功能。機床制造商可借助這些基礎功能，利用其的機床和工藝知識，針對客戶并創新的、定制化的應用、解決方案和服務。這使得他們可以監控分散在各地的分散或集中的機床，以縮短其停機時間。

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

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

Manage MyMachines——數字化業務的敲門磚

西門子針對與源訊合作的“Manage MyMachines”應用程序提供了一個插件：“Manage MyMachines/WorkingOrdering”。通過該插件可將“Manage MyMachines”應用程序與OEM具體的SAP ERP業務流程相連，“Manage MyMachines”也可以采集計劃內的機床以及計劃外的機器停機等信息。“Manage MyMachines/WorkingOrdering”可自動將這些事件與SAP ERP進行同步，將相關任務分配給服務人員。

“Manage MyMachines”能快速地將Sinumerik 840D這樣的機床數控與MindSphere相連，為用戶提供來自聯網機床的信息。該應用程序能采集、分析和顯示相關機床數據，使用戶能清晰地了解機床的當前以及歷史狀況，從而縮短機床停機時間，服務和流程，生產力。因此，“Manage MyMachines”為那些希望迅速向市場推出基于云的應用的機床制造商提供了選擇。

攜手機床制造商HELLER應用程序“HELLER4Services”

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

“HELLER4Services”是通過“HELLER服務界面”對機床數據和相關圖形進行評估的。該應用程序從而可提供的機床狀況視圖，針對每一個時間段進行數據分析，并同步生產階段的流程數據與發生的錯誤信息。

攜手IT服務提供商源訊MindApp

作為與西門子合作的一部分，源訊針對MindSphere的應用理念和設計提供服務。源訊已經了6款MindApps，其中包括“Manufacturing Sustainability App”和“Production Confirmation App”。源訊利用MindApp將來自生產機床和不同的數據集成到MindSphere，數據在此進行收集和處理（采用大數據分析形式）。MindSphere用戶因此可關于生產現狀和預期狀態的信息以及針對具置的信息。源訊提供的即插即用型應用程序以及的集成、基礎設施和服務為打造針對具體客戶的MindSphere應用奠定了基礎。其重點是出使MindSphere客戶能無縫連接至其現有IT的即插即用型應用程序。

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關于西門子在

西門子股份公司是的技術企業，創立于1847年，業務遍及200多個，專注于電氣化、自動化和數字化領域。作為大的能源和資源節約型技術供應商之一，西門子在發電和輸電解決方案、基礎設施解決方案、工業自動化、驅動和解決方案，以及成像設備和實驗室診斷等領域占據地位。西門子自1872年，140余年來以創新的技術、的解決方案和產品堅持不懈地對的發展提供支持，并以出眾的品質和令人信賴的可靠的技術成就、不懈的創新追求，在業界獨樹一幟。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到64.4億歐元，擁有約31000名員工。西門子已經發展成為社會和經濟不可分割的一部分，并竭誠與攜手合作，共同致力于實現可發展。

電纜類型

全新的快速連接（FC）總線電纜為徑向對稱設計，可使用剝線工具。以此，可以快速、簡便地安裝總線接頭。

• PROFIBUS FC 標準電纜GP:標準總線電纜專門為快速安裝而設計的
• PROFIBUS FC 標準電纜 IS GP：具有特殊設計的標準總線電纜，用于快速安裝本質安全分布式 I/O 系統
• PROFIBUS FC 快速連接高強度電纜：專門設計用于腐蝕環境和苛刻機械負荷條件
• 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。
• PROFIBUS FC 接地電纜：于地下敷設。它不同于裝備有附加外套的 PROFIBUS 總線電纜
• PROFIBUS FC軟電纜柔（絞合導線）、無鹵素總線電纜，帶聚氨酯護套，可偶然移動
• PROFIBUS FC 拖纜:于在拖纜中強制運動控制的總線電纜，例如在連續運動的機器部件中（絞合導線）
• PROFIBUS FC FRNC 電纜：雙芯屏蔽，阻燃設計，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的總線電纜（取決于結構類型）

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

西門子DP通訊電纜

的軟件系統組成（圖）

  由圖1可見，PLC實質上是一種工業控制用的計算機。PLC系統也是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成。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算來處理各種繼電器的連接。PLC內部有儲單元有“1”和“0”兩種狀態，對應于“0N”和“0FF”兩種狀態。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：

①體積小、功耗低

②無觸點、速度快、壽命長

③有無數個觸點，使用中不必考慮接點的容量

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）：把現場信號輸入PLC，同時提供無限多個常開、常閉觸點供用戶編程使用。在程序中只有觸點沒有線圈，信號由外部信號驅動。編號采用八進制，分別為X000—X007，X010-X017等。

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

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

(2)定時器邏輯

PLC一般采用硬件定時中斷，軟件計數的方法來實現定時邏輯功能，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，給出定時設定值。

定時器的當前值：記錄定時時間。

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

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)計數器邏輯

PLC為用戶提供了若干計數器，它們是由軟件來實現的，一般采用遞減計數，一個計數器有以下幾個內容：

計數器的復位信號R

計數器的計數信號（CP單位脈沖）

計數器設定值的記憶單元

計數器當前計數值單元

計數繼電器，計數器計數達到設定值時為0N，復位或未到計數設定值時為0FF。

其邏輯功能如下表：

（4）計數器：C

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

16位向上計數器：

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除能進行位運算外，還能進行字運算。PLC為用戶提供了若干個數據寄存器，以存儲有效數據。

硬件中斷

通過硬件中斷可以監控過程信號，并且，可以觸發針對信號變化的響應。

• 數字量輸入模塊：
  根據參數設置的不同，針對每個通道組，當信號狀態發生改變時，模塊都可以發起硬件中斷，觸發沿可以選用上升沿、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先級任務的執行，并接下來執行相關的診斷中斷塊（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值，可以設定其工作范圍。模塊將數字化測量值與這些極限值進行比較。當測量值違反了其中任何一個限定值時，就會觸發硬件中斷。CPU會中斷用戶程序或較低優先級任務的執行，并接下來執行相關的診斷中斷塊（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：

• 可用更高：
  發生故障時，憑借其多達4個的冗余連接，可以繼續通信。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。可使用用于標準通訊的用戶程序，無需修改。冗余功能的定義僅需在參數化階段就可以完成。

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”）。

取決于對可用的需求，可以使用不同的組態選項：

• 單一總線或冗余總線。
• 線型拓撲和環型拓撲總線。

工作模式

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

• 數據交換
• 故障響應（控制轉換給備用設備）
• 兩個子設備的同步
• 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（支持故障發生時的無重啟自動切換功能）。根據該原理，在*運行期間，兩個子單元都處于工作狀態。當故障發生時，未出現故障的設備將獨立地接管過程控制。

為了確保平穩的控制接管，必須通過*控制器鏈路實現高速、可靠的數據交換。

在控制轉移期間，設備自動地使用

• 相同的用戶程序
• 相同的數據塊
• 相同的過程圖像內容
• 相同的內部數據，例如定時器、計數器、位存儲單元等

這意味著，這兩個設備的更新操作始終*一樣，并可以在出現故障時獨立地繼續執行控制功能。

I/O 工作于冗余模式時，其結果將是：

• 在*的工作期間，兩個模塊均處于工作狀態，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（也可以設置兩個傳感器）的信號，會對其結果進行比較，以將*的值提供給用戶以進一步處理。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。
• 如果出現了故障，例如輸入模塊中有一個或者兩個均出現了故障，則不再尋址故障模塊，且對故障進行報告處理，此后，僅使用未出現故障的模塊繼續工作。聯機修理工作完成之后，又可以尋址兩個模塊。

對于無重啟切換，必須實現兩個子單元的同步。

S7-400H采用“事件驅動同步”技術。

同步操作伴隨著導致兩個子單元內部狀態出現差異的每個事件而進行。這些事件的發生情況例如有：

• 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據。

同步由操作系統自動完成，程序編制期間無需處理。

自檢

S7-400H 可執行大量自檢。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行全部自檢功能。

循環工作期間的自檢

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

組態、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 進行編程需要使用 STEP 7 V5.2。

I/O模塊的組態

硬件組態時，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束部分調用這兩個功能塊。

自STEP 7 V5.3起，該庫作為標準組件已經集成在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，符合標準DIN V 19250/DIN V VDE 0801的要求。
• 安全需求級別為SIL 1 - SIL 3，符合標準IEC 61508的要求。
• 符合安全標準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。

信號模塊采用差異分析方法和測試信號注入技術實現輸出和輸入信號的監控。

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“活躍標志（sign-of-life）”請求，還可以對I/O進行檢測。

若判定系統中存在故障，則將該系統切換至安全狀態。

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。使用現場實證過的編程工具，例如STEP 7，創建用于非故障安全工廠區段的用戶程序。

S7 F 系統選項軟件包

編制安全相關的程序段時，選項軟件包“S7 F Systems”*。該軟件包含有創建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系統才能運行：

• 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調用F庫中的功能塊，且這些功能塊可能彼此互相調用。使用CFC，可以簡化工廠的組態和編程工作，且，可以在整個工廠范圍內使用*表達，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的應用程序。