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西门子全新Simatic S7-1500 冗余控制器以高可用性为工厂保驾护航
? 凭借高可用性防止数据丢失，避免停机? 采用透明化编程的PROFINET冗余控制系统
? Simatic 诞生60周年进一步丰富全集成自动化产品家族
尽可能地降低工厂出现故障或意外停机的可能性，以提高工厂效率，已经成为生产企业的主要诉求。为此，西门子开发出全新Simatic S7-1500 R/H系列冗余控制系统。基于标准型 Simatic S7-1500 CPU，Simatic S7-1500 R/H采用透明化编程方式，使用TIA Portal STEP 7 编程语言进行编程，把程序从标准系统迁移到冗余系统，无需额外工作。Simatic S7-1500 R/H凭借其高可用性，能够有效防止数据丢失以及避免停机。此外，该系列控制系统采用PROFINET系统冗余的方式，可以充分利用PROFINET的、灵活、高性能的特点。
全新Simatic S7-1500 冗余控制器涵盖三种CPU，分别为CPU1513R、 CPU1515R和CPU1517H。其中，CPU1513R 和 CPU1515R适合中小型项目应用。如果一个CPU失效 ，备用CPU将自动接管程序控制工作，程序可以快速恢复运行，以防止数据丢失。此外，基于PROFINET系统冗余的通讯方式还可以提高设备的可用性。支持Profinet S2冗余功能的现场设备（例如ET 200SP/MP）通过PROFINET连接到冗余CPU，从而构成PROFINET冗余通讯，即使发生网络中断，现场设备也能继续工作。具有相似的功能特性的CPU1517H性能更强，适合大型项目应用。该系列CPU带有专门的光纤同步模块，可以实现快速、平滑的切换。未来，CPU1517H还将开发支持PROFINET冗余网络。
Simatic S7-1500 R/H能够限度地降低生产故障机率。例如，在生产、能源、供水系统、环境监控系统、机场助航照明、编组站系统等领域，能够有效避免控制器故障引起的停机；在行李处理、高架仓库、跟踪和追溯等领域，能够避免因工厂故障造成数据丢失而导致的高昂重启成本；在污水处理厂、隧道、船闸、楼宇系统等领域，即使没有监督和维修人员也能保障正常运行。
西门子Simatic系列可编程逻辑控制器（PLC）诞生于1958年，经过60年的发展和创新，从早的S3系列发展到如今的S7系列，已成为全球工业领域应用非常广泛的可编程控制器。
西门子工业边缘计算
西门子工业边缘计算可帮助客户缩小传统的本地数据处理和基于云的数据处理之间的差距，以满足个性化需求。边缘计算可以实时进行大量数据的本地无反馈处理。工业边缘计算还能帮助用户降低数据的存储和传输成本，因为大量数据能够得到预处理，仅将高度相关的数据上传到云端或企业内部自有的IT基础设施。西门子工业边缘计算支持MindSphere的云传输协议，MindSphere是西门子基于云的开放式物联网操作系统。未来，它还将支持消息队列遥测传输（MQTT）协议，以进一步确保与其他系统和云平台进行灵活的数据交换。
西门子安贝格电子制造工厂应用边缘计算实现节能增效
西门子安贝格电子制造工厂（EWA）利用印刷电路板（PCB）裁切机来生产Simatic系列产品。在铣削操作过程中，会产生细小的铣削粉尘，对机器造成巨大影响。这可能会使设备的主轴轴承卡住，进而导致机器意外停机。为了防止隐患发生，安贝格工厂利用边缘计算设备来分析传感器所采集到的数据，并借助人工智能来分析机器的运行参数，以检测主轴行为中的任何异常，监测未来出现故障的可能性。通过机器学习算法来实时计算异常值，高于预定阈值表示机器即将发生故障。此边缘应用程序可在实际故障发生之前12至36小时预测轴承腐蚀和机器停机的情况。一旦出现异常，可以提前规划更换机床主轴的时间，以避免意外宕机带来的高额损失。
背景息
在利用基于云的解决方案对生产数据进行分析时，制造商面临着双重挑战：既要管理其核心任务，又要为更新处理和IT等相关流程寻求、经济的解决方案。有很多种方法可以对数据进行收集和分析，并利用其分析结果来优化流程。因为软件更新成本高昂，许多人正在摒弃本地数据处理的传统方式，而选择数字化路径，即借助互联网的中央IT基础设施（服务器场），以云计算的方式进行数据处理和分析。它支持通过中央云管理系统在所有服务器上安装更新，因此大幅简化了应用程序的更新和管理等任务。
在云计算的应用日益成熟的同时，边缘计算作为它的合理补充也在不断发展。这些互补系统使生产数据能够分散或集中处理。功能、智能和数据不再仅仅发生于云端的集中式服务器上，也可选择发生在靠近数据源的现场级，即生产端的自动化技术中。西门子工业边缘计算解决方案基于西门子成熟的硬件和软件组合以及云技术中所使用的机制，集成了本地和基于云的数据处理两方面的优势。
、常发生的故障现象分析： 当PLC的RS485口经非隔离的PC/PPI电缆与电脑连接、PLC与PLC之间连接或PLC与变频器、触摸屏等通时有通口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下： ●R1或R2被烧断，Z1、Z1和SN75176完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经R1或R2、桥式整流、Z1或Z1到地，Z1、Z2能承受10A电流的冲击，而该电流在R1或R2上产生的瞬态功率为：102×10=1000W，当然会将其烧断。 ●SN75176损坏，R1、R2和Z1、Z2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于Z1、Z2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kV的静电。 ●Z1或Z2、SN75176损坏，R1和R2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将Z1或Z2和SN75176击穿，由于电流较小和发生时间较短因而R1、R2不至于发热烧断。 由以上分析得知PLC接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，如由于PLC内部24V电源和5V电源共地，24V电源的输出端子L+、M为其它设备混合供电可能导致地电位变化，从而造成共模电压超出允许范围。所以EIA-485标准要求将各个RS485接口的号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，地线环流！ 当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。 连接在RS485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到PLC，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。 当通线路较长或有室外架空线时，雷电必然会在线路上造成过电压，其能量往往是巨大的，常有用户沮丧地说：“联网的几十台PLC全部遭打坏了！”。 三、 解决办法： 1、从PLC内部考虑： ●采用隔离的DC/DC将24V电源和5V电源隔离，分析了三菱、欧姆龙、施耐德PLC以及西门子的PROFIBUS接口均是如此。 ●选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次RS485芯片，如：SN65HVD1176D、MAX3468ESA等，这些芯片价格一般在十几元至几十元，而SN75176的价格仅为1.5元。 ●采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件TVS或BL浪涌吸收器，如P6KE6.8CA的钳制电压为6.8V，承受瞬态功率为500W，BL器件则可抗击4000A以上大电流冲击。 ●R1和R2采用正温度系数的自恢复保险PTC，如JK60-010，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通，当受到浪涌冲击时，大电流流过PTC和保护器件TVS（或BL），PTC的电阻值将骤然增大，使浪涌电流迅速减小。 2、从PLC外部考虑： ● 使用隔离的PC/PPI电缆，尽量不用廉价的非隔离电缆（特别是在工业现场）。西门子公司早期出产的PC/PPI电缆（6ES7 901-3BF00-0XA0）是不隔离的，现在也改成隔离的电缆了！ ● PLC的RS485口联网时采用隔离的总线连接器. ● 与PLC联网的第三方设备，如变频器、触摸屏等的RS485口均使用RS485隔离器BH-485G进行隔离，这样各RS485节点之间就无“电”的联系，也无地线环流产生，即使某个节点损坏也不会连带其它节点损坏。 ● RS485通线采用PROFIBUS总线专用屏蔽电缆，保证屏蔽层接到每台设备的外壳并后接大地。 ● 对于有架空线的系统，总线上设置专门的防雷击设施。
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