明日之舟:诞生于数据的海洋
为了节省燃料,国际条例要求船舶在未来大幅提高能源效率。借助于*的流动模拟软件,西门子正在帮助船舶制造商实现这一目标。
说到夏日航行,人们会想到阳光、蓝天和惬意的海风。但是他们常常忘记,目前正在运行的约7万艘商用船和游轮正在消耗重质燃油,加剧着**的空气污染。此外,许多船只效率不高,需要消耗较多不洁燃料。因此,总部设于伦敦的国际海事组织根据现行规定提出要求,2025年起建造的新船必须比2014年之前建造的船只能源效率提高至少30%。
如何在短短几年内将船舶的燃料消耗减少近1/3?诺伯特·布尔登(Norbert Bulten)深谙其道。“船舶的设计起着至关重要的作用,尤其是驱动系统、螺旋桨、传动装置,以及围绕船舵和螺旋桨的水流。”他解释道。布尔登是船用技术企业瓦锡兰集团(Wärtsilä)的产品性能经理,在过去的20年中一直致力于优化驱动系统的设计。从一开始,他便运用计算机以及西门子的软件进行流量计算。这种计算被称为计算流体动力学(CFD)。简单来说,CFD能够确定船舶的驱动系统是否能在船体周围形成较佳水流,是否存在阻力,以及发动机动力是否有效转化为推进力。现在瓦锡兰用于CFD的软件平台是来自西门子的Simcenter STAR-CCM+。
螺旋桨的设计借助了西门子NX平台上的CAD程序。之后,计算机使用流动模拟技术实现在设计过程中提高船只能源效率。
起初的保守态度
布尔顿介绍道,仅在20年前,航运公司还对CFD缺乏信心。“几十年来,我们行业的公司一直依赖于在水槽中进行测试。船模在水中拖动行进,以此测试船舶设计的好坏。”起初,布尔顿和他的团队只对单独部件进行数据测算,例如螺旋桨及其周围环境。不过,他已经多次证明,CFD在测试阶段也可以做出很大贡献。例如,对于那些还在建造中就已显示出流动阻力增长的船只,它可以对其进行改善。利用CFD技术,只需对设计进行细微调整,并且当船只还在干船坞时就对其进行相应的再焊接。仅几天的调试工作就可使船只达到完备状态。“尽管如此,这些公司很长一段时间仍然对CFD持保留意见。”Bulten说道。不过,情况迅速发生了改变。如今,CFD已经被用于按照实际比例对船舶进行整体设计。“仅需一台计算机,就可以再现一艘大船在水中运行的真实表现。这让我们能够全面了解流量特性。”其中,螺旋桨的设计起着关键作用。“与汽车制造不同,每艘船的*特性要求我们必须为它定制开发较优化的螺旋桨。设计这种螺旋桨是一门艺术。”螺旋桨是借助西门子NX平台上的CAD程序设计而成。接着,计算机使用CAD在设计中提升船舶的能源效率。
来自马士基集团的“艾玛·马士基号”:2006年下水时,这艘400米的巨轮是有史以来较大的集装箱船。它的瓦锡兰发动机是世界上较强大的往复式发动机之一。
船舶技术*:来自美国瓦锡兰公司的诺伯特·布尔顿。
来自芬兰渡轮公司维京游轮(Viking Line)的“Viking Grace号”客轮。
“Viking Grace号”客轮发动机舱内部的瓦锡兰发动机。
这种个性化的计算程序对于船舶的改造同样具有价值。受到2008年经济危机的影响,航运行业开始采取降低大型集装箱船运行速度的方法来节省燃油。他们将速度从之前的28海里/小时降低到20海里/小时。然而,在低速运行时,配备有六个桨叶和巨大表面的传统螺旋桨效率较低。“我们较终说服了船舶运营商使用装配有四个桨叶和较小表面的新型窄螺旋桨,同时使用CFD来调整每艘船的螺旋桨设计。日积月累,这种改造使船厂能够在几年内节省大量燃料。”布尔顿说。
可观的可靠性
近几年来,布尔顿**,这要归功于他计算真实尺寸船舶效率的能力。布尔顿的一个客户较近订购了一艘航速**过13海里/小时的轮船。水槽中的模型试验结果预测该船的设计将不能达到期望的航速,而在Simcenter STAR-CCM+上运行的CFD程序结果则表明可以实现。较终,客户决定根据初始设计建造该船。事实证明布尔顿是正确的。在2018年初的一次试航中,这艘船轻松实现了13海里/小时的速度。“这向我们和许多行业*证明了如今CFD至少与水箱中的测试一样有效。”布尔顿说道。
尽管CFD相比水箱测试拥有多项优势,但他们有一个共同点:船只仍然需要在真实条件下进一步测试。的确,两种测试方式目前都是在平静的水中以巡航速度进行的。布尔顿希望使CFD计算更加动态化。他说:“在未来,我们希望为CFD程序提供真实测量数据,这些数据来自海上船舶的实际操作,包括螺旋桨操作、湍流以及波浪的影响。为了达到这个目的,未来我们将在CFD程序中创建船只的‘数字化双胞胎’,并在准真实条件下通过计算机进行测试,以便优化设计效率。”鉴于这一前景,布尔顿相信CFD如今正处在一个新时代的开始。他说:“在水箱中进行测试可能会越来越多地被计算机中的测算所取代。”
(西门子代理)专业销售西门子S7-200/300/400/1200/1500PLC,ET200/O:ET200S、
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简单的结构使得 S7-300 使用灵活且易于维护:
安装模块:
只需简单地将模块挂在安装导轨上,转动到位然后锁紧螺钉。 集成的背板总线:
背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连,总线连接器插在外壳的背面。 模块采用机械编码,更换较为容易:
更换模块时,必须拧下模块的固定螺钉。按下闭锁机构,可轻松拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。 现场证明可靠的连接:
对于信号模块,可以使用螺钉型、弹簧型或绝缘刺破型前连接器。 TOP 连接:
为采用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子连接的 1 线 - 3 线连接系统提供预组装接线另外还可直接在信号模块上接线。 规定的安装深度:
所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内,并有前盖保护。因此,所有模块应有明确的安装深度。 无插槽规则:
信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。
扩展
若用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时,则可对 S7-300(除 CPU 312 和 CPU 312C 外)进行扩展:
中央控制器和3个扩展机架较多可连接32个模块:
总共可将 3 个扩展装置(EU)连接到中央控制器(CC)。每个 CC/EU 可以连接八个模块。 通过接口模板连接:
每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在中央控制器上它总是被插在 CPU 旁边的插槽中,并自动处理与扩展装置的通信。 通过 IM 365 扩展:
1 个扩展装置较远扩展距离为 1 米;电源电压也通过扩展装置提供。 通过 IM 360/361 扩展:
3 个扩展装置, CC 与 EU 之间以及 EU 与 EU 之间的较远距离为 10m。 单独安装:
对于单独的 CC/EU,也能够以更远的距离安装。两个相邻 CC/EU 或 EU/EU 之间的距离:长达 10m。 灵活的安装选项:
CC/EU 既可以水平安装,也可以垂直安装。这样可以较大限度满足空间要求。
通信
S7-300 具有不同的通信接口:
连接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网总线系统的通信处理器。 用于点到点连接的通信处理器 多点接口 (MPI), 集成在 CPU 中;
是一种经济有效的方案,可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的 SIMATIC S7/C7 自动化系统。
PROFIBUS DP进行过程通信
SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带有 PROFIBUS DP 主站/从站接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统,并且使得操作大大简化。
从用户的角度来看,PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别(相同的组态,编址及编程)。
电源模板
6ES7307-1BA00-0AA0电源模块(2A)
6ES7307-1EA00-0AA0电源模块(5A)
6ES7307-1KA01-0AA0电源模块(10A)
S7-300 CPU可编程控制器
6ES7312-1AE13-0AB0CPU312,32K内存
6ES7312-5BE03-0AB0CPU312C,32K内存 10DI/6DO
6ES7313-5BF03-0AB0CPU313C,64K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7313-6BF03-0AB0CPU313C-2PTP,64K内存 16DI/16DO
6ES7313-6CF03-0AB0CPU313C-2DP,64K内存 16DI/16DO
6ES7314-1AG13-0AB0CPU314,96K内存
6ES7314-6BG03-0AB0CPU314C-2PTP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7314-6CG03-0AB0CPU314C-2DP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7315-2AG10-0AB0CPU315-2DP, 128K内存
6ES7315-2EH13-0AB0CPU315-2 PN/DP, 256K内存
6ES7317-2AJ10-0AB0CPU317-2DP,512K内存
6ES7317-2EK13-0AB0CPU317-2 PN/DP,1MB内存
6ES7318-3EL00-0AB0CPU319-3 PN/DP,1.4M内存
储存卡
6ES7953-8LF20-0AA0SIMATIC Micro内存卡 64kByte(MMC)
6ES7953-8LG11-0AA0SIMATIC Micro内存卡128KByte(MMC)
6ES7953-8LJ20-0AA0SIMATIC Micro内存卡512KByte(MMC)
6ES7953-8LL20-0AA0SIMATIC Micro内存卡2MByte(MMC)
6ES7953-8LM20-0AA0SIMATIC Micro内存卡4MByte(MMC)
6ES7953-8LP20-0AA0SIMATIC Micro内存卡8MByte(MMC)
特别提示SIMATIC S7-400H控制器已**升级为V6版-5H PN/DP控制器!
新的模块化 SIMATIC S7-控制器是我们新推出产品的核心,可实现简单却高度的自动化任务。SIMATIC S7-控制器实现了模块化和紧凑型设计,功能强大、投资并且完全适合各种应用。
楼宇空气颗粒物监测器
颗粒物是较棘手的空气污染物之一,因为它会引发严重的呼吸道疾病。现在,来自西门子楼宇科技集团的*开发出一种能够精确测定室内颗粒物浓度的传感器。这种传感器不仅特别适合在中国和印度等颗粒物浓度较高的区域使用,同时亦适用于欧洲各大城市。将这种传感器集成到现有的楼宇自控系统中,有助于显著改善室内空气质量。
颗粒物(PM)来自排气管、住宅烟囱和发电站,以及明火产生的烟雾,它是我们身边较危险的空气污染物之一。多年来,**一直密切监测颗粒物,因为它会导致人们罹患肺部疾病。直径小于2.5微米的细小颗粒(亦称PM2.5)的危险性更为显著,人们在呼吸或吸烟时,会将它们深深吸入肺部。欧洲环境署估计,每年仅欧洲就有**过40**死于PM2.5引起的肺部疾病。
在中国和印度等新兴经济体国家,情况更为严峻。据医学杂志《柳叶刀》较近发表的一篇文章,尽管目前的欧盟标准是每立方米空气中的颗粒物含量不**过25微克,但在新兴经济体国家,许多城市的平均颗粒物浓度高达这一限值的4倍以上。因此毫不令人意外的是,在中国,颗粒物传感器是较为**的个人电子产品之一。直到现在,这种类型的传感器还不可用于商业建筑物自控系统。位于瑞士楚格小镇的西门子楼宇科技集团楼宇自控产品市场经理Jonathan Miles Copley表示,“中国大城市的空气质量较为糟糕,因此,西门子中国建议研发这样的传感器,以集成到我们的楼宇自控系统中。”于是便有了刚刚投放市场的PM2.5传感器。
测量多种类别颗粒物
新的传感器与烟盒一般大小,可安装在墙上,定期检查室内空气中的颗粒物浓度。位于传感器内侧的一个小风扇将空气吸入。一个激光二极管通过测定颗粒物的光散射强度,记录精确的PM2.5浓度。Copley指出,“这种传感器经专门校准,以测量重要的PM2.5值。它也可估算出PM10的浓度。”PM10是直径小于10微米的颗粒物,大小接近于引发过敏的花粉,但不像PM2.5那么危险。尽管如此,它们仍然对肺部构成负担,因而也被记录下来。然后,传感器可在屏幕上以不同颜色显示这两类颗粒物的当前值——颜色取决于测得的浓度。这些值也将通过数据线,发送至楼宇自控系统。
在中国的首都北京,颗粒物污染是的一个严重问题。
目前,西门子楼宇科技集团的*正在推出不同的App,以配合这种传感器的使用,确保改善空气质量。他们打算将这种传感器集成到现有的楼宇自控系统中,以实现这个目标。这种传感器可以与空气净化器相结合,因为在中国的许多写字楼,空气净化器已经成为标配,被污染的室内空气经它们过滤之后,再被送回办公室。未来,这些传感器将能根据PM2.5浓度来开关空气净化器,而不是像现在这样让它们不间断运行。这些传感器仅在必要时启动空气净化器,从而大幅节电。
此外,西门子楼宇科技集团的*也在开发App,用于将颗粒物传感器与二氧化碳传感器连接起来,以便控制建筑物的通风系统。在封闭的房间里,人体呼出的二氧化碳会不断聚积。如今,这种情况下常常使用二氧化碳传感器来启动通风系统,向室内泵送新鲜空气。Copley说:“在许多大城市,空气中的颗粒物浓度非常高,因而不适宜进行通风。这时候,颗粒物传感器可以阻止通风。”
轻松更换激光模块
除精确测量较细小的颗粒物之外,对用户而言,西门子颗粒传感器还具备其他优点,譬如,在操作方面。随着时间的推移,颗粒物传感器吸入的空气中携带的污垢积聚在激光元件上。通常,整个传感器要断电后拆卸,再更换成新的装置。而西门子楼宇科技集团研发的这种传感器则仅需更换小小的激光模块。Copley说:“这就如同为电视遥控器更换电池一样快捷。”这种传感器还提供经济模式,所以不必频繁更换激光模块。在这种模式下,它每个小时仅执行规定次数的测量,这无形中延长了污垢积聚周期。
激光模块的使用寿命亦相应地得到延长。这种传感器还具备快速启动功能,允许用户随时获取空气质量信息。当用户靠近传感器一米以内时,它将被唤醒并快速读取数据。Copley说:“然后,短短数秒钟内,屏幕上将显示当前颗粒物浓度值。这种**快速空气分析能力,是我们的装置的*特特性。”
Copley认为,除了中国、印度外,其他污染严重的区域,这种传感器也能发挥作用。如今,几乎每个城市都在一定程度上面临着颗粒物浓度问题,特别是在发生逆温现象时——这时候,被污染的空气像一口大钟笼罩在城市上空。这种情况下,伦敦或斯图加特的颗粒物浓度也会一跃冲破标准限值。
环境空气质量也是激光模块污垢积聚周期的一决定因素。Copley指出,在北京,模块的使用寿命可能仅为短短几年。而相同装置在瑞士阿尔卑斯山上的使用寿命则可能延长数倍。如果由传感器来控制空气净化器,那么,在中国的特大城市,空气净化器的使用寿命也将延长,同时确保室内空气如同瑞士群山中的空气一样清新。
西门子PLC有总共给出了一下四种功能性的指令:TODRX、TODWX、TODR和TODW。其中前两条是与夏令时有关的指令,后两条是一般的日期设置指令,目前我国现在已不再使用夏令时,因此我们在本文的后续研究与讨论中只讨论后两条指令。读时钟指令TODR:(如图),主要功能是:从硬件时钟读取当前时间与日期等信息并进行记录,而后将其传输到以地址T开始的8字节的时间作为数据信息的缓冲区域。图中的EN为输入使能位,该点位通过内部的逻辑接点连接到梯形图的母线,这些接点可以是内部存储器V、M、SM、S、L等中的某一个,也或者是计时器、计数器的输出接点T、C,也可以是输入输出接点I、Q等,以上这些都有可能,也都是可以的。T是的内部存储器的起始地址,它以字节为单位,如MB200与VB100等(注意必须要该指令的起始地址后的8个字节没有被为其他用途,即空闲的)。以便用来存储从PLC硬件时钟中读取的日期与时钟数据,这些数据的详细情况见表
顺序功能图简称SFC图,PLC控制自开发以来,经过了几十年的不断摸索,不但在传统的制造领域发挥着**的作用,在其它诸如化工,能源,信息和机器人等领域都发挥着良好的优势和作用,其在电气工程中的应用主要有反应快。
搬运定位的控制工作以及主轴的度等的控制都属于对位置的控制,在工业自动化控制系统的工作过程中,PLC主要通过对步进电机的控制来实现脉冲的控制,更进一步实现整个位置的控制目的,{4}控制系统集中,在工业自动化控制系统的过程中。
我们可以正常延续,S7-300中的时间显示时只显示后两位年份,如:1990年表示为90,而P7-300PLC则使用了考虑到只显示年份的后两位数的表示时如果世纪变化产生的影响,需要提醒的是:该系统中使用的是BCD码格式的数据。
PLC的使用能够在线对产品质量进行检测并制定标准的参数,同时对工业自动化控制系统中PLC的分析发现,PLC长期在工业自动化领域的发展中居于主体地位,它是整个工业自动化控制系统中为重要的因子,要求每盏灯亮1秒。
根据控制要求,绘出本程序的SFC图,并用[切换编程法"编写梯形图程序,设计思路是建立子程序的设计方法,把单独具有某一功能的程序块放在一起,作为一个子程序来处理,分别建立SBR_0初始化,SBR_1步切换//定时。
并能够进行可靠性工作,同时保证PLC在所给条件下发挥的优势,经济,合理,提高性价比等原则,同时还要开发其扩展性,以在未来进行升级或者二次开发操作,后的成品必须保证简单,实用,在日常的维护和修理上也要可靠。
进行系统设计,并加以说明和介绍,2.1结构研究所谓顺序控制设计就是按照生产工艺预先规定的顺序,在各个输入信号的作用下,根据内部状态和时间顺序,在生产过程中各个执行机构自动有顺序地进行操作,SFC图主要包含3要素:状态。
当系统长时间断电或者内存不能读取时,系统的时间会被初始化:显示的时间会变为90年1月1日时间:00:00:00星期日,而读时钟指令TODW的任务是将当前时间和日期传送入用T的长度在8个字节的时间缓冲区开始的硬件时钟(如图2所示):其中EN为输入位。
4.2网络数字化提高随着信息时代的到来,网络信息化和数字化得到了长足的进展,所有基于数字的方法和科学都得到了相应的提高,包括PLC控制,为了体现PLC原有的数字编程特点和先进性能,在未来的发展道路上。
西门子PLC编程语言很多,其中梯形图是PLC的一种主要编程语言,设计好梯形图程序是用好PLC的关键。对于一些简单的程序,许多人采用经验法,这种方法没有普遍的规律可循,具有很大的试探性和随意性。对于复杂的控制系统, 需要大量的中间单元来完成记忆、互锁、联锁等功能。由于要考虑的因素很多,它们往往又交织在一起,分析起来非常困难, 并且容易遗漏掉一些应加以考虑的问题。修改某一局部电路时, 可能对系统产生意想不到的影响。另外,用经验法设计程序较为复杂,**也难以读懂,更不用说维修人员了, 这给PLC控制系统的维护和改进带来了很大的困难。本文采用SFC图进行PLC编程来解决以上问题。
所以需要将控制系统集中化进行故障的处理,{5}控制电动机的变频和调速,工业自动化控制系统中PLC的使用可以将其指令和变频器一起使用,从而实现电机运转和速度的调控,在PLC和PWM的工作过程中需要加平滑电路。
对于此类问题具有一定的借鉴意义,可靠性强,接线简单,功能强,灵活通用,体积小,重量轻,易于实现机电一体化等特点,其在电气工程主要完成顺序控制,开关量控制以及闭环控制等功能,其中顺序控制是其核心的功
S7-200系列PLC适用于各行各业,各种中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有较高的性能/价格比