西門子DQ 8:數字量輸出模塊,可控硅

S7-1500 自動化系統具有模塊化的結構，可包含zui多 32 個模塊。 它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。S7-1500 自動化系統支持單層配置，其中的所有模塊均安裝在一個安裝導軌上（請參見手冊以了解前提條件）。

一個系統包含下列組件：

• 控制器：
  CPU 具有不同性能等級，并具有集成 PROFINET 接口或 PROFINET 和 PROFIBUS 接口，用于連接分布式 I/O 或用于編程設備、操作裝置、其它 SIMATIC 控制器或第三方設備間的通

提供有大量功能，支持用戶的 S7-1500 編程、調試和維護等工作。

西門子DQ 8:數字量輸出模塊,可控硅

• 性能 

• 指令處理速度更快, 取決于 CPU 型號、語言擴展和新的數據類型

• 代碼生成得到優化，響應時間顯著縮短

• 集成技術

• 通過標準 PLCopen 運動控制塊，簡便、快速地對運動序列進行編程

• 運動控制功能支持速度控制軸、定位軸、相對同步操作（在沒有位置同步規范的條件下實現同步）以及外部編碼器、凸輪和探頭。

• CPU 技術中還集成了諸如同步操作（利用位置同步規范進行同步）凸輪系統等擴展的運動控制功能。

• 方便的診斷和調試工具提供了驅動器調試支持

• 向組態系統和人機界面自動發送報警消息：簡化的故障排除步驟節省了調試時的時間與工作量。

• 等時同步模式

• 將分布式信號采集、信號傳輸和程序執行與具有恒定總線循環時間的 PROFIBUS 和 PROFINET 的循環進行同步耦合：
  采集輸入信號并進行處理，按固定時間間隔（恒定總線循環時間）將輸出信號輸出。同時創建了前后*的部分過程圖像。

• 由于分布式 I/O 以恒定總線循環時間進行同步信號處理，可實現精確可重現的確定過程響應時間

• 在分布式自動化解決方案中，SIMATIC S7-1500 還可執行高速處理操作，并可取得*的精度和重現性。這意味著可在提供且恒定的質量的同時提高產量。

• 提供了用于完成運動控制、測量值采集、高速控制等復雜任務的全面組件。

• 集成安全功能

• 通過密碼進行知識保護，防止未經*而讀取和修改程序塊（與 STEP 7 相結合）

• 通過復制保護
  來提高保護程度，防止未經*而復制程序塊：通過復制保護，可將 SIMATIC 存儲卡上的程序塊與其序列號綁定，以便只有在將配置的存儲卡插到 CPU 中時，該程序塊才可運行。

• 4 級*方式：
  可向用戶組分配不同訪問權限。通過新的保護級別 4，還可以限制與 HMI 設備之間的通信。由于操作保護得到改進，控制器可以檢測到組態數據的更改或未經允許的傳輸。

• 設計與操作

• 帶集成顯示屏的 CPU：
  可方便地分析集中和分布式模塊的狀態，或不使用編程設備而設置或更改 IP 地址。系統診斷信息和用戶報警在顯示屏上以普通文本形式顯示，有助于快速有效地響應產生的錯誤消息。菜單和消息文本在顯示屏上可以多種語言顯示。

• 集成系統診斷

• 系統診斷信息在顯示屏上以純文本格式持續顯示，TIA Portal，HMI 設備和 web 服務器，包括驅動器中的消息，在CPU停止運行的狀態下均有可能。此功能是作為一個系統功能集成在 CPU 固件中，無需由用戶單獨組態。若配置了新硬件組件，則自動更新診斷信息。

• 通過質量信息，直接在用戶程序中進行簡單快速的診斷：
  通過激活模塊的質量信息 (QI)，可直接在用戶程序中查詢和評估所提供過程值的有效性。此時，訪問是通過過程映像并使用簡單二進制或加載命令進行的。先決條件是可在 TIA Portal 中對模塊進行診斷，并對質量信息進行組態。

• 支持 SIMATIC ProDiag S7-1500 – 用于輕松創建機器診斷與工廠診斷。它提升了可用性，并支持就地的故障分析和故障排除功能。

• 通過 SIMATIC STEP 7 Professional V12 組態軟件進行組態

• SIMATIC S7-1500 控制器系列可在 Totally Integrated Automation Portal 平臺中使用 STEP 7 Professional V12 或更高版本來編程。SIMATIC STEP 7 Professional V12 是 SIMATIC S7-1500 的直觀組態系統。

• 兼容性

• 移植：
  與 SIMATIC STEP 7 Professional V13 集成的一個移植工具可幫助從 S7-300/S7-400 切換到 S7-1500 控制器，并自動轉換程序代碼。無法自動轉換的程序代碼將會記錄下來，并可以手動進行調整。客戶支持頁面的下載區域中還以獨立工具的形式提供了該移植工具。STEP 7 V11 項目可在兼容模式下繼續和 STEP 7 V12 組合使用 。S7-1200 程序也可以通過復制/粘貼手段轉移至 S7-1500

• SIMATIC 存儲卡(用來運行 CPU)

• SIMATIC 存儲卡用作插入式裝載存儲器，或用于更新固件。STEP 7 項目（包括注釋和符號、附加文件或 csv 文件（用于配方和歸檔））也可存儲在 SIMATIC 存儲卡上。可通過用戶程序和 SIMATIC 存儲卡上的系統函數來創建數據塊，并存儲或讀取數據。

• Safety Integrated（S7-1500F 控制器的功能選項）

• “STEP 7 Safety Advanced"選件包；
  用于對 S7-1500F 控制器的安全相關程序部分進行編程。
  選件包中包括所有用來創建 F 程序的所有功能和塊。STEP 7 Safety Advanced V12 可在 SIMATIC STEP 7 Professional V12 SP1 下運行。

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及早預警

盡管諸如能源系統和運輸系統等高級基礎設施讓我們的生活變得越來越舒適，但不論任何時候，只要它們發生故障，其后果會非常嚴重。為了防止運行中斷，西門子正在與合作伙伴共同分析傳感器數據，以幫助盡早探明技術問題。其目標是打造*的穩健系統。

在范圍內，信息技術和互聯網大大增加了需要儲存起來的數據量。這些數據不僅包括Facebook等社交媒體平臺上生成的信息，如圖片、文字和視頻，而且也有企業員工保存在公司內部網絡中的數據，以及由傳感器生成并通過互聯網傳送到數據庫中的機器數據。

西門子軟件平臺連接了各種類型的數據庫，從而有助于防止燃氣輪機和蒸汽輪機發生故障。

據Forrester公司IT市場研究人員開展的調查，從2006年到2012年，數據量增加了10倍。2012年，數據量*增至2.5澤字節以上。這是一個難以想象的巨大數字，后面有21個零。如果將這些數據儲存到CD光盤中，那么，所使用的全部光盤摞在一起，可以從地球到月亮往返5次以上。而數據量還在持續快速增長。IDC市場研究人員執行的一項調查發現，到2020年，僅在西歐地區產生的數據量就有望增至5澤字節。一個艾字節等于10億千兆字節，相當于裝滿200億個文件柜的紙質文檔所包含的數據量。一個澤字節等于1000個艾字節。

數據量增長如此迅猛的原因之一是移動互聯網技術日益興起。特別是智能中的應用程序生成了大量信息。每天有大約2.5澤字節數據在移動互聯網上傳輸并保存到平臺上。

迄今為止，這些海量數據在很大程度上尚未得到有效的開發利用。然而，歸功于能夠分析大量非結構化數據的“大數據"技術，這種狀況即將改觀。這項技術利用能夠在對人類而言似乎是虛擬混沌的大量數據中發現出人意料的模式和新的相互關系的算法，實現這一點。根據這些信息，企業可以得出新的洞見，不僅能優化業務流程、產品、工廠和客戶關系，而且可以管理復雜的基礎設施，同時優化服務和維護。其目的是將關于機器和設備狀況的傳感器數據，與關于錯誤消息和質量保證統計數據的信息相結合。

得益于這樣的信息融合，智能監控系統可以盡早檢測出故障，以便在故障發生之前，更換缺陷組件，解決問題。譬如，在燃氣發電廠，運動傳感器可以測定出關于輪機磨損情況的參數值，然后，傳感器會將這些數據發送至計算機系統。后者將分析這些數據，并且如果發現，譬如超出了諸如燃燒室zui高允許溫度等臨界限值，就會觸發報警。在位于慕尼黑的西門子*研究院（CT），Steffen Lamparter博士是業務分析與監控部門的專家，他說：“這個系統已經相當有效。"

未來，研究人員很可能將這些數據與更多信息相結合并進行實時分析。這些信息涉及多種不同參數，包括發電量和電機電流變化。據保守估計，這樣做可以將技術人員獲取相關數據所需用時縮短至少25%。Lamparter指出：“因為平均而言，技術人員的工作時間有80%是用在收集數據上，我們預計，每年僅輪機檢修一項就可節省超過100萬歐元。"

已經在對西門子推出的H-Class燃氣輪機進行這樣的實時分析。西門子調試工程師可以隨時隨地立即從新近交付的輪機調取數據并進行分析。每一臺燃氣輪機都配備1500個傳感器，用于以秒為間隔精確測定諸如溫度、壓力、氣體成分和發電功率等等關鍵工作參數值。

不論是燃氣輪機、聯合循環發電輪機，還是其他系統，憑借西門子積累的豐富維修經驗，西門子可以通過在運行數據和錯誤消息中執行智能搜索，得出更多洞見。然后，可以利用這些洞見來進一步優化個別系統。西門子打算創建一個計算機輔助專家系統，用于分析設施故障與設施組件之間的相互關系。Lamparter解釋道：“未來，設計人員在為新設施遴選組件時，將能夠獲取這些數據。通過這些信息，他們可以了解到組件的實際運行情況。"這樣一來，所打造的設施從一開始就更加穩健。

從復雜數據中識別出模式。目前，歐洲開展的一個名為“Optique"的研究項目也在開發這樣的方法和技術。在這個項目中，10個合作伙伴——包括像西門子和挪威石油企業Statoil公司這樣的企業，以及歐洲各大高校的研究人員——正在開發用于提高復雜數據庫搜索效率的基本技術。

該項目旨在將不同數據源和數據庫彼此連接起來，并賦予其一定的智能性。其計劃是使用強大的算法，以就在不久前還被視為不可思議的速度和質量水平，發現出人意料的模式和相互關系。

未來，在理想條件下，公司員工將能夠使用言簡意賅的問題，在由數百個相互連接起來的、結構互不相同的數據庫構成的龐大數據池中搜索信息。搜索結果將有助于員工作出決定。而要想使其發生，我們還面臨重大的挑戰，這是因為信息的分布特性和缺乏統一數據模型。

雖然Statoil公司的主要興趣點是在勘探新油田方面加強利用數據庫，而Optique項目的西門子應用實例代表Mikhail Roshchin博士則希望優化利用數據，以改善發電廠輪機的預防性維護。他的目標是提高未來的電力網絡的抗故障性能。西門子已經在向客戶提供預防性輪機維護服務。Roshchin在報告中指出，“西門子的能源服務、石油和天然氣以及電廠等業務部門正在通過部署專門的軟件平臺，達成這一點。"現在，西門子打算通過連接更多數據源，優化其預防性維護服務。

Lamparter解釋道：“在這個項目中，我們的主要任務并非處理海量數據。輪機維護服務每天僅產生30千兆字節數據，數據池總容量為10兆兆字節。"將不同數據庫整合起來，并同時將之與一個不斷變化、膨脹的數據池連接起來，提出了一個遠為嚴峻的挑戰。Lamparter說：“因此，我們不得不持續不斷地更新計算。這是一個艱巨的任務，特別是當需要盡可能地實時獲得結果時。"

挑戰：必須將多種不同類型的數據庫整合、互連起來，而數據池則在不斷變化和膨脹。

智能評估工具。必須采用其他方法，將諸如文本格式的錯誤消息等非結構化數據，與諸如機器參數值等結構化數據，相結合。譬如，西門子文本識別分析技術和圖像分析技術可以將文本、語音、視頻和圖像等文件轉換為可以分析的數據，使之有史以來*次在決策過程中發揮作用。然而，在這方面，要解決的難題是從邏輯上將各種類型的數據源和格式相互起來，以便得出關于缺陷和故障原因的結論。

在解釋這個研究項目的另一個目標時，Lamparter的同事Thomas Hubauer說：“為了提高分析有效性，甚至為單獨的數據庫配備了智能評估工具。"因此，譬如，關鍵統計數據的計算可能不再要求將所有數據讀入數據池。相反，僅需要與有關查詢相關的樣本空間。根據樣本空間，可以計算出平均值和標準偏差等等數據。

不過，目前專家依然需要其IT同事的幫助，才能從不同數據庫獲得信息。這是因為，必須首先選中現有信息并將之加載到特殊數據空間中，才能進行搜索。這要求專門知識，不精通IT技術的人難以勝任。然而，這種情況也將改變，因為“只有專家自己知道，什么才是真正對他們有益的。"Hubauer如是道。因此，數據庫搜索必須變得像使用這樣的互聯網搜索引擎一樣簡單。

Optique研究項目尚處于早期階段。這個項目已于2012年11月啟動，將于2016年年底結束。西門子對這個項目寄予了很高的期望。西門子*研究院的Gerhard Kress說：“我們預計，研究結果將可轉用于其他大數據應用。"Kress負責協調西門子開展的大數據項目。

與西門子能源的同事一樣，西門子醫療的專家采用類似方法開發了用于計算諸如CT掃描儀X射線管等關鍵組件的缺陷概率的專家系統。Kress說：“在決定系統可用性和圖像質量方面，X射線管起到了至關重要的作用。TubeGuard能夠在早期可靠地預測故障。"

有鑒于此，計算機斷層掃描設備配備了傳感器，用于監測諸如射線管電流、陽極轉速和油溫等關鍵參數。監測軟件可以持續不斷地將運行數據實時發送至西門子服務中心。Kress說：“有了這些數據，我們同事可以使用復雜算法來計算出數日內發生故障的可能性。"得益于此，檢修工作人員可以及時與放射檢查醫師預約更換缺陷組件，而不會打斷其工作。

Kress表示：“這個系統已經非常有效。"未來，海量數據和不同數據庫的組合將為開創面向諸如過程分析等程序的新業務模式創造條件。在談到這個系統的可能應用時，Kress說：“我們可以在大數據池中發現關聯，識別出有助于改進醫生辦公室工作流程和程序的相互關系。這進而有助于穩定醫療成本。"然而，在實現這個目標之前，還需要開展大量研究工作。