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S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自動化系統可使用在對安全要求較高的設備中。其可對立即停車過程進行控制，因此不會對人身、環境造成損害。

S7-300F 滿足下列安全要求：

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

另外，標準模塊還可用在 S7-300F 及故障安全模塊中。因此它可以創建一個全集成的控制系統，在非安全相關和安全相關任務共存的工廠中使用。使用相同的標準工具對整個工廠進行組態和編程。

設計

S7-300

一般步驟

S7-300自動化系統采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。

一個系統包含下列組件：

• CPU：
  不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點對點接口的 CPU。
• 用于數字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。
• 用于連接總線和點對點連接的通信處理器 (CP)。
• 用于高速計數、定位（開環/閉環）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

根據要求，也可使用下列模塊：

• 用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負載電源模塊(PS)。
• 接口模塊 (IM)，用于多層配置時連接中央控制器 (CC) 和擴展裝置 (EU)。
  通過分布式中央控制器 (CC) 和 3 個擴展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達 32 個模塊。所有模塊均在外殼中運行，并且無需風扇。
• SIPLUS 模塊可用于擴展的環境條件：
  適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結露以及有霧的環境條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護等級為 IP20 機柜內使用時，可直接在汽車或室外建筑使用。不需要空氣調節的機柜和 IP65 外殼。

設計

簡單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護：

• 安裝模塊：
  只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動到位然后鎖緊螺釘。
• 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。
• 模塊采用機械編碼，更換極為容易：
  更換模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，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插到其他的模塊上。
• 現場證明可靠的連接：
  對于信號模塊，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 線連接系統提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。
• 規定的安裝深度：
  所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內，并有前蓋保護。因此，所有模塊應有明確的安裝深度。
• 無插槽規則:
  信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統可自行組態。

擴展

若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：

• 中央控制器和3個擴展機架最多可連接32個模塊：
  總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到中央控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。
• 通過接口模板連接：
  每個 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，并自動處理與擴展裝置的通信。
  • 通過 IM 365 擴展：
    1 個擴展裝置最遠擴展距離為 1 米；電源電壓也通過擴展裝置提供。
  • 通過 IM 360/361 擴展：
    3 個擴展裝置， CC 與 EU 之間以及 EU 與 EU 之間的最遠距離為 10m。
• 單獨安裝：
  對于單獨的 CC/EU，也能夠以更遠的距離安裝。兩個相鄰 CC/EU 或 EU/EU 之間的距離：長達 10m。
• 靈活的安裝選項：
  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。
•  

資源短缺日益嚴重，日本遭遇核災難，全球開始變暖，這些都告訴人們一個事實：全球的能源體系不具備可持續性。為了改變這一現狀，各種目標遠大的計劃應運而生。比如，德國就在考慮實現可持續發展能源供應，這種轉變注定要面對種種挑戰，但是同時也將為人類、環境和經濟帶來諸多機遇。

聽起來像是科幻小說里的情節。驅使小行星進入環繞月球的軌道，然后讓機器和設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，當一家名不見經傳的公司首度展示這個商業模式時，著實讓全世界大吃一驚。這個乍聽起來猶如癡人說夢的設想，實際上是一個嚴密的計劃。宣布這一目標的公司名為“Planetary Resources”。據多家機構的可行性研究報告，此類項目最早2025年就有望進入實施階段。

該設想背后的目的不無道理。據智庫機構“全球生態足跡網絡”（Global Footprint Network）計算，如果我們不設法節制目前的資源消耗速度，那么到2050年，我們將需要兩到三個地球滿足人類的資源需求。與此同時，卻有巨大的金屬和礦石礦藏與地球擦肩而過，它們就是不計其數的小行星。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過于昂貴、過于復雜。更為現實可行的出路是更經濟有效地利用現有資源。

然而對于很多國家而言，這卻絕非易事。之所以說它是個巨大挑戰，皆因我們最終要同時克服當今面臨的兩大難題：氣候變化和資源短缺。要實現這個目標，就必須本著更好地實現可持續發展這一目標，對我們的經濟和能源體系進行重大改革。經濟改革要求加強原材料的再利用、循環利用和閉環廢物管理。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，還要大規模采用零碳能源。此外，還必須顯著提高發電和用電的效率。上述所有措施不是以2025年為期，而是必須盡快落實。

柏林勃蘭登堡門門前的一條標語寫道“能源轉型，刻不容緩！”。這條標語折射出德國對于向可再生能源、節能增效和新型交通解決方案轉型的高度熱情。

在德國，這種可持續發展的能源體系的未來面貌已依稀可見。日本2011年發生核災難之后，德國*制定了一個宏遠的可持續發展能源供應目標。德國不僅計劃在2022年之前*摒棄核能，還要求大力發展風能和太陽能等可再生能源（到2050年占發電總量的80%），減少溫室氣體排放（2050年之前在1990年的基礎上減少80%）。“實現可持續能源供應對于德國人民而言是一個世紀項目。這個目標是正確的，它的意義重大。”西門子能源業務領域*執行官Michael Süß表示，“其他國家都在密切關注德國如何開拓這條道路。”

完成這個項目不僅要求營造適當的政治環境，而且最重要的，還要有合適的技術解決方案。“這意味著方方面面的創新：能源效率、電力傳輸、電力生產和存儲。”德國聯邦電力、天然氣、電信、郵政和鐵路網絡管理局主席Jochen Homann接受《未來之窗》采訪時表示。“德國工業是成功實現向可持續能源供應轉型的一大保證。”此外，一旦德國的能源體系改革取得成功，那么德國所采用的解決方案可以輸出到全球各地。

慶幸的是，實現建設可持續發展能源體系這一個宏大的目標，并不意味著要推翻現有的技術從頭再來。所需的很多技術和解決方案已接近成型，目前正在開發之中。要使能源體系具有可持續性，必須從九個不同的領域入手，這些領域相輔相成，如同拼圖游戲中的各個圖塊。

可再生能源就是一個例子。“時至今日，可再生能源已不再是一種小眾技術；它們已成為電力市場上的一支生力軍。所以在中短期內，它們必須更多地參與市場公平競爭。”Homann稱，要讓可再生能源成為電力行業的*，更需要讓它們參與市場競爭。尤其是在風電領域，這種經濟可行性可以在相對較短的時間內實現。得益于西門子風電實驗室目前正在開發的創新技術，用不了多久，風力發電即便沒有政府補貼，其上網價格也有望與燃煤發電一樣便宜。

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收集太陽能，在廣闊的海洋上捕獲風能，因此就需要將輸電網擴建成電力高速公路，不僅國內要暢通，還要通向國外。高壓直流輸電（HVDC）技術是實現這一目標的理想解決方案。在遠距離輸電中，HVDC的效率超過了傳統的三相高壓輸電線路。

2012年5月底，德國政府和德國各大電力公司聯合發布了一份《電網發展規劃》，明確了遠距離輸電網絡改造的基礎指標，提出了新建3,800公里線路的計劃。“我們的可再生能源在蓬勃發展。要將風電輸送到市場，我們亟需貫通南北的電力高速公路。”Michael Süß指出。

向可持續發展能源供應轉型要求采取相輔相成的配套措施。德國聯邦環境部部長Peter Altmaier手里拿的便是這樣一幅“能源拼圖”

然而，在這一發展過程中有一點仍然非常重要，那就是不能讓市民感覺向可持續能源供應轉型的決策絲毫未考慮他們的利益或觀點。“建設可持續發展的能源體系，還需要人們轉變觀念。”Süß一語中的，“如果說連安裝一根電線桿都需要去爭取市民的同意，那種情形肯定行不通。人們確實愿意增加可再生能源的使用量，但如果不增建基礎設施，就不可能實現這一點。”

然而，可再生能源的大量使用不僅僅要求擴建電網。這是因為風能和太陽能的發電量會隨天氣的變化而變化。因此，長期來看，還需要能夠將過剩電能存儲幾小時、幾天，甚至幾周的蓄能系統，必要時，在風力不足的日子里，這個系統再將電能饋回電網。目前已經有一些類似的系統在開發之中，包括水氫電解法和蓄電廠，以及西門子基礎設施與城市業務領域開發的Siestorage蓄電技術。Siestorage是一種基于鋰離子電池的模組系統，它能存儲500度電（按平均水平計算，相當于50個家庭的日用電量），可以充當緩沖裝置，以應對可再生能源的短暫浮動，比如幾秒或幾分鐘內的浮動。同時，傳統電廠仍然必不可少，它們要提供一定的基載電能，同時充當備用供電源，當電網中的電力不足時，它們可以快速向電網送電。啟動快、效率高的燃氣發電廠尤其適合這一用途。

百萬能源生產大軍。無論是太陽能、風能或生物質發電廠，還是小型熱電聯產廠，或是大型傳統電廠，將來會有數百萬臺發電機源源不斷地向德國電網送電——而不是15年前的寥寥幾百臺。用電者也將逐步成為發電者，或者說是“產消者”。這種情況加之可再生能源發電量波動不定這一特性，使得智能電網成為必不可少的設施，它可以保證配電網絡的穩定性，并實現智能化電力管理。

從全局而言，需求側也必須實現智能化管理。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。其中的一個重要手段就是實時定價機制。如果價格隨著需求的增加而上漲，那么用戶就會減少不必要的用電。比如，冷藏倉庫、空調系統或家用電器斷一會兒電并不會有多大影響。

這告訴我們，最清潔的電能永遠是未消耗的電能。因此，可持續能源體系這個拼圖中最重要的一塊是能源的高效利用。對于企業而言尤為如此，企業可以通過提高能效，降低能源成本，增強競爭力。

交通系統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%，若能實施簡單的節能措施，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家的建筑物裝配節能設備，從而打造出全世界屈指可數的可持續發展建筑物。

在對建筑物進行現代化改造時，西門子常常發現唯有采用明智的融資方案，才能取得更好的節能增效結果。對于預算有限而仍希望設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。根據合同，用戶不需要為現代化節能設施的初始安裝投入任何成本。然后，他們只需要用節約的能源成本分期支付設施升級費用。

首要目標：可靠的供應。在為構建可持續發展能源體系采取的一切行動中，有一個目標始終占據著頭等重要的位置：能源供應的安全性。未來的能源供應必須可靠，其價格必須適度。“我們可以想象得到電網費率將上漲，那么電價也會隨之上漲。” Jochen Homann表示，“但是必須要盡量控制成本；配電網絡的擴建必須以滿足安全供應的需求為限，不能過度。此外，成本去向必須透明，成本必須在消費者群體中公平分攤。”

同時，能源供應在任何情況下都應具備穩定性，尤其是在像德國這樣的高度工業化國家。2012年7月印度發生了大規模停電事故，致使近6億人口在長達兩天的時間里無電可用。如果德國的電網也像這樣頻繁出現故障或供應中斷，那么就會有損于全國工商業的競爭力。

鑒于上述原因，所有措施必須像拼圖的圖塊一樣整合起來。在適當的框架下，也就是政府對可再生能源、能源效率、配電網擴建、網費和研發的適當支持下，各種措施的相輔相成將構建出一副和諧的整體藍圖。這是向可持續能源供應轉型的必由之路；同時在轉型過程中研發出的產品還可以輸入國際市場，成為重要的出口產品，因為其他國家遲早需要探尋自己的可持續能源供應之路。

目前德國的哈爾茨山就在實施和測試一個可持續能源體系項目。在該地區，可再生能源盛行，占當地電力供應的60%以上。但問題是如何既保證所有電網的穩定性和配電系統的經濟可行性、可靠性與安全性，又實現可持續發展的電力傳輸。

Harz.EE交通研究項目由德國多個部委扶持，參與方包括西門子、移動通訊運營商沃達豐、公用事業公司E.ON和德國鐵路系統。各方正在研究將各地的可再生能源應用于電動車輛，以及將這類能源并入智能電網的方法。盡管存在地理限制，該項目還是展現了交通如何被納入更廣泛的可持續發展能源體系，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

人類對能源的需求始終有增無減。電力能以一種經濟、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。然而，不同地區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雜。以往的能源轉換鏈是一條垂直的線，從原材料到原材料加工、由大型電廠生產可用能源，再往下輸送給消費者，一氣呵成，但現在它們不再局限于單一的標準結構和這種能源轉換鏈。如今的能源、地區需求和市場環境千差萬別。因此，西門子能源認為當今的能源體系可被視為一個無窮盡的矩陣；在這個矩陣中，能源需求要求我們找到能夠優化利用所有可用能源的解決方案，這個解決方案要能超越具體能源形態、不同發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的電廠以及利用光伏、風力、水力和生物質進行的分散式發電。蓄能系統和電力傳輸同樣是這個電力矩陣的組成部分。西門子能源的產品、解決方案和服務都以該矩陣為藍圖，因而有望幫助構建一個具有前瞻性的能源體系，在這個體系中，經濟、高效、可靠的可持續發展能源利用將成為現實。