6ES7231-7PD22-0XA8

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精益生產(chǎn)的*

如今，SEWC已經(jīng)成為數(shù)字化企業(yè)的*，接下來的目標(biāo)就是如何用信息化、智能化的手段來增強(qiáng)精益生產(chǎn)和精益管理，而優(yōu)化能源效率則是通向這個(gè)目標(biāo)的必經(jīng)之路。

SEWC采用了一種新型工廠數(shù)字化服務(wù)模式，通過數(shù)據(jù)分析挖掘企業(yè)的節(jié)能潛力。這種能效分析服務(wù)可通過一個(gè)搭載在MindSphere上的應(yīng)用（App）來實(shí)現(xiàn)。

MindSphere是西門子推出的基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，作為平臺(tái)即服務(wù)（PaaS），它通過打造一個(gè)開放的生態(tài)系統(tǒng)，支持合作伙伴和客戶在該平臺(tái)上開發(fā)、運(yùn)營和使用包括能效分析在內(nèi)的各種數(shù)字化服務(wù)相關(guān)的應(yīng)用（App），以幫助客戶提升設(shè)備、產(chǎn)線和工廠效率。

通過安裝于工廠各能源環(huán)節(jié)的傳感器，以及包括但不限于SCADA和BAS的其它信息系統(tǒng)，MindSphere能實(shí)時(shí)采集設(shè)備、產(chǎn)線和廠房的能耗數(shù)據(jù)，借助云端的各種用戶界面（UI）工具，第1時(shí)間向用戶提供高度可視化的能源透明度。在此基礎(chǔ)之上，服務(wù)提供商和用戶的能源專家團(tuán)隊(duì)還可以依托云端提供的諸多分析工具，結(jié)合自身的行業(yè)知識(shí)，進(jìn)行全面深入的分析挖掘，找到能效優(yōu)化的潛力空間，并提供實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的解決方案。

能效分析的踐行者

以往企業(yè)做節(jié)能大多基于項(xiàng)目，需要工作人員到現(xiàn)場診斷，就像傳統(tǒng)的“老中醫(yī)把脈”，哪里有“病”治哪里。最典型的“藥方”就是將普通電機(jī)替換成高效電機(jī)或安裝變頻器。另一種方式是合同能源管理，即項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)客戶做出績效承諾，之后客戶以節(jié)能效益支付項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，但這種方式需要實(shí)實(shí)在在地幫助客戶實(shí)施后期項(xiàng)目，是一種“重型”模式。

基于數(shù)據(jù)的能效分析則*不同。它是一種以云平臺(tái)為基礎(chǔ)的托管型服務(wù)模式，通過安裝在工廠各處的傳感器，快速高效地收集大量廠房、設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)，并將其以圖表等可視化手段展現(xiàn)出來。不僅用戶自己可以在應(yīng)用界面中調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)，在用戶的許可下，西門子遍布的服務(wù)團(tuán)隊(duì)也同樣能夠訪問這些信息，以便在需要之時(shí)為用戶提供咨詢服務(wù)。這就把原來的“老中醫(yī)”變成了一個(gè)“智囊團(tuán)”。

西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)及研發(fā)基地總經(jīng)理李永利表示：“能效分析讓工廠變得‘透明’。企業(yè)如果想切實(shí)提高能效，第1步就是讓能源流動(dòng)‘透明化’。只有知道哪里耗電，才能知道要在哪里節(jié)能。能效分析是制定可持續(xù)節(jié)能舉措的基礎(chǔ)。”

作為以高度自動(dòng)化和智能化聞名的*工廠，SEWC面臨的最大挑戰(zhàn)是如何在能效已經(jīng)很高的生產(chǎn)和運(yùn)營中尋找進(jìn)一步提高能效的空間。那么，首先需要解決的問題是要收集哪些數(shù)據(jù)，以及如何確保數(shù)據(jù)有效性。

為此，工廠與能效分析團(tuán)隊(duì)從前期就共同商討、確定后期需要管理的關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)（KPI），再根據(jù)KPI確定需要安裝哪些儀表。以此為基礎(chǔ)，能效分析團(tuán)隊(duì)用了四到六個(gè)月的時(shí)間對(duì)收集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分辨和檢驗(yàn)，去除了由于數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生的波動(dòng)，確保最后納入能效分析的是真正有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

那么，要如何挖掘這些數(shù)據(jù)的價(jià)值呢？在以往，客戶在交付階段會(huì)收到一個(gè)可生成多種報(bào)表的專家系統(tǒng)。但是，要深入挖掘報(bào)表背后的信息則需要一定的專業(yè)技能和資源，而這往往會(huì)限制客戶利用專家系統(tǒng)創(chuàng)造最大價(jià)值的能力。

西門子能效分析服務(wù)中的托管服務(wù)模式能很好地解決這個(gè)痛點(diǎn)。依托于MindSphere這一開放平臺(tái)，分布于各處的服務(wù)西門子或其它合作伙伴的既了解制造業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營特點(diǎn)和行業(yè)知識(shí)、又熟悉能源領(lǐng)域的專家，都可以作為一個(gè)強(qiáng)大的“智囊團(tuán)”聚集起來，在經(jīng)客戶授權(quán)的前提下訪問其能耗數(shù)據(jù)（也可隱去客戶身份信息），把脈問診，并提供參考意見。

在2016年到2017年間，SEWC每個(gè)月或每個(gè)季度都會(huì)收到一份詳盡的能效分析報(bào)告，其中不僅包含了相關(guān)設(shè)備、流程等能源使用情況的圖表，還對(duì)能耗走向等趨勢(shì)進(jìn)行了分析，并給出了進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力的建議。

李永利對(duì)這種全新的模式給予了充分肯定：“能效分析團(tuán)隊(duì)提供的分析報(bào)告讓工廠管理層能夠快速了解公司能源的流向、節(jié)能空間等各方面信息，方便我們從宏觀角度制定更有針對(duì)性的節(jié)能措施。而在戰(zhàn)略層面，這種依托云平臺(tái)及*數(shù)字技術(shù)的新模式將幫助我們進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)精益管理和精益生產(chǎn)的目標(biāo)。”

目前，SEWC已作為能效分析的*，在節(jié)能方面穩(wěn)步前進(jìn)。例如，通過分析節(jié)假日工廠*停工時(shí)的異常電耗，SEWC發(fā)現(xiàn)了一些在非生產(chǎn)時(shí)段的能源損失。而通過對(duì)制冷和制熱設(shè)備打開情況的檢測(cè)，SEWC可以有效避免兩種設(shè)備同時(shí)打開而產(chǎn)生的能耗。

此外，能效分析結(jié)果表明，照明與插座的能耗在全廠耗能項(xiàng)目中排第三位。為此，SEWC推行了將員工績效與工廠能效相聯(lián)系等一系列措施，希望通過提高全體員工的節(jié)能意識(shí)來改善照明與插座的耗能狀況。這些舉措得到了員工的積極響應(yīng)?，F(xiàn)在，無論是休息日、下班后還是短暫的午休時(shí)間，員工都會(huì)自覺關(guān)閉所有非必須的耗電設(shè)施。2016年，雖然SEWC員工數(shù)量增加且運(yùn)營面積擴(kuò)大，來自照明和插座的總耗電量反而下降了5%。

“能效分析在SEWC的成功應(yīng)用為我們?cè)谥袊掷m(xù)推行這種新型服務(wù)模式開了一個(gè)好頭。” 西門子（中國）有限公司數(shù)字化工廠集團(tuán)工廠數(shù)字化服務(wù)總監(jiān)李漓表示，“在工廠中，每發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)節(jié)能空間都可以帶來巨大的收益。利用能效分析，我們幫助企業(yè)將能源利用和資源分配做‘精’，而這將最終帶來長久的‘益’。

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HSCO HSC1 描述 
　SM37.0 　SM47.0 　復(fù)位有效電平控制位 0=高電平有效， 1=低電平有效 
　SM37.1 　SM47.1 　啟動(dòng)有效電平控制位于 0=高電平有效， 1=低電平有效 
　SM37.2 　SM47.2 　正交計(jì)數(shù)器速率選擇 0=4X計(jì)數(shù)率， 1=1X計(jì)數(shù)率 
　SM37.3 　SM47.3 　計(jì)數(shù)方向控制位 0=減計(jì)數(shù)， 1=正計(jì)數(shù) 
　SM37.4 　SM47.4 　向HSC中寫入計(jì)數(shù)方向 0=不更新， 1=更新計(jì)數(shù)方向 
　SM37.5 　SM47.5 　向HSC中寫入預(yù)置值 0=不更新， 1=更新預(yù)置值 
　SM37.6 　SM47.6 　向HSC中寫入當(dāng)前值 0=不更新， 1=更新當(dāng)前值 
　SM37.7 　SM47.7 　HSC允許 0=禁止HSC， 1=允許HSC 

　參照上面的表格，我們選擇HSC1高速計(jì)數(shù)器，控制字為SMB47，現(xiàn)在我們啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器HSC1，選擇為增計(jì)數(shù)，更新計(jì)數(shù)方向，重新設(shè)置值，更新當(dāng)前值：這樣的話，HSC1的啟動(dòng)控制高為：11111000轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制為　F8，將啟動(dòng)計(jì)數(shù)器時(shí)當(dāng)前值存放在SMD48中，將預(yù)存置放在SMD52中，具體的程序

西門子S7-200系列PLC的PID控制相當(dāng)?shù)暮唵?，可以通過micro/win軟件的一個(gè)向?qū)С绦颍凑仗崾?/span>,一步一步執(zhí)行您所要求PID控制的屬性即可，在這里談一談PID這三個(gè)參數(shù)的具體意義：P為增益項(xiàng)，Ｐ越大，響應(yīng)起就快，在調(diào)節(jié)流量閥時(shí)：設(shè)定流量為50%，當(dāng)目前流量接近50%，剛超過，如果P值很大的話，那么流量閥會(huì)馬上會(huì)關(guān)閉，而不會(huì)控制在某一區(qū)域。這就是增益項(xiàng)太大引起。在調(diào)節(jié)的過程中應(yīng)該先將P值調(diào)節(jié)比較適當(dāng)了，再去調(diào)節(jié)I值，它為積分項(xiàng)，是在控制器回路中控制對(duì)當(dāng)前值與設(shè)定值相等的偏差范圍。D為微分項(xiàng)，主要作用是避免給定值的微分作用而引起的跳變。
　　在現(xiàn)場的PID參數(shù)的調(diào)整過程中，針對(duì)西門子S7-200型PLC我的建議是在不同的控制階段，采用不同的PID參數(shù)組，具體而言就是當(dāng)目前距離設(shè)定值差距較大時(shí)，采用P值較大的一套PID參數(shù)，如果當(dāng)前值快接近設(shè)定值范圍時(shí)，采用P值較小的一套PID參數(shù)。

用S7-200 CPU 214的高速計(jì)數(shù)器HSC累計(jì)來自模擬量/頻率轉(zhuǎn)換器(A/F的脈沖來計(jì)算模擬電壓值 

   本例說明了如何利用CPU 214的高速計(jì)數(shù)器HSC及頻率轉(zhuǎn)換器來計(jì)算模擬電壓。首先頻率轉(zhuǎn)換器將輸入電壓(0~10V)轉(zhuǎn)換為矩形脈沖信號(hào)(0~2000Hz)，再將此信號(hào)送入CPU214高速記數(shù)器的輸入端并累計(jì)脈沖數(shù)。當(dāng)預(yù)置的問隔時(shí)問到后，通過累計(jì)脈沖數(shù)，計(jì)算出被測(cè)模擬電壓值。

主程序 在*個(gè)掃描周期調(diào)用子程序SBR0

SBR0 高速計(jì)數(shù)器和定時(shí)中斷的初始化

INT0 對(duì)高速計(jì)數(shù)器求值的定時(shí)中斷程序

程序和注釋

主程序在*個(gè)掃描周期調(diào)用初始化程序SBR0，僅在*個(gè)掃描周期標(biāo)志位SM0.1=1由子程序SBR0實(shí)現(xiàn)初始化。首先，把高速記數(shù)器HSC1的控制字節(jié)SMB47置為16進(jìn)制‘FC'，其含義是:正方向計(jì)數(shù)，可更新預(yù)置值（PV），可更新當(dāng)前值（CV），激活HSC1。然后，用指令‘HDEF’把高速計(jì)數(shù)器HSC1置成工作模式0}即沒有復(fù)位或起始輸入，也沒有外部的方向選擇。當(dāng)前值SMD48復(fù)位為0，預(yù)置值SMD52置為FFFF (16進(jìn)制)。定時(shí)中斷0間隔時(shí)間SMB34置為100ms，中斷程序0分配給定時(shí)中斷0(中斷事件10)，并允許中斷。用指令HSC1啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器。

每100ms調(diào)用一次中斷程序0，讀出高速計(jì)數(shù)器的數(shù)值后將其置零。通過HSC1計(jì)數(shù)值及變換關(guān)系(0~2KHz對(duì)應(yīng)于0~10V)來求被測(cè)的模擬電壓值。本例中，計(jì)數(shù)值僅除以2，然后置入輸出字節(jié)QB0，以便通過LED來顯示被測(cè)的模擬電壓值。顯示值與10倍真實(shí)電壓值相對(duì)應(yīng)。例如，計(jì)數(shù)值為200除以2是100，那么，被測(cè)的模擬電壓值就是10.0V。因?yàn)橛?jì)數(shù)器100ms內(nèi)共有200個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，這正與2000Hz=>10V相對(duì)應(yīng)。假設(shè)計(jì)數(shù)值為104，則實(shí)際電壓值應(yīng)為5.2V。

注意:定時(shí)中斷時(shí)間可在5~255ms的范圍內(nèi)變化，然而，通過設(shè)立一個(gè)標(biāo)志，可根據(jù)需要來延長高速計(jì)數(shù)器的求值和復(fù)位時(shí)間，這樣就有更長的掃描間隔，以便提高度，同時(shí)也會(huì)帶來更長的更新時(shí)間。例如，定時(shí)中斷設(shè)為100ms，每調(diào)用一次，標(biāo)志增加1，僅當(dāng)標(biāo)志滿10時(shí)，才對(duì)高速計(jì)數(shù)器求值和復(fù)位。也就是說，10V 電壓可接收脈沖為2000，這樣，求值到5/1000V即度是上例的10倍，但同時(shí)速度也減慢了10倍。

 在程序中用定時(shí)器來控制時(shí)間。SIMATIC S7-200系列可編程控制器設(shè)置了兩種類型的定時(shí)器:接通延遲(On-Delay)定時(shí)器(TON)，保持接通延遲”(Retentive On-Delay)定時(shí)器(TONR)。它們都可工作在三種精度下，即1 msec. 10msec和100msec。

本例說明了每種定時(shí)器的操作及使用方法，重點(diǎn)在于小同精度下，定時(shí)器的操作方法的區(qū)別。

S7-200定時(shí)器由一個(gè)單獨(dú)的使能輸入端(IN)來控制，由于定時(shí)器是可使能的，因此，能夠保留過去了的時(shí)間值。定時(shí)器還有一個(gè)預(yù)置時(shí)間值(PT)，當(dāng)前值更新時(shí)，它與當(dāng)前值比較，定時(shí)器位(T位)置位/復(fù)位(set/reset)就取決于當(dāng)前值與預(yù)置值的比較結(jié)果。

若當(dāng)前值大于或等于預(yù)置時(shí)問值，定時(shí)器位接通(ON）;否則，定時(shí)器位斷開(OFF）。當(dāng)前值達(dá)值時(shí)，計(jì)時(shí)停。

西門子S7-200可編程控制器PLC使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用于開發(fā)程序，也可用于適時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可在全漢化的界面下進(jìn)行操作。

1. 安裝條件

操作系統(tǒng)：Windows95以上的操作系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)配置：IBM486以上兼容機(jī)，內(nèi)存8MB以上，VGA顯示器，至少50MB以上硬盤空間。

通信電纜：用一條PC/PPI電纜實(shí)現(xiàn)可編程控制器與計(jì)算機(jī)的通信

TEP7-Micro/WIN32編程軟件包括Microwin3.1；Microwin3.1的升級(jí)版本軟件Microwin3.1 SP1；Toolbox（包括Uss協(xié)議指令：變頻通信用，TP070：觸摸屏的組態(tài)軟件Tp Designer V1.0設(shè)計(jì)師）工具箱；以及Microwin 3.11 Chinese（Microwin3.11 SP1和Tp Designer的漢化工具）等編程軟件。

3. 編程軟件的安裝

按Microwin3.1→Microwin3.1 SP1→Toolbox→Microwin 3.11 Chinese的順序進(jìn)行安裝。

首先安裝英文版本的編程軟件：雙擊編程軟件中的安裝程序SETUP.EXE，根據(jù)安裝提示完成安裝。接著，用Microwin 3.11 Chinese軟件將編程軟件的界面和幫助文件漢化。步驟如下：（1）在光盤目錄下，找到“mwin_service_pack_from V3.1 to3.11”軟件包，按照安裝向?qū)нM(jìn)行操作，把原來的英文版本的編程軟件轉(zhuǎn)換為3.11版本。（2）打開“Chinese3.11”目錄；雙擊setup，按安裝向?qū)Р僮鳎瓿蓾h化補(bǔ)丁的安裝。（3）完成安裝。

可以采用PC/PPI電纜建立PC機(jī)與PLC之間的通信。這是典型的單主機(jī)與PC機(jī)的連接，不需要其他的硬件設(shè)備。如圖1所示。PC/PPI電纜的兩端分別為RS-232和RS-485接口，RS-232端連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)RS-232通信口COM1或COM2接口上，RS-485端接到S7-200 CPU通信口上。PC/PPI電纜中間有通信模塊，模塊外部設(shè)有波特率設(shè)置開關(guān)，有5種支持PPI協(xié)議的波特率可以選擇，分別為：1.2K，2.4K，9.6K，19.2K，38.4K。系統(tǒng)的默認(rèn)值為9.6K b/s。PC/PPI電纜波特率設(shè)置開關(guān)（DIP開關(guān)）的位置應(yīng)與軟件系統(tǒng)設(shè)置的通信波特率相*。DIP開關(guān)如圖2所示，DIP開關(guān)上有5個(gè)扳鍵，1、2、3號(hào)鍵用于設(shè)置波特率，4號(hào)和5號(hào)鍵用于設(shè)置通信方式。通信速率的默認(rèn)值為9600bit/s，1、2、3號(hào)鍵設(shè)置為010，未使用調(diào)制解調(diào)器時(shí)，4、5號(hào)鍵均應(yīng)設(shè)置為0。