西门子工厂机械设备

西门子工厂机械设备

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上海晋营自动化科技有限公司
 

在项目实施过程中，西门子***也会为客户提供支持，包括供应商的评估，技术管理支持等。

2015年，赵雄飞的团队为厦门建霖工业有限公司（建霖工业）完成了未来数字化工厂的规划设计。成立于1989年的建霖工业是******大的厨卫产品OEM企业，主营业务是为科勒等知名厨卫产品制造商做代工生产。

为了改变过去的劳动密集型模式，提高生产效率，建霖工业计划在厦门新建一个大型厨卫产业园，集制造基地、物流中心和研发中心于一体。经过对建霖工业的实际调研，西门子团队发现其在生产、管理等方面存在一系列问题，如生产周期长、库存多、制造空间浪费、对人工依赖严重、产品标准化程度低、现场管理混乱。

西门子中国研究院为建霖工业规划的数字化工厂全貌

对此，西门子在规划框架报告中建议，建霖工业首先需要建立精益生产体系，并健全工厂信息化系统来管理生产，再利用自动化手段推进工艺和物流的改善，***终建成绿色智能工厂。

比如在工厂信息化系统中，建霖工业需要升级当前的ERP系统，以解决对生产物流计划支持较弱的问题，并且需要由现有的PDM（产品数据管理）模式上升到PLM的管理模式，以提升产品设计平台的能力。在工厂层，它需要建立MES系统，实现生产执行、物流和质量控制的信息化。在自动化层，建霖工业需要搭建工业以太网，用于连接设备和MES系统，实现设备的互联和车间的物联网络，同时采用大量***的自动化工艺，减少人工，提高工艺质量。

目前，建霖工业已经踏出了迈向“工业4.0”的*步，计划实施西门子MES系统Simatic IT，以及基于工业以太网的现场总线标准Profinet。

除此之外，西门子中国研究院还为金达亚麻、中车集团青岛四方、中建钢构、华立集团等众多企业提供了数字化工厂的评估、规划和咨询服务。

西门子中国研究院为金达亚麻规划的数字化工厂的3D模型

人们通常会认为，在新建工厂时实施数字化理念是***为理想的时机。但事实并非如此，不同行业的不同企业采取的路线不尽相同。 
   电 话：（同号）

“我们的***大优势就在于能为企业量身定制***适合的数字化方案，这要取决于企业所在行业的情况、产品类型、生产模式等等。”赵雄飞表示，“因此，每接触一个客户，我们都首先要成为它所在行业的工艺***。这样才能提出******的建议。”

西门子工厂机械设备西门子工厂机械设备

人才***金贵
在被称为PPT（Process, People and Technique）这三个构成数字化工厂的关键因素中，赵雄飞***为看重，也***为担心的是第二个P，即人员的因素。

“许多工厂的各级员工往往都不具备相应的技术和管理能力。技术可以购买，流程也可以规范，而人才的缺乏将是制约中国企业迈向‘工业4.0’的***大障碍。”赵雄飞说。

西门子中国研究院曾经在调查中发现，在许多工厂，各级人员都存在相关素质缺乏的问题。一线员工缺乏高精设备和自动化系统的熟练操作能力；中层管理人员对于生产系统自动化和数字化的转变需要更快地适应；而企业高层对于数字化工厂发展方向的重大决策能力仍有待提高。

为此，西门子在帮助企业实施数字化工厂项目时，会有研究院的***和项目工程师进行为期数月乃至数年的驻厂培训。此外，西门子与***合作，通过技术培训等活动培养了千余名工程学科的教师，并连续9年举办***大学生“西门子杯”工业自动化挑战赛，为中国制造培养创新型工程人才。

从***来看，对于高素质人才的需求以及相关培训的紧迫性同样存在。麦肯锡开展的“制造业的未来”的研究结果表明，到2020年，***将会出现4000万高技能工人的潜在缺口。

智能机器可以自我学习，并取代人类的一部分工作，但是未来的数字化工厂决不会是无人工厂。人们将在设计、规划、监管等方面发挥更强的创造力。同时，智能化的工厂将会批量生产高度个性化的产品，要能够以***快速度调整生产线，这就要求员工能对联网的机器进行编程，还能解读复杂数据。

西门子S7-400底板机架6ES7403-1TA11-0AA0西门子S7-400底板机架6ES7403-1TA11-0AA0

 

通过 PROFIBUS DP 连接到***控制器。

I/O 冗余
冗余 I/O 模块以冗余方式成对配置。使用冗余 I/O 可以实现***高程度的可用性，因为通过这种方式，可以承受 CPU、PROFIBUS 或信号模块出现故障。

可进行实现以下配置：

单侧 DP 从站采中采用冗余 I/O
切换式 DP 从站采用冗余 I/O
适宜的 I/O 模块
相互冗余的模块必须为同一类型和设计形式（例如，均为集中式或均为分布式）。不对插槽进行规定。不过，出于可用性原因，建议在不同的站中使用。关于可以使用的模块，请咨询系门子客户支持部门或参阅相关手册。

FM 和 CP 冗余
功能模块 (FM) 和通信处理器 (CP) 可在两种不同配置中使用：

切换式冗余配置：
可以双重连接 FM/CP 以将 ET 200M 或一个交换式 ET 200M 分离。
双通道冗余配置：
可将 FM/CP 插到两个子单元中或插到与子单元相连的扩展单元中（参见单侧配置）。
此时可以不同方式实现模块冗余：

由用户编程：
在功能模块和 SIMATIC 通信处理器上，通常可由用户对冗余功能进行编程。将会确定主动模块并检测可能的故障以执行切换。所需的程序与配有冗余 FM/CP 的单个 CPU 的程序一致。
由操作系统直接提供支持。
对于 SIMATIC NET-CP 443-1，操作系统直接支持冗余。有关详细信息，请参见“通信”下面的内容。
S7-400F/FH
故障安全型 S7-400F/FH 自动化系统可根据需求进行不同配置：

单通道、单侧 I/O，用于 S7-400F
工厂需要使用故障安全型控制器。无需容错。需要下列部件：

1 个 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
1 条 PROFIBUS DP 总线。
带有 IM 153-2 的 ET 200M。
故障安全信号模块，采用非冗余设计。
发生故障时，I/O 不再可用。故障安全信号模块被禁用。

单通道、切换式 I/O，用于 S7-400FH
工厂需要使用故障安全型控制器。CPU 侧需要有容错功能。需要下列部件：

2 个 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
2 条 PROFIBUS DP 总线。
1 个 ET 200M ，带 2 个 IM 153-2（冗余）。
故障安全信号模块，采用非冗余设计。
若 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线出现故障，控制器仍保持可用。在故障安全信号模块或 ET 200M 出现故障时，I/O 不再可用。故障安全信号模块被禁用。

冗余、切换式 I/O，用于 S7-400FH
工厂需要使用故障安全型控制器。CPU 侧和 I/O 侧需要容错功能。需要下列部件：

2 个 CPU 414-4H/417-4H，含 F-Runtime 许可证。
2 条 PROFIBUS DP 总线。
2 个 ET 200M，带 2 个 IM 153-2（冗余）。
故障安全信号模块，冗余设计。
在 CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS DP 总线、故障安全信号模块或 ET 200M 出现故障时，控制器仍保持可用。

在 S7-400F/FH 自动化系统中，也可以使用标准模块。这些设备不能与故障安全模块在同一个 ET 200M 中一起使用。

通信
***控制器和 ET 200M 之间的安全相关通信和标准通信是通过 PROFIBUS DP 实现的。通过专门开发的 PROFIBUS 行规 PROFIsafe，可在标准数据报文中传输与安全功能相关的用户数据。无需附加的硬件组件，如专用安全总线。所需的软件既可以作为操作系统的扩展功能集成在硬件组件中，也可作为经过认证的软件块装载到 CPU 中。

带有隔离模块的安全等级
在 ET 200M 中隔离模块具有以下优点：

可以使用铜质总线电缆来建立 PROFIBUS DP 总线。没有必要使用光纤电缆。
每个 IM 153-x 都可以使用。
在一个 ET 200M 中，可以混合使用安全模式下的故障安全信号模块和 S7-300 标准模块。
若需要取得安全等级 SIL 2，则无需使用隔离模块。

多重计算：
多个 CPU 在一个 S7-400 ***控制器中同时运行。
多重计算功能可对 S7-400 的总体性能进行分配。例如，可将复杂的技术任务（如开环控制、计算或通信）进行拆分并分配给不同的 CPU。可以为每个 CPU 分配自己的 I/O。
模块化：
通过功能强大的 S7-400 背板总线和可直接连接到 CPU 的通信接口，可实现许多大量通信线路的高性能操作。例如，这样可以拥有一条用于 HMI 和编程任务的通信线路、一条用于高性能等距运动控制组件的通信线路和一条“正常”I/O 现场总线。另外，还可以实现额外需要的与 MES/ERP 系统或 Internet 的连接。
工程组态和诊断：
结合使用 SIMATIC 工程组态工具，可极为***地对 S7-400 进行组态和编程，尤其对于采用高性能工程组件的广泛自动化任务。为此，可以使用***语言（如 SCL）以及用于顺序控制、状态图和工艺图的图形化组态工具。

S7-400H
具有冗余设计的高可用性自动化系统。
用于具有很高故障安全要求的应用：
重新启动成本很高、停产代价高昂、几乎不需要监视且维护选项较少的过程。
冗余设计的集中功能
提高 I/O 的可用性：切换式 I/O 配置
也可使用具有标准可用性的 I/O：单侧配置
热后备：发生故障时，自动切换到备用设备。
包含 2 个单独机架或一个分隔式***机架的配置
通过冗余 PROFIBUS DP 或系统冗余 PROFINET I/O 来连接切换式 I/O。
S7-400F/FH
故障安全型自动化系统，适用于具有很高安全要求的工厂
符合相关标准的安全要求（IEC 61508 的 SIL 3、DIN V 19250 的 AK6 以及EN 954-1 的 Cat.4）
如果需要，也可通过冗余设计来实现容错
不对安全相关 I/O 进行额外接线
通过采用 PROFIsafe 行规的 PROFIBUS DP 实现安全通信
基于带有故障安全模块的 S7-400H 和分布式 ET 200 I/O
适用于非安全相关应用的标准模块也可以在自动化系统中使用
隔离模块用于在一个 ET 200M 的安全模式下组合使用故障安全模块和标准模块。
产品目录 ST 70
在产品目录 ST 70 中也可找到有关 SIMATIC S7-400 的信息：

SINAMICS 是西门子推出的、应用于工业机械和设备制造的驱动器系列。 SINAMICS为所有的驱动任务提供了解决方案:

过程工业中简易的泵和风扇应用；

离心机、压力机、挤压机、升降机、输送和运输设备中要求苛刻的***驱动装置；

纺织机、薄膜机和造纸机以及轧钢设备的多轴驱动；

风力发电设备中的高精度伺服驱动；

机床、包装和印刷设备使用的高动态伺服驱动装置。

图片: SINAMICS 的应用范围

依照应用领域的不同，SINAMICS 系列每一种驱动任务提供了度身定做的型号。

SINAMICS G 设计用于异步电机的典型应用， 这些应用的特点是对电机转速的动态特性要求比较低。

SINAMICS S 设计用于同步电机和异步电机，可完成苛刻的驱动任务，可以满足： 对动态特性和精度的较高要求；将广泛的工艺功能集成到驱动控制中的要求。

SINAMICS DC MASTER 是 SINAMICS 系列中一款直流驱动器。 得益于它灵活的扩展能力，无论是驱动技术领域内简单的驱动任务还是要求苛刻的驱动任务，它都可以胜任。

 

SINAMICS S120 AC驱动概览

 

SINAMICS S120 AC 驱动是用于单轴的模块化驱动系统，用来解决工业应用中各种各样高要求的驱动任务。

其应用范围为：

使用***驱动的机械方案（比如：冲压、印刷、包装）。

模块化机械方案，机械模块能细分为 1 根轴。

应用于机械制造和工厂设备的单轴驱动，与标准驱动相比具有较高的精度、稳定性和回转要求。

完成运输任务的单轴驱动（输送、提升、下降）。

没有能量回馈的驱动（拉丝、挤压）。

对可用性要求较高的驱动组（不允许因停电而导致所有轴都停止）。

紧凑的单轴驱动由一个功率模块（Power Module）和一个控制单元（Control Unit）或控制单元适配器构成，适用于机械制造和工厂设备。

***的选型工具 SIZER 使得选择更加简单，并能确定的驱动配置。使用调试工具 STARTER/Startdrive 可以简单方便地调试驱动。

SINAMICS S120 AC 驱动上可以配备一系列的电机。不论是同步电机还是异步电机，还是旋转电机还是直线电机，都能获得 SINAMICS S120 AC 驱动的支持。

 

SINAMICS S120 组件

 

图片: SINAMICS S120 组件一览

西门子为 SINAMICS S120 交流驱动器提供以下系统组件：

电源端的功率部件，比如熔断器、接触器、电抗器和电源滤波器，用于接通电源并确保符合 EMC 指令的要求。

功率模块，可以带有或不带内置的电源滤波器和内置的制动斩波器，为连接的电机提供电源。

为了实现所需功能，SINAMICS S120 交流驱动器包含：

控制单元，提供驱动功能和工艺功能。

补充的系统附件，用于扩展功能，满足不同编码器接口和过程信号的要求。

SINAMICS S120 交流驱动器的组件设计用于电气柜中的安装。

它们都具有以下优点：

操作方便、安装和布线简单。

实用的连接技术和符合 EMC 要求的电缆布线。

 

在交流/交流装置中，整流和电机电源功能组合在一个设备中，即电源模块 – 具有块型和装机装柜型。对于单轴应用，驱动控制功能由安装电源模块上的一个特殊控制单元 (CU310) 来执行；对于多轴应用，驱动控制功能由通过 DRIVE-CliQ 回路连接的一个控制单元（如 CU320）执行。在这种情况下，控制单元适配器安装在代替控制单元的电源模块上。

***型 SINAMICS S120 变频调速柜系统包括一个 CU310?2 控制单元和一个电源模块。电源模块中集成了一个电源整流器、一个电压源直流环节和一个用于为电机供电的逆变器。

带有 CU310?2 控制单元的块型电源模块

电源模块针对不能将电能回馈至电源的驱动器而设计。制动过程中产生的能量通过制动电阻器而被转换为热量。

电源模块也可通过一个 CU320?2 控制单元、SIMOTION D4x5?2 或 CX32?2 扩展控制器来运行，例如，在必须将一个驱动加到一个多轴驱动组的配置中运行。在这种情况下，块型功率模块必须配备 CUA31/CUA32 控制单元适配器。它是通过 DRIVE-CLiQ 与 CU320?2 控制单元、SIMOTION D4x5?2 或 CX32?2 扩展控制器相连的。机架型电源模块可使用一条 DRIVE-CLiQ 电缆直接连接到多轴控制单元。

电机模块

电机模块中集成了一个电压源直流环节和一个用于为电机供电的逆变器。

CU320?2 控制单元、电源模块和两个书本型电机模块

电机模块针对多轴驱动系统而设计，由一个 CU320 2 控制单元、一个 SIMOTION D4x5-2 或 CX32-2 扩展控制器进行控制。多个电机模块是通过一条共用直流母线相互连接的。由于多个电机模块共用同一个直流环节，因此它们可相互交换能量，即如果一个以发电机模式运行的电机模块产生了电能，该电能就可被以电机模式运行的另一个电机模块使用。电压源直流环节通过一个输入模块来提供输入电压。

电源模块

电源模块可产生一个直流电压，用于通过电压源直流链路向电机模块供电。

基本电源模块

基本电源模块设计用于仅馈电运行，即不能储存再生能量到供电系统。若产生再生能量，例如，驱动装置制动时，必须通过一个制动模块和一个制动电阻器，将制动能量转换成热。如果基本电源模块用作馈电，必须安装相匹配的电源电抗器。可选装电源滤波器，来限制干扰，以符合 Class C2 限制 (EN61800-3)。

非调节型电源模块(***art Line)

非调节型电源模块可供电，并可返回再生能量到供电系统。只有在驱动系统在掉电后需要控制减速时（即能量不能储存），才需要使用制动模块和制动电阻器。如果非调节型电源模块用作馈电，必须安装相匹配的电源电抗器。可选装电源滤波器，来限制干扰，以符合 Class C2 限制 (EN61800-3)。

调节型电源模块(Active Line)

调节型电源模块可供电，并可返回再生能量到供电系统。只有在驱动系统在掉电后需要控制减速时（即能量不能储存），才需要使用制动模块和制动电阻器。但是，与基本电源模块和非调节型电源模块相比，调节型电源模块可产生可调直流电压，而不管电网波动如何。在这种情况下，电源电压必须保持在容许的电压公差范围内。调节型输入模块从电源吸收波形基本上是正弦波的电流，限制了任何***谐波成分。

为了运行有源整流装置，必须使用适宜的有源滤波装置。可选装电源滤波器，来限制干扰，以符合 Class C2 限制 (EN61800-3)。

有关通过 SINAMICS S120 来设计一个驱动系统的详细信息，请参见“系统说明"。

电源模块、电机模块和输入模块分为书本型、紧凑书本型、块型和机架型：

• 块型和装机装柜型功率模块

• 书本型、紧凑书本型和机架型电机模块和输入模块。

冷却方式

根据机座号的不同，有多种冷却方式：

内部空气冷却

在这种标准解决方案中，来自驱动部件的电子电路和功率部分的功率损耗通过自然冷却或布置到控制柜内部的强迫通风冷却系统来排除。

外部空气冷却

外部空气冷却采用“通孔"方法。部件的功率部分散热器穿过控制柜的安装表面，从而将功率部分散出的热量释放到一个***的外部冷却回路。控制柜中保留的仅有热量是由电子部件散发的。在外部散热器的机械接口处，可达到 IP54 的防护等级。带有散热片和风扇装置（在供货范围内）的散热器从后部伸出到一个单独的通风区域内，该通风区域也可向外敞开。

冷却板冷却

采用冷却板冷却方式的装置可通过装置后面板上的一个热量接口将功率部分的热量损耗传递到外部散热器。例如，该外部散热器可以是水冷式散热器。

液体冷却

在液体冷却式装置上，散热器上安装有功率半导体，冷却介质从该散热器中流过。装置产生的大部分热量由冷却介质吸收，并可散到控制柜外面。

定制应用

不同形式的设备可作为一种完整系统解决方案来购买。用户将得益于驱动***所拥有的***知识，不必再考虑相关应用的热量方面的设计。尤其是在带有采用冷却板冷却、外部空气冷却和液体冷却装置的机架型设备的应用中，用户将获得一个技术可靠的解决方案，节省了设计时间。例如，驱动系统解决方案可以是一个采用冷却板冷却（完全安装在一个公共冷却板上）的书本型驱动系统，一直到带有一个冷却系统和温度/冷凝控制的完整控制柜。