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西门子SM321数字量扩展模块
产品时间:2020-11-23
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为此,位于慕尼黑的西门子智能系统与控制全球技术领域(GTF)部门的Volkmar Sterzing及其CT团队开发了一种可以实现以上功能的新方法。使用所谓的递归神经网络,研究人员可以描绘燃气轮机的整个运转过程,并准确预测其产出。Sterzing解释说:“过去,我们只能了解到这些过程在某一时刻的状态。而现在,使用这个新方法,我们可以掌握在这个特定时刻之前及之后的运行情况。”Sterzing表示,利用这种方法,研究人员不仅可以查明过去发生了什么,还可以预见未来会发生什么。这种动态的描绘可以确认其中的变化,充分利用有利的变化,同时弱化可能产生负面影响的变化,并相应地调整维保计划。

未来,个人能源代理将使用装有学习软件的专业电表箱(左图)来操作顾客和电力公司之间的电力交易。

CT研究人员已经将他们从燃气轮机中学到的知识应用在相关领域内,例如优化风电机组及整个风电场。作为热心航海比赛船员的一份子,Sterzing知道在比赛中每时每刻都需要关注波浪、风速和对手的船只,这样才能决定驾驭船只的方式。否则,如果无法预测未来的变化,就不能规划最合适的路线。在这种办法的启发下,他为风电机组发明了一种软件系统,这种系统的基础是能够测量大约十种因素的传感器,包括风速、乱流度、温度和气压。算法将这些数据和风电场发电量联系起来,这样软件就能够从数以千计的关系中学习并学会如何在新情况下应用已有的知识。

西门子研究人员现在正在测试该系统。

随着对不同情况的学习,系统越来越擅长独立预测,知道哪种情况下,旋转叶片的入射角或发电机速度快慢的改变,使得风电机组能够从风中获得最大的产出。这种方法可以将风电机组的产出提高0.5个百分点。听起来似乎不多,但是对一个大型风电场而言就是很显著的效果。在过去的六个月里,瑞典Lillgrund风电场进行的实验已经表明,正是得益于从自己的行为中独立学习的能力,即所谓的自主学习,风电场提高了发电量,这相当于额外添加了一台风电机组所生产的电量。

从声音中学习——高效节能

将电弧炉中的铁块熔炼成钢板会产生大量噪声。重量各异的铁块,有的甚至像汽车那么大,在三个强大的电弧下熔化时来回滑动。虽然电弧的温度高达一万摄氏度,有时也不能将熔化的铁块焊接起来,而将能量消耗到炉壁上。熔炉产生的噪声震耳欲聋。三相交流电电极的电弧产生大约120分贝的噪声,比喷气式飞机的噪声都大。Detlef Rieger是慕尼黑西门子中央研究院的非破坏性试验全球技术领域(GTF)部门的项目经理,Thomas Matschullat就职于爱尔兰根的冶金技术部门。正是这样巨大的噪声使两位科学家不得不认真思考这一问题。两人想知道该如何监视和控制熔炼过程,以减少能源的浪费。

他们在熔炉外壁挂上传感器,这样就可以测出熔炉内部产生的声波。除此之外,他们还持续不断地监视电极产生的电流。Rieger说:“把电极数据和声波测量结果结合起来。我们的算法可以计算出电弧和炉壁之间产生的是哪种声音振荡。通过这个信息,我们可以推断出熔炉内部每时每刻的情况。”在熔化的最初阶段,系统已经掌握足够的信息可以确定熔炉内部各个铁块的位置,从而判断出单个电极的输出是增加还是减少。在熔炼的第二阶段,确保铁块中碎屑异物形成的矿渣尽可能均匀地分布在熔化的金属表层,这很关键。为此,将煤灰吹入熔炉中,在矿渣上形成一层一氧化碳泡沫。这一层泡沫保护了电弧和熔化的金属,避免炉壁的温度过高。这样就减少了能源消耗。软件不断地通过解读声波数据来测量含有泡沫的矿渣是否足够厚,分布是否均匀,因此该过程被命名为“IMELT Foaming Slag Manager(IMELT泡沫煤渣管理器)。”德国的两家炼钢厂和白俄罗斯的一家炼钢厂都在使用这个系统,并成功地将能耗降低了2.3%。Rieger说:“例如,按照100吨钢材的成本计算,差不多相当于每小时节省了920 度电。”而且,炼钢厂每年的煤炭消耗量降低了25%,二氧化碳排放量减少了12,000吨。

 

 

在S7-400 CPU侧调用“S7Put”完成向S7-300 CPU写入数据,调用“S7Get”从S7-300 CPU侧读出数据:


图3-5 功能块调用

在上图左侧“S7Get”的功能块中,S7-300 CPU站侧的DB50里从DBB0开始的10个字节会被读取到S7-400 CPU侧的DB10里DBB18开始的10个字节区域中;
在上图右侧“S7Put”的功能块中,S7-400 CPU站侧的DB11里从DBB52开始的10个字节会写入到S7-300 CPU侧的DB51里从DBB0开始的10个字节区域中。

3.2 与S7-400 HCPU通讯

3.1.1 组态S7连接
由于S7-300 CPU和S7-400H CPU之间无法建立S7容错连接,所以在连接创建的时候,需要分别从S7-400H CPU的两个CPU分别建立到S7-300 CPU(或者Unspecified)的连接:


图3-6 HCPU中0机架上的连接

 


图3-7 HCPU中1机架上的连接

从S7-400H CPU的两个CPU分别创建一个到“Unspecified”的S7连接,可以看到,这两个连接的ID号是不同的。参照前文所述修改连接参数之后将连接下载到S7-400 CPU中。
HCPU到S7-300 CPU站点的通讯链路由两个S7连接实现,如何基于这两个连接可靠地完成数据交换则是需要考虑的重点。具体的方案较多,可以采用两个连接同时工作,接受方通过判断连接状态来选择数据的方式,也可以采用“心跳信号”的方式判断出可用的连接之后再完成传输等。
在下载中心网页上提供了一个“H_Status”的功能块可以方便地显示HCPU的冗余状态。基于“H_Status”提供的冗余状态来选择具体的通讯连接,具体编程如下:


图3-8 HCPU下的通讯程序组态

上图中,“H_Status”功能块读取0机架和1机架上CPU的主备状态,通过管脚“R0_MSTR”/“R1_MSTR”输出。这两个输出连接到负责通讯读写的“S7Put”和“S7Get”功能块的使能管脚,这样,当机架0为主CPU时,“R0_MSTR”为1,其所连接的通讯功能块被使能,通讯从S7连接1中进行,反之亦然。


4、分层操作
PCS 7系统一般可以划分多个操作层级,如中央控制室、区域控制室、就地控制室、就地操作等等,每个层级都可以对同一现场设备进行操作。例如,现场控制站S7-300 CPU会配合一个操作员面板实现设备的就地监控,而控制室的PCS 7 OS负责整体的监控。有些情况,用户希望只是位于就地的操作员面板可以操作设备,而位于中控室的计算机禁止操作,或者要求不能同时操作设备,防止多点操作造成设备的误动作,保证人身安全、设备可靠稳定运行,因此分层操作控制是必不可少的。分层操作可以在工厂范围内协调各个层级的操作,提高工作效率、优化人员调配。

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