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工業發展里程碑

通過增加服務質量機制，成熟的以太網通信標準得到進一步優化。得益于新的IEEE標準，以太網將能在預定義的長時限內，可靠地進行多協議（包括實時協議）并行傳輸。工業用戶和汽車制造商已經準備好使用新標準。

機械臂動作整齊劃一，分毫不差，靈活自如地擺動著機械爪。兩個工業機器人跳著優雅的機械芭蕾，讓人覺察不到哪怕一絲遲延。這樣的*協調，歸功于一項正在揭開工業通信新紀元的技術：時間敏感網絡（TSN）。

過去40年，在通過電纜傳輸數字數據方面，以太網已是*的*。西門子從一開始就積極投身這個領域，并推出了市場上工業以太網網絡：SINEC H1。自此之后，以太網不單用于辦公室，尤其還用于工業制造環境。然而，以太網標準從誕生之初就存在一個問題——它不能保證發送方發出的數據包能在一定時間內送達接收方。對于工業控制器，這樣的情況是不能容忍的。要知道，機器的可靠運行，依賴于傳感器測量數據和控制信號在短時間內送達目的地。它們需要時延低至毫秒級的實時通信——這項任務超出了以太網的設計初衷。

一個重要發展：未來，一切都將建立在支持TSN的以太網之上，可以按要求實現并行操作。

正因如此，想要在以太網上進行實時通信的用戶必須部署擴展性技術，如應用廣泛的Profinet標準。舉例來講，在機器中，這個標準通過向以太網添加實時數據傳輸能力，將傳感器、執行機構和驅動器等連接至中央控制器，從而實現包括精準控制伺服驅動器的應用。西門子Simatic控制器業務部門的系統管理負責人Matthias Gärtner解釋道，“然而，要做到這一點，通常需要在連接設備內加裝特殊硬件組件。不僅如此，各種實時工業以太網解決方案不能在同一個以太網上并行運行。”

很快，這個問題將成為歷史，因為負責為各種系統制定標準的電氣和電子工程師協會（IEEE）已通過添加實時通信機制擴展了以太網，從而滿足這一迫切需求。這些機制包括時間控制傳輸、同步和帶寬預留等。通過這種方式，IEEE借助TSN提高了服務質量。這樣一來，以太網將能夠向連接的所有支持這些擴展標準的設備提供相同的時間信息。終，整個網絡將實現精確同步。除此之外，預留協議可確保按照預定義的時間表，通過所有中間交換機將數據包從發送方傳送至目的地。TSN標準還將有關網絡的拓撲納入考慮，即，網絡部署是星型、環型，還是線型，以及發送方與接收方之間的交換機的數量。此外，TSN標準還包含無縫冗余流程。

引起工業界普遍關注：除在機器內部進行實時通信之外，現在還可以在機器之間實現實時通信，從而提高整個工廠系統的吞吐量。

單個網絡傳輸所有數據

Gärtner指出，“對于以太網而言，這是一個歷史性時刻。未來，將有可能使用面向Profinet及其他基于TSN的實時工業通信協議的標準硬件組件。這將實現在一個網絡上同時傳輸所有數據，包括實時信息。”用戶將自然而然地獲益于標準以太網帶寬穩步提高，隨著自動化系統的IP連接與日俱增，帶寬需求將不斷增長。此外，TSN交換機堅決將交換資源預留用于所請求的實時通信需求，確保不再因緩沖器溢出而導致數據丟失，因此，通信將更加穩健。

除對通過Profinet實現機器內部實時通信的需求日益增長之外，對不同機器之間的確定性（即預定的）數據交換的需求也越來越大。譬如，同時對一個工件執行操作的協作機器人，它們必須精確協調彼此的動作?，F在，具備PubSub（發布/訂閱）擴展的OPC UA標準已在這個領域站穩腳跟。它也可以采用TSN以太網作為傳輸介質。Gärtner表示，“預計，TSN以太網將被引入整個工業制造流程。不僅如此，譬如，汽車制造商也希望使用這種新標準來發送倒車后視攝像頭生成的大量數據，或者實現無人駕駛。無人駕駛的實現，離不開包含服務質量機制的車載網絡。”現在，時機已經成熟。TSN組件現已投放市場，在2018年德國漢諾威工業博覽會上，西門子將使用實際的TSN產品來演示基于OPC UA PubSub的確定性機器間通信。這些產品將于今年年底開始銷售，屆時，TSN以太網將終來到數字化和“工業4.0”的現代化世界。

S7-300

SIMATIC S7-300 是模塊化的微型 PLC 系統，可滿足中、低端的性能要求。

模塊化、無風扇設計、易于實現分布式結構以及方便的操作,使得 SIMATIC S7-300 成為中、低端應用中各種不同任務的經濟、用戶友好的解決方案。

SIMATIC S7-300 的應用領域包括：

特殊機械，

紡織機械，

包裝機械，

一般機械設備制造，

控制器制造，

機床制造，

安裝系統，

電氣與電子工業及相關產業。

多種性能等級的 CPU，具有用戶友好功能的全系列模塊，可允許用戶根據不同的應用選取相應模塊。任務擴展時，可通過使用附加模塊隨時對控制器進行升級。

SIMATIC S7-300 是一個通用的控制器：

具有高電磁兼容性和抗震性，可大限度地用于工業領域。

S7-300F

SIMATIC S7-300F 故障安全自動化系統可使用在對安全要求較高的設備中。其可對立即停車過程進行控制，因此不會對人身、環境造成損害。

一系列具有不同功率范圍的CPU，以及具有很多用戶友好功能的一系列擴展模塊，可以使用戶根據不

同的應用情況選擇相應的模塊。 如果控制任務需要擴展，可以隨時使用附加模塊對控制系統進行擴展。

SIMATIC S7-300 是一個通用的控制器。

高等級的電磁兼容性以及高等級的抗震性，使得它具有*的工業控制能力。

模塊化微型PLC系統，滿足中、小規模的性能要求

各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務

簡單實用的分布式結構和多界面網絡能力，應用十分靈活

方便用戶和簡易的無風扇設計

當控制任務增加時，可自由擴展

大量的集成功能使它功能非常強勁

大量功能特性為用戶針對 S7-300 進行的編程、調試和維護提供支持。

快速的指令處理：

指令處理時間為 0.01μs，可在低端和中端性能范圍中*開辟新的應用。

浮點算術運算：

使用浮點運算可以有效地執行更為復雜的運算功能。

用戶友好的參數設置:

只需一個帶有統一用戶界面的軟件工具便可參數化所有模塊。
 

操作和監控 (HMI)：

用戶友好的人機界面 (HMI) 服務已集成在 S7-300 的操作系統中。這些功能不再需要耗時的編程：

SIMATIC HMI 系統需要來自 SIMATIC S7-300 的過程數據 - S7-300 按照請求的更新周期傳輸過程數據。

SIMATIC S7-300 操作系統可自主執行傳輸。所有這些都是使用同一的符號和數據庫完成的。
 

S7-300F 滿足下列安全要求：

要求等級 AK 1 - AK 6 符合 DIN V 19250/DIN V VDE 0801

安全要求等級 SIL 1 - SIL 3 符合 IEC 61508

類別 1 - 4 符合 EN 954-1

另外，標準模塊還可用在 S7-300F 及故障安全模塊中。因此它可以創建一個全集成的控制系統，在非安全相關和安全相關任務共存的工廠中使用。使用相同的標準工具對整個工廠進行組態和編程。

Design

S7-300

一般步驟

S7-300自動化系統采用模塊化設計。它擁有豐富的模塊，且這些模塊均可以獨立地組合使用。

一個系統包含下列組件：

CPU：

不同的 CPU 可用于不同的性能范圍，包括具有集成 I/O 和對應功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和點對點接口的 CPU。

用于數字量和模擬量輸入/輸出的信號模塊 (SM)。

用于連接總線和點對點連接的通信處理器 (CP)。

用于高速計數、定位（開環/閉環）及 PID 控制的功能模塊（FM）。

根據要求，也可使用下列模塊：

用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230 V AC 電源的負載電源模塊(PS)。

接口模塊 (IM)，用于多層配置時連接中央控制器 (CC) 和擴展裝置 (EU)。

通過分布式中央控制器 (CC) 和 3 個擴展裝置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多達 32 個模塊。所有模塊均在外殼中運行，并且無需風扇。

SIPLUS 模塊可用于擴展的環境條件：

適用于 -25 至 +60℃ 的溫度范圍及高濕度、結露以及有霧的環境條件。防直接日曬、雨淋或水濺，在防護等級為 IP20 機柜內使用時，可直接在汽車或室外建筑使用。不需要空氣調節的機柜和 IP65 外殼。

設計

簡單的結構使得 S7-300 使用靈活且易于維護：

安裝模塊：

只需簡單地將模塊掛在安裝導軌上，轉動到位然后鎖緊螺釘。

集成的背板總線：

背板總線集成到模塊里。模塊通過總線連接器相連，總線連接器插在外殼的背面。

模塊采用機械編碼，更換極為容易：

更換模塊時，必須擰下模塊的固定螺釘。按下閉鎖機構，可輕松拔下前連接器。前連接器上的編碼裝置防止將已接線的連接器錯插到其他的模塊上。

現場證明可靠的連接：

對于信號模塊，可以使用螺釘型、彈簧型或絕緣刺破型前連接器。

TOP 連接：

為采用螺釘型接線端子或彈簧型接線端子連接的 1 線 - 3 線連接系統提供預組裝接線另外還可直接在信號模塊上接線。

規定的安裝深度：

所有的連接和連接器都在模塊上的凹槽內，并有前蓋保護。因此，所有模塊應有明確的安裝深度。

無插槽規則:

信號模塊和通信處理器可以不受限制地以任何方式連接。系統可自行組態。

擴展

若用戶的自動化任務需要 8 個以上的 SM、FM 或 CP 模塊插槽時，則可對 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）進行擴展：

中央控制器和3個擴展機架多可連接32個模塊：

總共可將 3 個擴展裝置（EU）連接到中央控制器（CC）。每個 CC/EU 可以連接八個模塊。

通過接口模板連接：

每個 CC / EU 都有自己的接口模塊。在中央控制器上它總是被插在 CPU 旁邊的插槽中，并自動處理與擴展裝置的通信。