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潯之漫 智控技術(shù)有限公司 上海詩慕自動化設(shè)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(shù)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(shù)推動行業(yè)轉(zhuǎn)型的。
圖 1 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)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(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。
b ．控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)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(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。
（ 2 ）確定 I/O 設(shè)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(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)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(shè)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(jìn)行 PLC 程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。
（ 5 ）設(shè)計應(yīng)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(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)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(shè)計的實踐經(jīng)驗。
（ 6 ）將程序輸入 PLC
當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)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(jìn)行軟件測試
程序輸入 PLC 后，應(yīng)*行測試工作。因為在程序設(shè)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(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。
（ 8 ）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試
在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可*行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。
（ 9 ）編制技術(shù)文件
系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。
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PLC 硬件系統(tǒng)設(shè)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(xì)了解被控對象的控制要求，從而決定是否選用 PLC 進(jìn)行控制。
在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)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(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)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(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)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(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機型才能達(dá)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(shè)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?xì)廨啓C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(shè)施提供預(yù)測性維護，人工智能技術(shù)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(yīng)用領(lǐng)域，西門子具有優(yōu)勢。我們能夠提供新服務(wù)，助力客戶提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率。
人工智能是西門子的技術(shù)領(lǐng)域之一。30多年來，我們一直在這個領(lǐng)域開展深入研究。早在20世紀(jì)90年代，西門子就已為煉鋼廠部署神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。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(luò)研究。我們目前的研究重點是增強學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等領(lǐng)域。這意味著什么呢？神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(luò)能夠?qū)W習(xí)如何解讀數(shù)據(jù)并作出決策。我們的深度學(xué)習(xí)技術(shù)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(shù)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(shè)施，并將人工智能應(yīng)用于配電、電機和軌道技術(shù)等領(lǐng)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?xì)廨啓C的運行。通過對工況及其他數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，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?xì)廨啓C的性能或縮短其使用壽命。我們也在利用人工智能技術(shù)改善風(fēng)機的運行。人工智能系統(tǒng)可以根據(jù)不斷變化的風(fēng)向自主調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置，從而提高風(fēng)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(yù)測性維護及借助人工智能來優(yōu)化系統(tǒng)和設(shè)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(shè)施和自動化系統(tǒng)內(nèi)的異常情況。
西門子旗艦產(chǎn)品H級燃?xì)廨啓C。人工智能技術(shù)可以大幅降低燃?xì)廨啓C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(shù)
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?。通過分析這些數(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(yù)測性維護。
我們不僅將人工智能技術(shù)用于工業(yè)領(lǐng)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(shè)備安裝人工智能系統(tǒng)。如此以來，這些設(shè)備可以將電網(wǎng)中發(fā)生的斷電進(jìn)行分類并查明其位置。這個系統(tǒng)的特點之一是相關(guān)計算并非在數(shù)據(jù)中心內(nèi)集中完成，而是在相互連接的保護設(shè)備中分散進(jìn)行。
人工智能可以讓系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)來優(yōu)化其運行。配備基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能技術(shù)后，風(fēng)電場可以充分利用不斷變化的風(fēng)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(jìn)行預(yù)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。