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概述

• 22個(gè)不同的CPU:
  • 7種標(biāo)準(zhǔn)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(gè)緊湊型 CPU（帶有集成技術(shù)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(gè)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(shù)型CPU(CPU 315T-3 PN/DP,CPU 317T-3 PN/DP,CPU 317TF-3 PN/DP)
• 還提供了 25 個(gè)適用于寬環(huán)境溫度范圍和中等負(fù)荷的 CPU
• 具有不同性能等級(jí)，滿(mǎn)足不同的應(yīng)用要求。

應(yīng)用

各種性能級(jí)別的 CPU 可用于 SIMATIC S7-300。除標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn) CPU

• CPU 312，用于小型工廠
• CPU 314，用于對(duì)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(guī)模的程序量以及使用PROFIBUS DP進(jìn)行分布式組態(tài)的工廠
• CPU 315-2 PN/DP，用于具有中/大規(guī)模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進(jìn)行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
• CPU 317-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進(jìn)行分布式組態(tài)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(jìn)行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
• CPU 319-3 PN/DP，用于具有極大容量程序量何組網(wǎng)能力以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進(jìn)行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)

提供有以下緊湊型 CPU：

• CPU 312C，具有集成數(shù)字量 I/O 以及集成計(jì)數(shù)功能的緊湊型 CPU
• CPU 313C，具有集成數(shù)字量和模擬量 I/O 的緊湊型 CPU
• CPU 313C-2 PtP，具有集成數(shù)字量 I/O 、2個(gè)串口和集成計(jì)數(shù)功能的緊湊型 CPU
• CPU 313C-2 DP，具有集成數(shù)字量 I/O 、PROFIBUS DP 接口和集成計(jì)數(shù)功能的緊湊型 CPU
• CPU 314C-2 PtP，具有集成數(shù)字量和模擬量 I/O 、2個(gè)串口和集成計(jì)數(shù)、定位功能的緊湊型 CPU
• CPU 314C-2 DP，具有集成數(shù)字量和模擬量 I/O、PROFIBUS DP 接口和集成計(jì)數(shù)、定位功能的緊湊型 CPU
• CPU 314C-2 PN/DP 帶有集成數(shù)字量和模擬量 I/O 和集成計(jì)數(shù)和定位功能的緊湊型 CPU，
  可通過(guò) PROFIBUS DP 和 PROFINET IO 實(shí)現(xiàn)分布式拓?fù)洌?br />可在作為 PROFINET 上基于組件的自動(dòng)化 (CBA) 中的分布式智能設(shè)備

提供了以下技術(shù) CPU

• CPU 315T-3 PN/DP 適用于在程序范圍和分布式組態(tài)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(duì)最多 8 個(gè)軸執(zhí)行可調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制。
• CPU 317T-3 PN/DP 適用于在程序范圍和分布式組態(tài)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(duì)最多 32 個(gè)軸執(zhí)行可調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制。
• CPU 317TF-3 PN/DP 適用于在程序范圍和分布式組態(tài)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(duì)最多 32 個(gè)軸執(zhí)行可調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制。

提供有以下故障安全型 CPU：

• CPU 315F-2 DP，用于采用 PROFIBUS DP 進(jìn)行分布式組態(tài)、對(duì)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(guī)模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO進(jìn)行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
• CPU 317F-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP進(jìn)行分布式組態(tài)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(jìn)行分布式組態(tài)的工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)
• 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(jìn)行分布式組態(tài)的故障安全型工廠，在PROFInet上實(shí)現(xiàn)基于組件的自動(dòng)化中實(shí)現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)

設(shè)計(jì)

所有 CPU 均具有堅(jiān)固、緊湊的塑料機(jī)殼。在前面板上的部件有：

• 狀態(tài)和故障 LED
• 模式選擇開(kāi)關(guān)
• MPI 端口

CPU 還具有以下配置：

• SIMATIC 微型存儲(chǔ)卡（MMC 卡）插槽；
  MMC 卡替代集成的裝載存儲(chǔ)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(hù)成本，因此提高了性?xún)r(jià)比。

• 高處理速度；
  例如，在 CPU 315-2 DP 中，位運(yùn)算時(shí)，0.05 µs；浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，0.45 µs，
  在 CPU 319-3 PN/DP 中，位運(yùn)算時(shí)，0.004 µs；浮點(diǎn)運(yùn)算時(shí)，0.04 µs
• 擴(kuò)展數(shù)量
• 作為裝載存儲(chǔ)器的 SIMATIC 微型存儲(chǔ)卡（MMC）：
  可在微型存儲(chǔ)卡中存儲(chǔ)一個(gè)完整的項(xiàng)目，包括符號(hào)和注釋。RUN 模式下也可以進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。這樣可以降低服務(wù)成本
• 無(wú)需電池即可在 MMC 上備份 RAM 數(shù)據(jù)

編程

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

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

標(biāo)準(zhǔn)型CPU

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型 CPU 進(jìn)行編程時(shí)需要 STEP 7 V5.2+SP1 以上的軟件。

緊湊型 CPU

對(duì)緊湊型 CPU 進(jìn)行編程時(shí)需要 STEP 7 V5.3+SP2 以上的軟件。老版本的STEP 7需要升級(jí)。

可持續(xù)發(fā)展電力系統(tǒng)的宗旨不只是節(jié)約電能。正因如此，在丹麥博恩霍爾姆島上開(kāi)展的EcoGrid試點(diǎn)項(xiàng)目正在利用西門(mén)子技術(shù)來(lái)確定如何根據(jù)供電情況，調(diào)節(jié)用電需求。

在一個(gè)擁有1900戶(hù)受試家庭的測(cè)試點(diǎn)，Maja Bendtsen利用智能電話監(jiān)測(cè)她自己家的用電情況，Michael Andersen家的取暖器可以自動(dòng)啟動(dòng)，而Erik Rasmussen家的取暖器則必須手動(dòng)啟動(dòng)。

削減用電量未必能節(jié)約電能?，F(xiàn)年34歲的工程師Maja Bendtsen回憶道：“我從小在博恩霍爾姆長(zhǎng)大，那時(shí)候，我的父母有時(shí)會(huì)鼓勵(lì)我和哥哥多洗一會(huì)熱水澡，并且打開(kāi)房間里的電暖氣。”不過(guò)Bendtsen父母的這種“浪費(fèi)”有著充分的理由：風(fēng)。20世紀(jì)80年代初期，當(dāng)這座位于波羅的海的丹麥小島上刮起大風(fēng)時(shí)，安裝在Bendtsen家院子里的風(fēng)電機(jī)組會(huì)飛快地運(yùn)轉(zhuǎn)。其結(jié)果是發(fā)電量激增，這大大鼓動(dòng)了住戶(hù)打開(kāi)電熱鍋爐。

正是緣于兒時(shí)的這段經(jīng)歷，Bendtsen十分贊賞“EcoGrid”背后的理念。預(yù)算高達(dá)2100萬(wàn)歐元的EcoGrid是歐洲最大的智能電網(wǎng)項(xiàng)目。Bendtsen是博恩霍爾姆當(dāng)?shù)匕l(fā)電企業(yè)Østkraft公司的現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目經(jīng)理。作為這個(gè)項(xiàng)目的一部分，約1900戶(hù)家庭——將近島上住戶(hù)的十分之一——配備了西門(mén)子和IBM于2013年開(kāi)發(fā)的智能開(kāi)關(guān)設(shè)備。每隔5分鐘，這些裝置在收到電價(jià)信息時(shí)將確定有多少電可用。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，它們將自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉住戶(hù)家中的電暖系統(tǒng)和熱泵。

這個(gè)項(xiàng)目背后的原理很簡(jiǎn)單。電價(jià)隨可再生能源發(fā)電量的變化而波動(dòng)。智能控制裝置計(jì)算出如何經(jīng)濟(jì)劃算地管理用電需求。這樣一來(lái)，用電戶(hù)能省下不少電費(fèi)——對(duì)于丹麥這個(gè)歐洲電價(jià)最高的國(guó)家而言，這是一筆不菲的費(fèi)用。Bendtsen指出：“但對(duì)于供電企業(yè)，這并不是最重要的因素。EcoGrid的主要設(shè)計(jì)目的是在環(huán)保電力時(shí)代，幫助巧妙地管理用電需求。如果我們?cè)诎l(fā)電量過(guò)剩的時(shí)候使用更多電能，這將有助于避免對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)重負(fù)擔(dān)。如果可供使用的電能太少，則需一方面相應(yīng)地減少用電，另一方面Østkraft公司從大陸供電企業(yè)采購(gòu)額外的電能。”

多年來(lái)，博恩霍爾姆島上使用的電能主要來(lái)自風(fēng)力發(fā)電。事實(shí)上，最高發(fā)電容量為3萬(wàn)千瓦的風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)的電能，可滿(mǎn)足島上近半用電需求。在丹麥，風(fēng)電占總供電量的30%。這一比例肯定會(huì)不斷提高。丹麥計(jì)劃到2020年，將諸如風(fēng)電、光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電等可再生能源發(fā)電量在其電能構(gòu)成中的比例提高至50%左右。到2035年，這一比例有望達(dá)到100%。到2050年，丹麥將無(wú)需使用礦物燃料能源。博恩霍爾姆是非常合適的測(cè)試點(diǎn)：這里是一個(gè)封閉系統(tǒng)，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)和人口構(gòu)成方面又能代表丹麥其他地區(qū)。

迄今為止，一直是通過(guò)將這座小島與瑞典大陸的電網(wǎng)連接起來(lái)的“博恩霍爾姆電纜”輸送電能，以抵消供需失調(diào)。根據(jù)需要，可以通過(guò)這條電纜輸出或輸入電能。然而，未來(lái)的目標(biāo)是盡可能就地消納本地生產(chǎn)的電能，以免進(jìn)一步擴(kuò)建輸電系統(tǒng)，如高壓輸電線路。

面向歐洲的測(cè)試案例。由于這種情況適用于丹麥所有地區(qū)，因此，博恩霍爾姆島成為了丹麥的可再生能源發(fā)電實(shí)驗(yàn)室。不過(guò)，這個(gè)現(xiàn)網(wǎng)試驗(yàn)對(duì)整個(gè)歐洲都具有現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)際上，許多計(jì)劃都提出，到2020年，將可再生能源發(fā)電在歐洲電力構(gòu)成中的比例提高至五分之一的目標(biāo)。正因如此，歐盟為EcoGrid試點(diǎn)項(xiàng)目提供了部分資金。這個(gè)項(xiàng)目已于2011年啟動(dòng)，計(jì)劃2015年結(jié)束。

的問(wèn)題是：最終用戶(hù)是否贊同這個(gè)計(jì)劃？為了弄清這一點(diǎn)，項(xiàng)目發(fā)起者——Østkraft公司、Energinet.dk、丹麥技術(shù)大學(xué)、西門(mén)子、IBM以及十多個(gè)來(lái)自10個(gè)歐洲國(guó)家的其他合作伙伴——將1900戶(hù)受試家庭分為4組。*組是統(tǒng)計(jì)對(duì)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(fèi)，并且可以改變其用電行為，以作出響應(yīng)。

第三組和第四組配備了自動(dòng)控制裝置。其中，第三組家庭配備的是西門(mén)子智能電網(wǎng)集團(tuán)和樓宇科技集團(tuán)提供的用于控制電暖系統(tǒng)和鍋爐的系統(tǒng)，第四組家庭則使用了IBM提供的類(lèi)似系統(tǒng)來(lái)控制熱泵。Andreas Arendt是西門(mén)子智能電網(wǎng)集團(tuán)的EcoGrid項(xiàng)目業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人，他說(shuō)：“我們預(yù)計(jì)，在這里接受測(cè)試的這幾種電能控制裝置將成為未來(lái)智能電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)組件。”

Arendt來(lái)自樓宇科技集團(tuán)的同事Werner Ziel認(rèn)為，他為EcoGrid項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的解決方案將成為未來(lái)智能樓宇的重要組件。他說(shuō)：“我們已經(jīng)成功地將智能電網(wǎng)功能高效地集成到樓宇自動(dòng)管理系統(tǒng)中，從而滿(mǎn)足了用戶(hù)對(duì)舒適、節(jié)約用電和降低電費(fèi)等的需求。”

Andersen說(shuō)：“我每天都看到電暖系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟。”電費(fèi)少了，他很高興，但他更希望這樣的發(fā)展能使島民的生活變得更富吸引力。“以前，有5萬(wàn)人在島上生活，而現(xiàn)在只剩4萬(wàn)人。如果我們能通過(guò)可再生能源發(fā)電、電動(dòng)汽車(chē)以及環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)等途徑，在博恩霍爾姆島上實(shí)現(xiàn)‘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(xiàng)目便是這個(gè)愿景的組成部分之一。”

Maja Bendtsen不僅是這個(gè)項(xiàng)目的管理者，同時(shí)也是受試者。她的手機(jī)上安裝了一個(gè)應(yīng)用程序，可用于監(jiān)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(kāi)啟。由于當(dāng)前電價(jià)不貴，并且她的家人很快就會(huì)回家，因此，像往常一樣，熱泵開(kāi)始工作，室內(nèi)變得溫暖起來(lái)。她說(shuō)：“我們輸入了一條命令，要求在每個(gè)工作日早晨6時(shí)啟動(dòng)熱泵，使室內(nèi)溫度保持在20℃。”

最高發(fā)電功率為3萬(wàn)千瓦的風(fēng)電機(jī)組，可滿(mǎn)足博恩霍爾姆島的近半用電需求。

當(dāng)然，EcoGrid依然只是一個(gè)示范研究項(xiàng)目?？刂蒲b置僅用于電暖系統(tǒng)、鍋爐和熱泵。譬如，洗碗機(jī)和洗衣機(jī)等家用電器就不易被集成到這個(gè)系統(tǒng)中，因?yàn)樗鼈儾捎玫氖遣煌臄?shù)碼技術(shù)。適合參加這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)備主要是那些運(yùn)行靈活的設(shè)備，包括電暖系統(tǒng)，因?yàn)楸绕鹁烤购螘r(shí)開(kāi)啟電暖系統(tǒng)，保持舒適恒溫更加重要。未來(lái)，太陽(yáng)能電池和電動(dòng)汽車(chē)也將被集成到這個(gè)系統(tǒng)中，不過(guò)，迄今為止所取得的成功已經(jīng)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(mén)子受試家庭所收集的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出供電高峰時(shí)段使用了多少電能，那么，我們已經(jīng)可以斷言，這項(xiàng)技術(shù)能夠幫助丹麥電力系統(tǒng)有效吸納可再生能源發(fā)電，實(shí)現(xiàn)平衡的運(yùn)行。”

試驗(yàn)中期結(jié)果也清楚表明，自動(dòng)化是解決方案。根據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)上提供的電價(jià)，手動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉家用電器的受試家庭組的行為，證明了這一點(diǎn)。這些家庭的電費(fèi)基本沒(méi)有降低。第二組的受試者Niels Erik Rasmussen說(shuō)：“起初，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)上的電價(jià)信息來(lái)調(diào)整用電方式還挺有趣的，但久而久之，就覺(jué)得這樣做太費(fèi)勁了。”

Rasmussen的觀點(diǎn)反映了諸如美國(guó)等其他電力市場(chǎng)上的用戶(hù)體驗(yàn)。譬如，2008年，施樂(lè)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(biāo)簽，以告知用戶(hù)一天當(dāng)中不同時(shí)段的電價(jià)。但人們?nèi)耘f是在需要的時(shí)候使用電器，而非電價(jià)便宜的時(shí)候。丹麥技術(shù)大學(xué)的Jacob Østergaard教授表示：“要想穩(wěn)定電網(wǎng)，必須自動(dòng)調(diào)節(jié)用電需求。這樣，電費(fèi)就會(huì)自然而然地降低。用戶(hù)只需要輸入其設(shè)置。”

Østergaard教授在他的大學(xué)里復(fù)制了Østkraft電力公司的控制室。他說(shuō)：“理論上，我們可以干預(yù)電網(wǎng)。然而，我們已經(jīng)停用了這些功能，我們只想采集測(cè)得的數(shù)據(jù)。”他從事的研究項(xiàng)目不僅涵蓋EcoGrid，而且還包括某超市中的大約50臺(tái)冰箱。當(dāng)電網(wǎng)頻率下降時(shí)，這些制冷設(shè)備將自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)電網(wǎng)頻率恢復(fù)穩(wěn)定后，這些制冷設(shè)備又會(huì)重新開(kāi)啟。取決于電網(wǎng)波動(dòng)程度，將有部分或全部設(shè)備一起做出反應(yīng)。

從博恩霍爾姆項(xiàng)目中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。另一個(gè)研究項(xiàng)目進(jìn)一步支持了在全島范圍內(nèi)推行EcoGrid的技術(shù)。這個(gè)截至2012年的名為“愛(ài)迪生”的研究項(xiàng)目是由工程師們攜手電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商Energienet.dk和西門(mén)子在島上開(kāi)展，以考察電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)如何幫助儲(chǔ)蓄過(guò)剩電能并將電能輸送回電網(wǎng)。這項(xiàng)研究大獲成功，但尚未付諸實(shí)施。原因之一是，島上只有約20輛電動(dòng)汽車(chē)。Østergaard教授說(shuō)：“我們希望這種狀況會(huì)有所改觀。我們的目標(biāo)是將電動(dòng)汽車(chē)整合到電網(wǎng)平衡解決方案中。”

西門(mén)子也在不斷優(yōu)化其技術(shù)。在荷蘭的Texel島上，當(dāng)?shù)仉娏献魃绨l(fā)起了一個(gè)類(lèi)似于EcoGrid的計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃有300戶(hù)受試家庭參加，其目標(biāo)是在電能供應(yīng)充足時(shí)使用電能。該計(jì)劃已于2014年1月啟動(dòng)。西門(mén)子提供了電能管理系統(tǒng)，以幫助根據(jù)電能供應(yīng)量計(jì)算出每度電的價(jià)格。博恩霍爾姆項(xiàng)目樹(shù)立了*。Arendt說(shuō)：“EcoGrid項(xiàng)目證明，每一位用戶(hù)都能為可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的供需平衡貢獻(xiàn)力量，而又不必忍受高溫或寒冷。”