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西門子今天在北京舉辦“西門子能源管理集團化工行業峰會”,重點展示了西門子針對化工行業客戶在能源管理領域提供的優秀的業務組合,并與業界專家和客戶共同探討如何助力化工行業提升能源可靠性和效率。
“西門子擁有覆蓋面廣的能源管理業務組合,致力于實現電網互聯、全集成能源管理和高度靈活的電力供應。中國化工行業市場規模穩定增長,市場發展潛力巨大。我們希望與化工行業的客戶緊密合作,針對他們在能源管理領域所面臨的痛點,幫助他們應對在電力供應的可靠性、能效及環保方面面臨的挑戰,”西門子(中國)有限公司執行副總裁、西門子大中華區能源管理集團總經理麥明銳(Markus Mildner)表示。
化工行業的電力供應面臨的首要挑戰是供電的可靠性。作為重資產行業,化工行業在生產過程中必須確保大量大型機電設備連續不間斷的運轉,持續、穩定的電力供應成為連續生產的先決條件。此外,隨著市場環境和產業政策的變化,化工行業面臨的整體能效挑戰正在不斷加大。一方面,能源成本、勞動力成本不斷上升;另一方面,政府對高能耗、高污染生產方式的監管和遏制力度不斷加大。更高的能源效率成為解決這一問題的關鍵。后,十三五期間政府及社會對于環保生產的要求越來越高,化工行業必須尋求更加清潔的能源,分布式發電成為大勢所趨。因此,可靠、高效和環保的電力供應及能源管理是化工企業保證穩定生產、降低運營成本、實現可持續發展的重要保障之一。
針對化工行業的具體需求,西門子能源管理集團憑借其業界優秀的涵蓋高中低壓的輸配電技術,以及高度自動化和智能化的能源及數字電網解決方案和服務,致力于為化工行業提供高效、可靠和綠色的能源管理解決方案。
2017年2月,西門子與京博石化簽訂戰略合作框架協議,助力京博石化工廠的數字化和智能化轉型。京博石化為中國化工企業500強公司,在業務快速增長的同時,也面臨著面向“中國制造2025”的產業升級。此次西門子能源管理集團六家工廠*次共同簽訂框架合同,將為京博石化提供35千伏及10千伏變壓器、中壓柜、400伏低壓柜、監控后臺保護等產品,為京博煉廠打造完整、智能的能源供應及管理方案,標志著西門子與化工行業客戶的新型戰略合作伙伴關系轉型又邁出堅實一步。
“西門子能源管理集團行業峰會”是繼“西門子能源管理集團中國百城巡展”之后推出的又一大市場戰略舉措,旨在通過舉辦系列行業峰會,向客戶提供行業優選解決方案,加強與行業客戶的交流與合作,從而進一步拓展能源管理的行業應用。此次化工行業峰會是系列行業峰會的*站,未來將針對軌道交通、數據中心等行業舉辦峰會,讓萬千中國客戶領略西門子能源管理解決方案在行業應用方面的無限潛能。
1.1標準概述
IEC61850是新一代的變電站自動化系統的標準,它規范了數據的命名、數據定義、設備行為、設備的自描述特征和通用配置語言。同傳統的IEC60870-5-103標準相比,它不僅僅是一個單純的通信規約,而是數字化變電站自動化系統的標準,它指導了變電站自動化的設計、開發、工程、維護等各個領域。該標準通過對變電站自動化系統中的對象統一建模,采用面向對象技術和獨立于網絡結構的抽象通信服務接口,增強了設備之間的互操作性,可以在不同廠家的設備之間實現無縫連接。智能化一次設備和數字式變電站要求變電站自動化采用IEC61850標準。IEC61850是至今為止為完善的變電站自動化標準,它不僅規范保護測控裝置的模型和通信接口,而且還定義了數字式CT、PT、智能式開關等一次設備的模型和通信接口。采用IEC61850標準可以大大提高變電站自動化技術水平、提高變電站自動化安全穩定運行水平,節約開發驗收維護的人力物力,實現*的互操作,如圖1所示。
IEC61850與傳統的SCADA協議不同的是,它不僅是一個簡單的協議,更涉及到通信網絡性能要求、對象建模、系統和項目管理等多方面的規范要求。IEC61850采用面向對象的建模方法和抽象、分層映射的技術,通過規范系統和項目管理以及*性測試等途徑來保證其目標的實現,并且IEC61850不僅適用于變電站自動化系統內部網絡通信,也適用于配電自動化、電能計量系統、發電廠自動化系統、風力發電以及其它工業領域。
圖1:IEC61850與數字化變電站(SAS)之間的相互關系:
1.2 制造報文規范MMS
制造報文規范(Manufacturing Message Specification,MMS)是網絡上實時處理和監控系統信息交換的標準,由標準化組織和電工委員會工業自動化技術委員會TC184工業組負責制定和發展,它適合于在不同的設備、應用、發展商和領域內提供通用信息服務,例如:MMS提供的讀(Read)服務允許網絡上的設備、應用或計算機從另外一個設備、應用或計算機內讀取所需的變量,而不管這個變量是在可編程邏輯控制器、機器人、遠方終端設備或智能電子設備內。MMS已經廣泛應用在制造、石油化工、電力工業和太空探索等領域。
MMS由以下各部分組成:
1) 服務規范(Service Specification)那里有賣西門子S7-300內存卡
2) 協議規范(Protocol Specification)
3) 機器人伴同標準(Robot Companion Standard)
4) 數字控制器伴同標準(Numberical Controller Companion Standard)
5) 可編程邏輯控制器伴同標準(Programmable Logical Controller Companion Standard)
6) 過程控制系統伴同標準(Process Control System Companion Standard)
上列各部分中,*部分服務規范和第二部分協議規范是其核心,服務規范包含的定義
有:①虛擬制造設備(Virtual Manufacturing Device,VMD);②網絡上節點間的信息交換;③與VMD有關的屬性和參數。協議規范定義的是通信規則,包括:①信息格式;②通過網絡的信息順序;③MMS層與ISO/OSI開放模型的其他層的交互,而3)-6)則是針對不同的應用領域的伴同標準。
MMS提供了豐富的針對對等式實時通信網絡的一系列任務,已經成為許多工業領域的控制設備的通信協議,例如CNC、可編程邏輯控制器、機器人、電力領域中的遠方終端設備(RTU)、能源管理系統(EMS)、重合器、開關等IED設備。許多流行的計算機平臺都支持基于MMS的互聯,在軟件支持上,更多的API、圖形界面、網關、字處理、電子表格、關系型數據庫都支持MMS,從通信連接上看,MMS在以太網、令牌總線、串行接口RS-232C、OSI、TCP/IP、MiniMAP上也都很容易實現,如圖2所示:
圖2:MMS在IEC61850報文結構中的位置
1.3 IEC61850標準的體系結構
變電站自動化系統由各種IED 組成,主要完成變電站內設備的控制、監視和保護功能,并實現系統配置、通信管理和軟件管理等系統維護功能。IEC 61850 標準將變電站自動化系統在邏輯上劃分為3 層(即變電站層、間隔層和過程層),并將具體應用功能分解為許多常駐在不同IED 內、彼此間相互通信的單元,稱為邏輯節點(logical node,LN),然后以LN 為對象建立變電站內IED 的統一的數據和服務模型,旨在解決不同廠商提供的IED間的數據交換、信息共享等問題。
遵循IEC 61850 標準的變電站自動化系統主要包括:①主站自動化系統軟件(人機界面、數據庫及系統管理等);②間隔層裝置(保護、測控單元等);③過程層設備,包括電子式電流/電壓互感器(electronic current/potential transducer,ECT/EPT)、智能斷路器/隔離開關、合并單元等;④工程化工具(如配置工具等),用于管理IEC 61850所定義的的通信模型,并滿足IEC 61850-6(配置)和IEC 61850-10(*性測試)的規范要求,如圖3所示:
圖3:IEC61850與數字化變電站接口與體系結構
1.4數據模型
在了解數據模型之前,首先需要了解一些關于IEC61850 的重要概念
智能電子設備(IED):實際的物理設備,如開關、斷路器,綜保等。
功能:變電站自動化系統執行的任務,如:母線保護、聯鎖、報警管理等。
邏輯設備(LD):一種虛擬設備,聚合邏輯節點和數據,物理設備可以包含一個或多個LD。
邏輯節點(LN):用來描述系統功能的基本單位,是數據對象的容器,可以任意分配到
IED,每個邏輯節點和內部的數據都有具體的語義,并通過他們的服務與外部進行交互。
在IEC61850 中,一個IED 設備的外部性能通過Server 服務器類來表征,Server 服務器可以包含一個或多個邏輯設備,一個邏輯設備可以包含多個邏輯節點,在IEC61850 中一些邏輯節點是電力系統實設備的映射。一個IED 設備要實現特定功能必然需要這些邏輯節點來終實現操作、控制的功能。可以簡單理解邏輯設備是IED 設備實現具體一個功能的抽象容器,在這個容器中包含了實現功能所需的相應的邏輯節點。
下圖4描述了從一個實際的項目中如何對實際的物理設備建模的完整過程:
圖4:設備建模的完整過程
就針對一個具體的IED設備模型而言,下圖5描述了該物理設備中所包含的內容及其交互關系:
圖5:數據模型所包含的內容及交互關系
下圖6為一個實際的IED物理設備所包含的相關內容,該圖描述了該LED設備中其中一個邏輯設備”Tampa_Control”的邏輯節點”Q0XCBR1”斷路器的”位置Pos”數據的相關狀態 “stVal和ctlVal”。
圖6:一個實際的IED設備所包含的內容
2 “IEC61850 Server Library”軟件包概述
2.1 “IEC61850 Server Library”通信概述
“IEC61850 Server Library”軟件包是西門子推出的基于S7-300/400作為服務器端的IEC61850規約的通信解決方案,通過該軟件包,可以將S7-300/400 “虛擬”為一個IEC61850服務器端設備,之后S7-300/400 可以支持在IEC61850總線上的過程變量導出,下圖7為“IEC61850 Server Library”軟件包通信總覽:
圖7:“IEC61850 Server Library“軟件包通信總覽
“IEC61850 Server Library “軟件包具有如下特征:
1) 功能*的功能塊庫,支持德語及英語的在線幫助。
2) 每個IEC61850 客戶端設備將通過一個ISO-On-TCP連接服務器。
3) 多可以支持100 Data-Attribute及10 DataSet(每個DataSet包含100個Data-Attributes):
4) Data-Attribute支持如下數據類型,如圖8所示:
圖8:”IEC61850 Server Library”所支持的數據類型
描述
新的模塊化 SIMATIC S7-1200 控制器是我們新推出產品的核心,可實現簡單卻高度精確的自動化任務。SIMATIC S7-1200 控制器實現了模塊化和緊湊型設計,功能強大、投資安全并且*適合各種應用。
可擴展性強、靈活度高的設計,可實現高標準工業通信的通信接口以及一整套強大的集成技術功能,使該控制器成為完整、全面的自動化解決方案的重要組成部分。
SIMATIC HMI 基礎面板的性能經過優化,旨在與這個新控制器以及強大的集成工程組態*兼容,可確保實現簡化開發、快速啟動、精確監控和高等級的可用性。正是這些產品之間的相互協同及其創新性的功能,幫助您將小型自動化系統的效率提升到一個*的水平。
優勢
*整合
SIMATIC HMI 基礎面板的性能經過優化,旨在與這個新控制器以及強大的集成工程組態*兼容,可確保實現簡化開發、快速啟動、精確監控和高等級的可用性。正是這些產品之間的相互協同及其創新性的功能,幫助您將小型自動化系統的效率提升到一個*的水平。
用于可擴展設計中緊湊自動化的模塊化概念。
SIMATIC S7-1200 具有集成的 PROFINET 接口、強大的集成技術功能和可擴展性強、靈活度高的設計。它實現了通信簡便,有效的技術任務解決方案,并*一系列的獨立自動化系統的 應用需求。
在工程組態中實現高效率.
使用*集成的新工程組態 SIMATIC STEP 7 Basic,并借助 SIMATIC WinCC Basic 對 SIMATIC S7-1200 進行編程。SIMATIC STEP 7 Basic 的設計理念是直觀、易學和易用。這種設計理念可以使您在工程組態中實現高效率。一些智能功能,例如直觀編輯器、拖放功能和“IntelliSense”(智能感知)工具,能讓您的工程進行的更加迅速。這款新軟件的體系結構源于對未來創新的不斷追求,西門子在軟件開發領域已經有很多年的經驗,因此 SIMATIC STEP 7 的設計是以未來為導向的。
設計和功能
SIMATIC S7-1200 CPU
SIMATIC S7-1200 系統有三種不同模塊,分別為 CPU 1211C、CPU 1212C 和 CPU 1214C。其中的每一種模塊都可以進行擴展,以*您的系統需要。可在任何 CPU 的前方加入一個信號板,輕松擴展數字或模擬量 I/O,同時不影響控制器的實際大小。可將信號模塊連接至 CPU 的右側,進一步擴展數字量或模擬量 I/O 容量。CPU 1212C 可連接 2 個信號模塊,CPU 1214C 可連接 8 個信號模塊。后,所有的 SIMATIC S7-1200 CPU 控制器的左側均可連接多達 3 個通訊模塊,便于實現端到端的串行通訊。
安裝簡單方便
所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都有內置的卡扣,可簡單方便地安裝在標準的 35 mm DIN 導軌上。這些內置的卡扣也可以卡入到已擴展的位置,當需要安裝面板時,可提供安裝孔。SIMATIC S7-1200 硬件可以安裝在水平或豎直的位置,為您提供其它安裝選項。這些集成的功能在安裝過程中為用戶提供了大的靈活性,并使 SIMATIC S7-1200 為各種應用提供了實用的解決方案。.
節省空間的設計
所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都經過專門設計,以節省控制面板的空間。例如,經過測量,CPU 1214C 的寬度僅為 110 mm,CPU 1212C 和 CPU 1211C 的寬度僅為 90 mm。結合通信模塊和信號模塊的較小占用空間,在安裝過程中,該模塊化的緊湊系統節省了寶貴的空間,為您提供了高效率和大靈活性。
SIMATIC S7-1200
可擴展的緊湊自動化的模塊化概念
SIMATIC S7-1200 具有集成的 PROFINET 接口、強大的集成技術功能和可擴展性強、靈活度高的設計。它實現了簡便的通信、有效的技術任務解決方案,并能*一系列的獨立自動化需求。
亮點
可擴展性強、靈活度高的設計
信號模塊:
大的 CPU 多可連接八個信號模塊,以便支持其它數字量和模擬量 I/O。
信號板:
可將一個信號板連接至所有的 CPU,讓您通過在控制器上添加數字量或模擬量 I/O 來自定義 CPU,同時不影響其實際大小。SIMATIC S7-1200 提供的模塊化概念可讓您設計控制器系統,以*您應用的需求。
內存
為用戶程序和用戶數據之間的浮動邊界提供多達 50 KB 的集成工作內存。同時提供多達 2 MB 的集成加載內存和 2 KB 的集成記憶內存。可選的 SIMATIC 存儲卡可輕松轉移程序供多個 CPU 使用。該存儲卡也可用于存儲其它文件或更新控制器系統固件。
集成的 PROFINET 接口
集成的 PROFINET 接口用于進行編程以及 HMI 和 PLC-to-PLC 通信。另外,該接口支持使用開放以太網協議的第三方設備。該接口具有自動糾錯功能的 RJ45 連接器,并提供 10/100 兆比特/秒的數據傳輸速率。它支持多達 16 個以太網連接以及以下協議:TCP/IP native、ISO on TCP 和 S7 通信。
SIMATIC S7-1200 集成技術
SIMATIC S7-1200 具有用于進行計算和測量、閉環回路控制和運動控制的集成技術,是一個功能非常強大的系統,可以實現多種類型的自動化任務。
用于速度、位置或占空比控制的高速輸出
SIMATIC S7-1200 控制器集成了兩個高速輸出,可用作脈沖序列輸出或調諧脈沖寬度的輸出。當作為 PTO 進行組態時,以高達 100 千赫的速度 提供50% 的占空比脈沖序列,用于控制步進馬達和伺服驅動器的開環回路速度和位置。使用其中兩個高速計數器在內部提供對脈沖序列輸出的反饋。當作為 PWM 輸出進行組態時,將提供帶有可變占空比的固定周期數輸出,用于控制馬達的速度、閥門的位置或發熱組件的占空比。
PLCopen 運動功能塊
SIMATIC S7-1200 支持控制步進馬達和伺服驅動器的開環回路速度和位置。使用軸技術對象和認可的 PLCopen 運動功能塊,在工程組態 SIMATIC STEP 7 Basic 中可輕松組態該功能。除了“home”和“jog”功能,也支持移動、相對移動和速度移動。
驅動調試控制面板
工程組態 SIMATIC STEP 7 Basic 中隨附的驅動調試控制面板,簡化了步進馬達和伺服驅動器的啟動和調試操作。
它提供了單個運動軸的自動控制和手動控制,以及在線診斷信息。
用于閉環回路控制的 PID 功能
SIMATIC S7-1200 多可支持 16 個 PID 控制回路,用于簡單的過程控制應用。借助 PID 控制器技術對象和工程組態 SIMATIC STEP 7 Basic 中提供的支持編輯器,可輕松組態這些控制回路。另外,SIMATIC S7-1200 支持 PID 自動調整功能,可自動為節省時間、積分時間和微分時間計算優秀調整值。
PID 調試控制面板
SIMATIC STEP 7 Basic 中隨附的 PID 調試控制面板,簡化了回路調整過程。它為單個控制回路提供了自動調整和手動控制功能,同時為調整過程提供了圖形化的趨勢視圖。