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潯之漫 智控技術有限公司  上海詩慕自動化設備有限公司
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智能機器的時代即將來臨。西門子股份公司*技術官兼管理委員會成員博樂仁闡釋了西門子是如何利用人工智能技術推動行業(yè)轉型的。

圖 1 可編程控制器應用系統(tǒng)設計與調試的主要步驟

（ 1 ）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求

a ．被控對象就是受控的機械、電氣設備、生產線或生產過程。

b ．控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調試。

（ 2 ）確定 I/O 設備

根據(jù)被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關、行程開關、傳感器等，常用的輸出設備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。

（ 3 ）選擇合適的 PLC 類型

根據(jù)已確定的用戶 I/O 設備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的 PLC 類型，包括機型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。

（ 4 ）分配 I/O 點

分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進行 PLC 程序設計，同時可進行控制柜或操作臺的設計和現(xiàn)場施工。

（ 5 ）設計應用系統(tǒng)梯形圖程序

根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統(tǒng)設計的核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經(jīng)驗。

（ 6 ）將程序輸入 PLC

當使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。

（ 7 ）進行軟件測試

程序輸入 PLC 后，應*行測試工作。因為在程序設計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調試打好基礎，縮短整體調試的周期。

（ 8 ）應用系統(tǒng)整體調試

在 PLC 軟硬件設計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應先作局部調試，然后再進行整體調試；如果控制程序的步序較多，則可*行分段調試，然后再連接起來總調。調試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調試成功。

（ 9 ）編制技術文件

系統(tǒng)技術文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細表、 PLC 梯形圖。

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PLC 硬件系統(tǒng)設計

1 ． PLC 型號的選擇

在作出系統(tǒng)控制方案的決策之前，要詳細了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進行控制。

在控制系統(tǒng)邏輯關系較復雜（需要大量中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等）、工藝流程和產品改型較頻繁、需要進行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運算、模擬量的控制、 PID 調節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準備實現(xiàn)工廠自動化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國內外眾多的生產廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權衡利弊、合理地選擇機型才能達到經(jīng)濟實用的目的。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。

（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇

盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的 15 ～ 20 ％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數(shù)。

對西門子而言，不論是燃氣輪機的自主優(yōu)化，還是改善對智能電網(wǎng)的監(jiān)測，抑或為工業(yè)設施提供預測性維護，人工智能技術都蘊含著巨大潛力。我們一直在利用人工智能。在人工智能的工業(yè)應用領域，西門子具有優(yōu)勢。我們能夠提供新服務，助力客戶提高生產力和生產效率。

人工智能是西門子的技術領域之一。30多年來，我們一直在這個領域開展深入研究。早在20世紀90年代，西門子就已為煉鋼廠部署神經(jīng)網(wǎng)絡。如今，西門子有大約200位專家從事數(shù)據(jù)分析和神經(jīng)網(wǎng)絡研究。我們目前的研究重點是增強學習和深度學習等領域。這意味著什么呢？神經(jīng)網(wǎng)絡節(jié)點之間的連接類似于生物體大腦神經(jīng)元之間的。這些使網(wǎng)絡能夠學習如何解讀數(shù)據(jù)并作出決策。我們的深度學習技術使用了數(shù)以千計的模擬神經(jīng)元和模擬神經(jīng)元之間數(shù)百萬個連接。

西門子股份公司*技術官兼管理委員會成員博樂仁

智能數(shù)據(jù)分析

雖然人們津津樂道于人工智能如何等策略游戲中大獲成功，西門子卻在利用人工智能來優(yōu)化工業(yè)設施，并將人工智能應用于配電、電機和軌道技術等領域的各種實踐中。比如說，我們正在利用人工智能來幫助我們的一位客戶改善燃氣輪機的運行。通過對工況及其他數(shù)據(jù)的學習，人工智能系統(tǒng)可以大幅降低有毒氮氧化物的排放，而不影響燃氣輪機的性能或縮短其使用壽命。我們也在利用人工智能技術改善風機的運行。人工智能系統(tǒng)可以根據(jù)不斷變化的風向自主調節(jié)轉子位置，從而提高風電場的發(fā)電量。

我們基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MindSphere也從智能數(shù)據(jù)分析中獲益，如在預測性維護及借助人工智能來優(yōu)化系統(tǒng)和設施運行。MindSphere能夠分析運行數(shù)據(jù)和傳感器測定數(shù)據(jù)，并由此檢測出設施和自動化系統(tǒng)內的異常情況。

西門子旗艦產品H級燃氣輪機。人工智能技術可以大幅降低燃氣輪機的有毒氮氧化物排放，而不影響其性能。

面向工業(yè)、電網(wǎng)和軌道系統(tǒng)的人工智能技術

通過加裝智能盒子，我們將老式電機和輸電系統(tǒng)帶入數(shù)字時代。這些盒子配有傳感器和用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ沤涌凇Ｍㄟ^分析這些數(shù)據(jù)，我們的人工智能系統(tǒng)可以推斷出機器狀態(tài)并檢測出異常情況以實現(xiàn)預測性維護。

我們不僅將人工智能技術用于工業(yè)領域，也將其用于提升電網(wǎng)的可靠性，包括提高電網(wǎng)智能化程度并為控制和監(jiān)測電網(wǎng)的設備安裝人工智能系統(tǒng)。如此以來，這些設備可以將電網(wǎng)中發(fā)生的斷電進行分類并查明其位置。這個系統(tǒng)的特點之一是相關計算并非在數(shù)據(jù)中心內集中完成，而是在相互連接的保護設備中分散進行。

人工智能可以讓系統(tǒng)通過學習來優(yōu)化其運行。配備基于神經(jīng)網(wǎng)絡的人工智能技術后，風電場可以充分利用不斷變化的風力。

西門子正與德國聯(lián)邦鐵路公司合作開展對高速列車進行預測性維護和維修的試點項目。我們的數(shù)據(jù)分析師和軟件可以從車輛的運行數(shù)據(jù)中識別出特定模式和趨勢。不僅如此，人工智能還助力我們?yōu)榧械啦聿倏v樓建造優(yōu)化的控制中心。人工智能軟件可以從數(shù)十億種可能的集中道岔操縱樓硬件配置中，挑選出如可靠運行等充分滿足要求的選項。