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概述

• 22個不同的CPU:
  • 7種標準型CPU(CPU 312,CPU 314,CPU 315-2 DP,CPU 315-2 PN/DP,CPU 317-2 DP,CPU 317-2 PN/DP,CPU 319-3 PN/DP)
  • 6 個緊湊型 CPU（帶有集成技術功能和 I/O）（CPU 312C、CPU 313C、CPU 313C-2 PtP、CPU 313C-2 DP、CPU 314C-2 PtP、CPU 314C-2 DP、 CPU 314C-2 PN/DP）
  • 5 個故障安全型 CPU（CPU 315F-2 DP、CPU 315F-2 PN/DP、CPU 317F-2 DP、CPU 317F-2 PN/DP、CPU 319F-3 PN/DP）
  • 3技術型CPU(CPU 315T-3 PN/DP,CPU 317T-3 PN/DP,CPU 317TF-3 PN/DP)
• 還提供了 25 個適用于寬環境溫度范圍和中等負荷的 CPU
• 具有不同性能等級，滿足不同的應用要求。

應用

各種性能級別的 CPU 可用于 SIMATIC S7-300。除標準型 CPU 外，還可以使用緊湊型 CPU。
還提供了 T-CPU 和故障安全 CPU。

提供了以下標準 CPU

• CPU 312，用于小型工廠
• CPU 314，用于對程序量和指令處理速率有額外要求的工廠
• CPU 315-2 DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的工廠
• CPU 315-2 PN/DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
• CPU 317-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的工廠
• CPU 317-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
• CPU 319-3 PN/DP，用于具有極大容量程序量何組網能力以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統

提供有以下緊湊型 CPU：

• CPU 312C，具有集成數字量 I/O 以及集成計數功能的緊湊型 CPU
• CPU 313C，具有集成數字量和模擬量 I/O 的緊湊型 CPU
• CPU 313C-2 PtP，具有集成數字量 I/O 、2個串口和集成計數功能的緊湊型 CPU
• CPU 313C-2 DP，具有集成數字量 I/O 、PROFIBUS DP 接口和集成計數功能的緊湊型 CPU
• CPU 314C-2 PtP，具有集成數字量和模擬量 I/O 、2個串口和集成計數、定位功能的緊湊型 CPU
• CPU 314C-2 DP，具有集成數字量和模擬量 I/O、PROFIBUS DP 接口和集成計數、定位功能的緊湊型 CPU
• CPU 314C-2 PN/DP 帶有集成數字量和模擬量 I/O 和集成計數和定位功能的緊湊型 CPU，
  可通過 PROFIBUS DP 和 PROFINET IO 實現分布式拓撲；
  可在作為 PROFINET 上基于組件的自動化 (CBA) 中的分布式智能設備

提供了以下技術 CPU

• CPU 315T-3 PN/DP 適用于在程序范圍和分布式組態方面具有中等/較高要求的裝置，這些裝置需要采用 PROFIBUS DP 和 PROFINET IO，并且需要對最多 8 個軸執行可調節運動控制。
• CPU 317T-3 PN/DP 適用于在程序范圍和分布式組態方面具有較高要求的裝置，這些裝置需要采用 PROFIBUS DP 和 PROFINET IO，還需要對最多 32 個軸執行可調節運動控制。
• CPU 317TF-3 PN/DP 適用于在程序范圍和分布式組態方面具有較高要求的裝置，這些裝置需要采用 PROFIBUS DP 和 PROFINET IO，需要有安全功能并對最多 32 個軸執行可調節運動控制。

提供有以下故障安全型 CPU：

• CPU 315F-2 DP，用于采用 PROFIBUS DP 進行分布式組態、對程序量有中/高要求的故障安全型工廠
• CPU 315F-2 PN/DP，用于具有中/大規模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
• CPU 317F-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進行分布式組態的故障安全工廠
• CPU 317F-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統
• CPU 319F-3 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進行分布式組態的故障安全型工廠，在PROFInet上實現基于組件的自動化中實現分布式智能系統

設計

所有 CPU 均具有堅固、緊湊的塑料機殼。在前面板上的部件有：

• 狀態和故障 LED
• 模式選擇開關
• MPI 端口

CPU 還具有以下配置：

• SIMATIC 微型存儲卡（MMC 卡）插槽；
  MMC 卡替代集成的裝載存儲器，因此是操作*品。
• 使用前連接器連接到集成的 I/O 端口（僅限緊湊型 CPU）
• 連接 PROFIBUS 總線(僅限于DP型CPU)
• RS 422/485 的連接（僅 PtP CPU）
• 連接 PROFINET(僅限于PN型CPU)

功能

SIMATIC S7-300 CPU 具有高性能、所需空間小以及最小的維護成本，因此提高了性價比。

• 高處理速度；
  例如，在 CPU 315-2 DP 中，位運算時，0.05 µs；浮點運算時，0.45 µs，
  在 CPU 319-3 PN/DP 中，位運算時，0.004 µs；浮點運算時，0.04 µs
• 擴展數量
• 作為裝載存儲器的 SIMATIC 微型存儲卡（MMC）：
  可在微型存儲卡中存儲一個完整的項目，包括符號和注釋。RUN 模式下也可以進行讀/寫操作。這樣可以降低服務成本
• 無需電池即可在 MMC 上備份 RAM 數據

編程

使用STEP7中的 LAD、FBD STL 對 CPU 進行編程。可以使用下列編程工具：STEP 7 Basis 和 STEP 7 Professional。

可以運行 CPU 314 的工程與組態工具（例如，S7-GRAPH、S7-HiGraph、SCL、CFC 或 SFC）。

標準型CPU

對標準型 CPU 進行編程時需要 STEP 7 V5.2+SP1 以上的軟件。

緊湊型 CPU

對緊湊型 CPU 進行編程時需要 STEP 7 V5.3+SP2 以上的軟件。老版本的STEP 7需要升級。

可持續發展電力系統的宗旨不只是節約電能。正因如此，在丹麥博恩霍爾姆島上開展的EcoGrid試點項目正在利用西門子技術來確定如何根據供電情況，調節用電需求。

在一個擁有1900戶受試家庭的測試點，Maja Bendtsen利用智能電話監測她自己家的用電情況，Michael Andersen家的取暖器可以自動啟動，而Erik Rasmussen家的取暖器則必須手動啟動。

削減用電量未必能節約電能。現年34歲的工程師Maja Bendtsen回憶道：“我從小在博恩霍爾姆長大，那時候，我的父母有時會鼓勵我和哥哥多洗一會熱水澡，并且打開房間里的電暖氣。”不過Bendtsen父母的這種“浪費”有著充分的理由：風。20世紀80年代初期，當這座位于波羅的海的丹麥小島上刮起大風時，安裝在Bendtsen家院子里的風電機組會飛快地運轉。其結果是發電量激增，這大大鼓動了住戶打開電熱鍋爐。

正是緣于兒時的這段經歷，Bendtsen十分贊賞“EcoGrid”背后的理念。預算高達2100萬歐元的EcoGrid是歐洲最大的智能電網項目。Bendtsen是博恩霍爾姆當地發電企業Østkraft公司的現場項目經理。作為這個項目的一部分，約1900戶家庭——將近島上住戶的十分之一——配備了西門子和IBM于2013年開發的智能開關設備。每隔5分鐘，這些裝置在收到電價信息時將確定有多少電可用。根據這些數據，它們將自動開啟或關閉住戶家中的電暖系統和熱泵。

這個項目背后的原理很簡單。電價隨可再生能源發電量的變化而波動。智能控制裝置計算出如何經濟劃算地管理用電需求。這樣一來，用電戶能省下不少電費——對于丹麥這個歐洲電價最高的國家而言，這是一筆不菲的費用。Bendtsen指出：“但對于供電企業，這并不是最重要的因素。EcoGrid的主要設計目的是在環保電力時代，幫助巧妙地管理用電需求。如果我們在發電量過剩的時候使用更多電能，這將有助于避免對電網造成過重負擔。如果可供使用的電能太少，則需一方面相應地減少用電，另一方面Østkraft公司從大陸供電企業采購額外的電能。”

多年來，博恩霍爾姆島上使用的電能主要來自風力發電。事實上，最高發電容量為3萬千瓦的風電機組生產的電能，可滿足島上近半用電需求。在丹麥，風電占總供電量的30%。這一比例肯定會不斷提高。丹麥計劃到2020年，將諸如風電、光伏發電和生物質發電等可再生能源發電量在其電能構成中的比例提高至50%左右。到2035年，這一比例有望達到100%。到2050年，丹麥將無需使用礦物燃料能源。博恩霍爾姆是非常合適的測試點：這里是一個封閉系統，同時在經濟和人口構成方面又能代表丹麥其他地區。

迄今為止，一直是通過將這座小島與瑞典大陸的電網連接起來的“博恩霍爾姆電纜”輸送電能，以抵消供需失調。根據需要，可以通過這條電纜輸出或輸入電能。然而，未來的目標是盡可能就地消納本地生產的電能，以免進一步擴建輸電系統，如高壓輸電線路。

面向歐洲的測試案例。由于這種情況適用于丹麥所有地區，因此，博恩霍爾姆島成為了丹麥的可再生能源發電實驗室。不過，這個現網試驗對整個歐洲都具有現實意義。實際上，許多計劃都提出，到2020年，將可再生能源發電在歐洲電力構成中的比例提高至五分之一的目標。正因如此，歐盟為EcoGrid試點項目提供了部分資金。這個項目已于2011年啟動，計劃2015年結束。

的問題是：最終用戶是否贊同這個計劃？為了弄清這一點，項目發起者——Østkraft公司、Energinet.dk、丹麥技術大學、西門子、IBM以及十多個來自10個歐洲國家的其他合作伙伴——將1900戶受試家庭分為4組。*組是統計對照組。僅為這些家庭配備了智能電表，以精確記錄其用電情況。第二組可以在線查看其用電量及電費，并且可以改變其用電行為，以作出響應。

第三組和第四組配備了自動控制裝置。其中，第三組家庭配備的是西門子智能電網集團和樓宇科技集團提供的用于控制電暖系統和鍋爐的系統，第四組家庭則使用了IBM提供的類似系統來控制熱泵。Andreas Arendt是西門子智能電網集團的EcoGrid項目業務負責人，他說：“我們預計，在這里接受測試的這幾種電能控制裝置將成為未來智能電網的標準組件。”

Arendt來自樓宇科技集團的同事Werner Ziel認為，他為EcoGrid項目開發的解決方案將成為未來智能樓宇的重要組件。他說：“我們已經成功地將智能電網功能高效地集成到樓宇自動管理系統中，從而滿足了用戶對舒適、節約用電和降低電費等的需求。”

Andersen說：“我每天都看到電暖系統自動開啟。”電費少了，他很高興，但他更希望這樣的發展能使島民的生活變得更富吸引力。“以前，有5萬人在島上生活，而現在只剩4萬人。如果我們能通過可再生能源發電、電動汽車以及環境友好的農業等途徑，在博恩霍爾姆島上實現‘綠色島嶼’愿景，這也許有助于將這里打造成更加宜居之所。EcoGrid項目便是這個愿景的組成部分之一。”

Maja Bendtsen不僅是這個項目的管理者，同時也是受試者。她的手機上安裝了一個應用程序，可用于監視她家的用電情況。一張圖表向她表明，她家的熱泵剛剛被IBM控制裝置開啟。由于當前電價不貴，并且她的家人很快就會回家，因此，像往常一樣，熱泵開始工作，室內變得溫暖起來。她說：“我們輸入了一條命令，要求在每個工作日早晨6時啟動熱泵，使室內溫度保持在20℃。”

最高發電功率為3萬千瓦的風電機組，可滿足博恩霍爾姆島的近半用電需求。

當然，EcoGrid依然只是一個示范研究項目。控制裝置僅用于電暖系統、鍋爐和熱泵。譬如，洗碗機和洗衣機等家用電器就不易被集成到這個系統中，因為它們采用的是不同的數碼技術。適合參加這個項目的設備主要是那些運行靈活的設備，包括電暖系統，因為比起究竟何時開啟電暖系統，保持舒適恒溫更加重要。未來，太陽能電池和電動汽車也將被集成到這個系統中，不過，迄今為止所取得的成功已經令人嘆為觀止。Energinet.dk的*工程師Per Lund表示：“如果我們利用從西門子受試家庭所收集的數據來計算出供電高峰時段使用了多少電能，那么，我們已經可以斷言，這項技術能夠幫助丹麥電力系統有效吸納可再生能源發電，實現平衡的運行。”

試驗中期結果也清楚表明，自動化是解決方案。根據在互聯網上提供的電價，手動開啟或關閉家用電器的受試家庭組的行為，證明了這一點。這些家庭的電費基本沒有降低。第二組的受試者Niels Erik Rasmussen說：“起初，根據互聯網上的電價信息來調整用電方式還挺有趣的，但久而久之，就覺得這樣做太費勁了。”

Rasmussen的觀點反映了諸如美國等其他電力市場上的用戶體驗。譬如，2008年，施樂研究中心的研究人員為加利福尼亞州的受試家庭提供了可貼在家用電器上的標簽，以告知用戶一天當中不同時段的電價。但人們仍舊是在需要的時候使用電器，而非電價便宜的時候。丹麥技術大學的Jacob Østergaard教授表示：“要想穩定電網，必須自動調節用電需求。這樣，電費就會自然而然地降低。用戶只需要輸入其設置。”

Østergaard教授在他的大學里復制了Østkraft電力公司的控制室。他說：“理論上，我們可以干預電網。然而，我們已經停用了這些功能，我們只想采集測得的數據。”他從事的研究項目不僅涵蓋EcoGrid，而且還包括某超市中的大約50臺冰箱。當電網頻率下降時，這些制冷設備將自動關閉。當電網頻率恢復穩定后，這些制冷設備又會重新開啟。取決于電網波動程度，將有部分或全部設備一起做出反應。

從博恩霍爾姆項目中汲取經驗教訓。另一個研究項目進一步支持了在全島范圍內推行EcoGrid的技術。這個截至2012年的名為“愛迪生”的研究項目是由工程師們攜手電網運營商Energienet.dk和西門子在島上開展，以考察電動汽車和混合動力汽車如何幫助儲蓄過剩電能并將電能輸送回電網。這項研究大獲成功，但尚未付諸實施。原因之一是，島上只有約20輛電動汽車。Østergaard教授說：“我們希望這種狀況會有所改觀。我們的目標是將電動汽車整合到電網平衡解決方案中。”

西門子也在不斷優化其技術。在荷蘭的Texel島上，當地電力合作社發起了一個類似于EcoGrid的計劃。這個計劃有300戶受試家庭參加，其目標是在電能供應充足時使用電能。該計劃已于2014年1月啟動。西門子提供了電能管理系統，以幫助根據電能供應量計算出每度電的價格。博恩霍爾姆項目樹立了*。Arendt說：“EcoGrid項目證明，每一位用戶都能為可再生能源發電系統的供需平衡貢獻力量，而又不必忍受高溫或寒冷。”