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西門子今天在北京舉辦“西門子能源管理集團化工行業(yè)峰會”，重點展示了西門子針對化工行業(yè)客戶在能源管理領(lǐng)域提供的優(yōu)秀的業(yè)務(wù)組合,，并與業(yè)界專家和客戶共同探討如何助力化工行業(yè)提升能源可靠性和效率,。
“西門子擁有覆蓋面廣的能源管理業(yè)務(wù)組合，致力于實現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián),、全集成能源管理和高度靈活的電力供應(yīng),。中國化工行業(yè)市場規(guī)模穩(wěn)定增長，市場發(fā)展?jié)摿薮?。我們希望與化工行業(yè)的客戶緊密合作,，針對他們在能源管理領(lǐng)域所面臨的痛點，幫助他們應(yīng)對在電力供應(yīng)的可靠性,、能效及環(huán)保方面面臨的挑戰(zhàn),，”西門子（中國）有限公司執(zhí)行副總裁、西門子大中華區(qū)能源管理集團總經(jīng)理麥明銳（Markus Mildner）表示,。
化工行業(yè)的電力供應(yīng)面臨的首要挑戰(zhàn)是供電的可靠性。作為重資產(chǎn)行業(yè),，化工行業(yè)在生產(chǎn)過程中必須確保大量大型機電設(shè)備連續(xù)不間斷的運轉(zhuǎn),，持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)成為連續(xù)生產(chǎn)的先決條件,。此外,，隨著市場環(huán)境和產(chǎn)業(yè)政策的變化，化工行業(yè)面臨的整體能效挑戰(zhàn)正在不斷加大,。一方面,，能源成本、勞動力成本不斷上升,；另一方面,，政府對高能耗、高污染生產(chǎn)方式的監(jiān)管和遏制力度不斷加大,。更高的能源效率成為解決這一問題的關(guān)鍵,。后，十三五期間政府及社會對于環(huán)保生產(chǎn)的要求越來越高,，化工行業(yè)必須尋求更加清潔的能源,，分布式發(fā)電成為大勢所趨。因此,，可靠,、高效和環(huán)保的電力供應(yīng)及能源管理是化工企業(yè)保證穩(wěn)定生產(chǎn)、降低運營成本,、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障之一,。
針對化工行業(yè)的具體需求,，西門子能源管理集團憑借其業(yè)界優(yōu)秀的涵蓋高中低壓的輸配電技術(shù)，以及高度自動化和智能化的能源及數(shù)字電網(wǎng)解決方案和服務(wù),，致力于為化工行業(yè)提供高效,、可靠和綠色的能源管理解決方案。
2017年2月,，西門子與京博石化簽訂戰(zhàn)略合作框架協(xié)議,，助力京博石化工廠的數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型。京博石化為中國化工企業(yè)500強公司,，在業(yè)務(wù)快速增長的同時,，也面臨著面向“中國制造2025”的產(chǎn)業(yè)升級。此次西門子能源管理集團六家工廠*次共同簽訂框架合同,，將為京博石化提供35千伏及10千伏變壓器、中壓柜,、400伏低壓柜,、監(jiān)控后臺保護等產(chǎn)品，為京博煉廠打造完整,、智能的能源供應(yīng)及管理方案,，標志著西門子與化工行業(yè)客戶的新型戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系轉(zhuǎn)型又邁出堅實一步。
“西門子能源管理集團行業(yè)峰會”是繼“西門子能源管理集團中國百城巡展”之后推出的又一大市場戰(zhàn)略舉措,，旨在通過舉辦系列行業(yè)峰會,，向客戶提供行業(yè)優(yōu)選解決方案，加強與行業(yè)客戶的交流與合作,，從而進一步拓展能源管理的行業(yè)應(yīng)用,。此次化工行業(yè)峰會是系列行業(yè)峰會的*站，未來將針對軌道交通,、數(shù)據(jù)中心等行業(yè)舉辦峰會,，讓萬千中國客戶領(lǐng)略西門子能源管理解決方案在行業(yè)應(yīng)用方面的無限潛能。
1.1標準概述
IEC61850是新一代的變電站自動化系統(tǒng)的標準,，它規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義,、設(shè)備行為,、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言。同傳統(tǒng)的IEC60870-5-103標準相比,，它不僅僅是一個單純的通信規(guī)約,，而是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的標準，它指導(dǎo)了變電站自動化的設(shè)計,、開發(fā),、工程,、維護等各個領(lǐng)域。該標準通過對變電站自動化系統(tǒng)中的對象統(tǒng)一建模,，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口,，增強了設(shè)備之間的互操作性，可以在不同廠家的設(shè)備之間實現(xiàn)無縫連接,。智能化一次設(shè)備和數(shù)字式變電站要求變電站自動化采用IEC61850標準,。IEC61850是至今為止為完善的變電站自動化標準，它不僅規(guī)范保護測控裝置的模型和通信接口,，而且還定義了數(shù)字式CT,、PT、智能式開關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口,。采用IEC61850標準可以大大提高變電站自動化技術(shù)水平,、提高變電站自動化安全穩(wěn)定運行水平，節(jié)約開發(fā)驗收維護的人力物力,，實現(xiàn)*的互操作,，如圖1所示。
IEC61850與傳統(tǒng)的SCADA協(xié)議不同的是,，它不僅是一個簡單的協(xié)議,，更涉及到通信網(wǎng)絡(luò)性能要求、對象建模,、系統(tǒng)和項目管理等多方面的規(guī)范要求,。IEC61850采用面向?qū)ο蟮慕７椒ê统橄蟆⒎謱佑成涞募夹g(shù),，通過規(guī)范系統(tǒng)和項目管理以及*性測試等途徑來保證其目標的實現(xiàn),，并且IEC61850不僅適用于變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信，也適用于配電自動化,、電能計量系統(tǒng),、發(fā)電廠自動化系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電以及其它工業(yè)領(lǐng)域,。
圖1：IEC61850與數(shù)字化變電站(SAS)之間的相互關(guān)系：
1.2 制造報文規(guī)范MMS
制造報文規(guī)范(Manufacturing Message Specification,MMS)是網(wǎng)絡(luò)上實時處理和監(jiān)控系統(tǒng)信息交換的標準,，由標準化組織和電工委員會工業(yè)自動化技術(shù)委員會TC184工業(yè)組負責(zé)制定和發(fā)展，它適合于在不同的設(shè)備,、應(yīng)用,、發(fā)展商和領(lǐng)域內(nèi)提供通用信息服務(wù)，例如：MMS提供的讀(Read)服務(wù)允許網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備,、應(yīng)用或計算機從另外一個設(shè)備,、應(yīng)用或計算機內(nèi)讀取所需的變量，而不管這個變量是在可編程邏輯控制器,、機器人,、遠方終端設(shè)備或智能電子設(shè)備內(nèi),。MMS已經(jīng)廣泛應(yīng)用在制造、石油化工,、電力工業(yè)和太空探索等領(lǐng)域,。
MMS由以下各部分組成：
1) 服務(wù)規(guī)范(Service Specification)那里有賣西門子S7-300內(nèi)存卡
2) 協(xié)議規(guī)范(Protocol Specification)
3) 機器人伴同標準(Robot Companion Standard)
4) 數(shù)字控制器伴同標準(Numberical Controller Companion Standard)
5) 可編程邏輯控制器伴同標準(Programmable Logical Controller Companion Standard)
6) 過程控制系統(tǒng)伴同標準(Process Control System Companion Standard)
上列各部分中，*部分服務(wù)規(guī)范和第二部分協(xié)議規(guī)范是其核心,，服務(wù)規(guī)范包含的定義
有：①虛擬制造設(shè)備(Virtual Manufacturing Device,VMD),；②網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點間的信息交換；③與VMD有關(guān)的屬性和參數(shù),。協(xié)議規(guī)范定義的是通信規(guī)則,，包括：①信息格式；②通過網(wǎng)絡(luò)的信息順序,；③MMS層與ISO/OSI開放模型的其他層的交互,，而3)-6)則是針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域的伴同標準。
MMS提供了豐富的針對對等式實時通信網(wǎng)絡(luò)的一系列任務(wù),，已經(jīng)成為許多工業(yè)領(lǐng)域的控制設(shè)備的通信協(xié)議,，例如CNC、可編程邏輯控制器,、機器人、電力領(lǐng)域中的遠方終端設(shè)備(RTU),、能源管理系統(tǒng)(EMS),、重合器、開關(guān)等IED設(shè)備,。許多流行的計算機平臺都支持基于MMS的互聯(lián),，在軟件支持上，更多的API,、圖形界面,、網(wǎng)關(guān)、字處理,、電子表格,、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫都支持MMS，從通信連接上看,，MMS在以太網(wǎng),、令牌總線、串行接口RS-232C,、OSI,、TCP/IP、MiniMAP上也都很容易實現(xiàn),，如圖2所示：
圖2：MMS在IEC61850報文結(jié)構(gòu)中的位置
1.3 IEC61850標準的體系結(jié)構(gòu)
變電站自動化系統(tǒng)由各種IED 組成,，主要完成變電站內(nèi)設(shè)備的控制,、監(jiān)視和保護功能，并實現(xiàn)系統(tǒng)配置,、通信管理和軟件管理等系統(tǒng)維護功能,。IEC 61850 標準將變電站自動化系統(tǒng)在邏輯上劃分為3 層(即變電站層、間隔層和過程層),，并將具體應(yīng)用功能分解為許多常駐在不同IED 內(nèi),、彼此間相互通信的單元，稱為邏輯節(jié)點(logical node,，LN),，然后以LN 為對象建立變電站內(nèi)IED 的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和服務(wù)模型，旨在解決不同廠商提供的IED間的數(shù)據(jù)交換,、信息共享等問題,。
遵循IEC 61850 標準的變電站自動化系統(tǒng)主要包括：①主站自動化系統(tǒng)軟件(人機界面、數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)管理等),；②間隔層裝置(保護,、測控單元等)；③過程層設(shè)備,，包括電子式電流/電壓互感器(electronic current/potential transducer,，ECT/EPT)、智能斷路器/隔離開關(guān),、合并單元等,；④工程化工具(如配置工具等)，用于管理IEC 61850所定義的的通信模型,，并滿足IEC 61850-6(配置)和IEC 61850-10(*性測試)的規(guī)范要求,，如圖3所示：
圖3：IEC61850與數(shù)字化變電站接口與體系結(jié)構(gòu)
1.4數(shù)據(jù)模型
在了解數(shù)據(jù)模型之前，首先需要了解一些關(guān)于IEC61850 的重要概念
智能電子設(shè)備(IED)：實際的物理設(shè)備,，如開關(guān),、斷路器，綜保等,。
功能：變電站自動化系統(tǒng)執(zhí)行的任務(wù),，如：母線保護、聯(lián)鎖,、報警管理等,。
邏輯設(shè)備(LD)：一種虛擬設(shè)備，聚合邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù),，物理設(shè)備可以包含一個或多個LD,。
邏輯節(jié)點(LN)：用來描述系統(tǒng)功能的基本單位，是數(shù)據(jù)對象的容器,，可以任意分配到
IED,，每個邏輯節(jié)點和內(nèi)部的數(shù)據(jù)都有具體的語義,，并通過他們的服務(wù)與外部進行交互。
在IEC61850 中,，一個IED 設(shè)備的外部性能通過Server 服務(wù)器類來表征,，Server 服務(wù)器可以包含一個或多個邏輯設(shè)備，一個邏輯設(shè)備可以包含多個邏輯節(jié)點,，在IEC61850 中一些邏輯節(jié)點是電力系統(tǒng)實設(shè)備的映射,。一個IED 設(shè)備要實現(xiàn)特定功能必然需要這些邏輯節(jié)點來終實現(xiàn)操作、控制的功能,?？梢院唵卫斫膺壿嬙O(shè)備是IED 設(shè)備實現(xiàn)具體一個功能的抽象容器，在這個容器中包含了實現(xiàn)功能所需的相應(yīng)的邏輯節(jié)點,。
下圖4描述了從一個實際的項目中如何對實際的物理設(shè)備建模的完整過程：
圖4:設(shè)備建模的完整過程
就針對一個具體的IED設(shè)備模型而言,，下圖5描述了該物理設(shè)備中所包含的內(nèi)容及其交互關(guān)系：
圖5：數(shù)據(jù)模型所包含的內(nèi)容及交互關(guān)系
下圖6為一個實際的IED物理設(shè)備所包含的相關(guān)內(nèi)容，該圖描述了該LED設(shè)備中其中一個邏輯設(shè)備”Tampa_Control”的邏輯節(jié)點”Q0XCBR1”斷路器的”位置Pos”數(shù)據(jù)的相關(guān)狀態(tài) “stVal和ctlVal”,。
圖6：一個實際的IED設(shè)備所包含的內(nèi)容
2 “IEC61850 Server Library”軟件包概述
2.1 “IEC61850 Server Library”通信概述
“IEC61850 Server Library”軟件包是西門子推出的基于S7-300/400作為服務(wù)器端的IEC61850規(guī)約的通信解決方案,，通過該軟件包，可以將S7-300/400 “虛擬”為一個IEC61850服務(wù)器端設(shè)備,，之后S7-300/400 可以支持在IEC61850總線上的過程變量導(dǎo)出,，下圖7為“IEC61850 Server Library”軟件包通信總覽：
圖7：“IEC61850 Server Library“軟件包通信總覽
“IEC61850 Server Library “軟件包具有如下特征：
1) 功能*的功能塊庫，支持德語及英語的在線幫助,。
2) 每個IEC61850 客戶端設(shè)備將通過一個ISO-On-TCP連接服務(wù)器,。
3) 多可以支持100 Data-Attribute及10 DataSet(每個DataSet包含100個Data-Attributes)：
4) Data-Attribute支持如下數(shù)據(jù)類型，如圖8所示：
圖8：”IEC61850 Server Library”所支持的數(shù)據(jù)類型
描述
新的模塊化 SIMATIC S7-1200 控制器是我們新推出產(chǎn)品的核心,，可實現(xiàn)簡單卻高度精確的自動化任務(wù)。SIMATIC S7-1200 控制器實現(xiàn)了模塊化和緊湊型設(shè)計,，功能強大,、投資安全并且*適合各種應(yīng)用。
可擴展性強,、靈活度高的設(shè)計,，可實現(xiàn)高標準工業(yè)通信的通信接口以及一整套強大的集成技術(shù)功能，使該控制器成為完整,、全面的自動化解決方案的重要組成部分,。
SIMATIC HMI 基礎(chǔ)面板的性能經(jīng)過優(yōu)化，旨在與這個新控制器以及強大的集成工程組態(tài)*兼容,，可確保實現(xiàn)簡化開發(fā),、快速啟動、精確監(jiān)控和高等級的可用性,。正是這些產(chǎn)品之間的相互協(xié)同及其創(chuàng)新性的功能,，幫助您將小型自動化系統(tǒng)的效率提升到一個*的水平,。
優(yōu)勢
*整合
SIMATIC HMI 基礎(chǔ)面板的性能經(jīng)過優(yōu)化，旨在與這個新控制器以及強大的集成工程組態(tài)*兼容,，可確保實現(xiàn)簡化開發(fā),、快速啟動、精確監(jiān)控和高等級的可用性,。正是這些產(chǎn)品之間的相互協(xié)同及其創(chuàng)新性的功能,，幫助您將小型自動化系統(tǒng)的效率提升到一個*的水平。
用于可擴展設(shè)計中緊湊自動化的模塊化概念,。
SIMATIC S7-1200 具有集成的 PROFINET 接口,、強大的集成技術(shù)功能和可擴展性強、靈活度高的設(shè)計,。它實現(xiàn)了通信簡便,，有效的技術(shù)任務(wù)解決方案，并*一系列的獨立自動化系統(tǒng)的 應(yīng)用需求,。
在工程組態(tài)中實現(xiàn)高效率.
使用*集成的新工程組態(tài) SIMATIC STEP 7 Basic,，并借助 SIMATIC WinCC Basic 對 SIMATIC S7-1200 進行編程。SIMATIC STEP 7 Basic 的設(shè)計理念是直觀,、易學(xué)和易用,。這種設(shè)計理念可以使您在工程組態(tài)中實現(xiàn)高效率。一些智能功能,，例如直觀編輯器,、拖放功能和“IntelliSense”（智能感知）工具，能讓您的工程進行的更加迅速,。這款新軟件的體系結(jié)構(gòu)源于對未來創(chuàng)新的不斷追求,，西門子在軟件開發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)有很多年的經(jīng)驗，因此 SIMATIC STEP 7 的設(shè)計是以未來為導(dǎo)向的,。
設(shè)計和功能
SIMATIC S7-1200 CPU
SIMATIC S7-1200 系統(tǒng)有三種不同模塊,，分別為 CPU 1211C、CPU 1212C 和 CPU 1214C,。其中的每一種模塊都可以進行擴展,，以*您的系統(tǒng)需要?？稍谌魏?CPU 的前方加入一個信號板,，輕松擴展數(shù)字或模擬量 I/O，同時不影響控制器的實際大小,?？蓪⑿盘柲K連接至 CPU 的右側(cè)，進一步擴展數(shù)字量或模擬量 I/O 容量。CPU 1212C 可連接 2 個信號模塊,，CPU 1214C 可連接 8 個信號模塊,。后，所有的 SIMATIC S7-1200 CPU 控制器的左側(cè)均可連接多達 3 個通訊模塊,，便于實現(xiàn)端到端的串行通訊,。
安裝簡單方便
所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都有內(nèi)置的卡扣，可簡單方便地安裝在標準的 35 mm DIN 導(dǎo)軌上,。這些內(nèi)置的卡扣也可以卡入到已擴展的位置,，當(dāng)需要安裝面板時，可提供安裝孔,。SIMATIC S7-1200 硬件可以安裝在水平或豎直的位置,，為您提供其它安裝選項。這些集成的功能在安裝過程中為用戶提供了大的靈活性,，并使 SIMATIC S7-1200 為各種應(yīng)用提供了實用的解決方案,。.
節(jié)省空間的設(shè)計
所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都經(jīng)過專門設(shè)計，以節(jié)省控制面板的空間,。例如,，經(jīng)過測量，CPU 1214C 的寬度僅為 110 mm,，CPU 1212C 和 CPU 1211C 的寬度僅為 90 mm,。結(jié)合通信模塊和信號模塊的較小占用空間，在安裝過程中,，該模塊化的緊湊系統(tǒng)節(jié)省了寶貴的空間,，為您提供了高效率和大靈活性。
SIMATIC S7-1200
可擴展的緊湊自動化的模塊化概念
SIMATIC S7-1200 具有集成的 PROFINET 接口,、強大的集成技術(shù)功能和可擴展性強,、靈活度高的設(shè)計。它實現(xiàn)了簡便的通信,、有效的技術(shù)任務(wù)解決方案,，并能*一系列的獨立自動化需求。
亮點
可擴展性強,、靈活度高的設(shè)計
信號模塊：
大的 CPU 多可連接八個信號模塊,，以便支持其它數(shù)字量和模擬量 I/O,。
信號板：
可將一個信號板連接至所有的 CPU,，讓您通過在控制器上添加數(shù)字量或模擬量 I/O 來自定義 CPU，同時不影響其實際大小,。SIMATIC S7-1200 提供的模塊化概念可讓您設(shè)計控制器系統(tǒng),，以*您應(yīng)用的需求。
內(nèi)存
為用戶程序和用戶數(shù)據(jù)之間的浮動邊界提供多達 50 KB 的集成工作內(nèi)存。同時提供多達 2 MB 的集成加載內(nèi)存和 2 KB 的集成記憶內(nèi)存,?？蛇x的 SIMATIC 存儲卡可輕松轉(zhuǎn)移程序供多個 CPU 使用。該存儲卡也可用于存儲其它文件或更新控制器系統(tǒng)固件,。
集成的 PROFINET 接口
集成的 PROFINET 接口用于進行編程以及 HMI 和 PLC-to-PLC 通信,。另外，該接口支持使用開放以太網(wǎng)協(xié)議的第三方設(shè)備,。該接口具有自動糾錯功能的 RJ45 連接器,，并提供 10/100 兆比特/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率。它支持多達 16 個以太網(wǎng)連接以及以下協(xié)議：TCP/IP native,、ISO on TCP 和 S7 通信,。
SIMATIC S7-1200 集成技術(shù)
SIMATIC S7-1200 具有用于進行計算和測量、閉環(huán)回路控制和運動控制的集成技術(shù),，是一個功能非常強大的系統(tǒng),，可以實現(xiàn)多種類型的自動化任務(wù)。
用于速度,、位置或占空比控制的高速輸出
SIMATIC S7-1200 控制器集成了兩個高速輸出,，可用作脈沖序列輸出或調(diào)諧脈沖寬度的輸出。當(dāng)作為 PTO 進行組態(tài)時,，以高達 100 千赫的速度 提供50% 的占空比脈沖序列,，用于控制步進馬達和伺服驅(qū)動器的開環(huán)回路速度和位置。使用其中兩個高速計數(shù)器在內(nèi)部提供對脈沖序列輸出的反饋,。當(dāng)作為 PWM 輸出進行組態(tài)時,，將提供帶有可變占空比的固定周期數(shù)輸出，用于控制馬達的速度,、閥門的位置或發(fā)熱組件的占空比,。
PLCopen 運動功能塊
SIMATIC S7-1200 支持控制步進馬達和伺服驅(qū)動器的開環(huán)回路速度和位置。使用軸技術(shù)對象和認可的 PLCopen 運動功能塊,，在工程組態(tài) SIMATIC STEP 7 Basic 中可輕松組態(tài)該功能,。除了“home”和“jog”功能，也支持移動,、相對移動和速度移動,。
驅(qū)動調(diào)試控制面板
工程組態(tài) SIMATIC STEP 7 Basic 中隨附的驅(qū)動調(diào)試控制面板，簡化了步進馬達和伺服驅(qū)動器的啟動和調(diào)試操作,。
它提供了單個運動軸的自動控制和手動控制,，以及在線診斷信息。
用于閉環(huán)回路控制的 PID 功能
SIMATIC S7-1200 多可支持 16 個 PID 控制回路,，用于簡單的過程控制應(yīng)用,。借助 PID 控制器技術(shù)對象和工程組態(tài) SIMATIC STEP 7 Basic 中提供的支持編輯器，可輕松組態(tài)這些控制回路。另外,，SIMATIC S7-1200 支持 PID 自動調(diào)整功能,，可自動為節(jié)省時間、積分時間和微分時間計算優(yōu)秀調(diào)整值,。
PID 調(diào)試控制面板
SIMATIC STEP 7 Basic 中隨附的 PID 調(diào)試控制面板,，簡化了回路調(diào)整過程。它為單個控制回路提供了自動調(diào)整和手動控制功能,，同時為調(diào)整過程提供了圖形化的趨勢視圖,。
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