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潯之漫 智控技術(shù)有限公司  上海詩(shī)慕自動(dòng)化設(shè)備有限公司
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智能機(jī)器的時(shí)代即將來(lái)臨。西門子股份公司*技術(shù)官兼管理委員會(huì)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(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型的。

圖 1 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟

（ 1 ）深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求

a ．被控對(duì)象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過(guò)程。

b ．控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立部分，這種可化繁為簡(jiǎn)，有利于編程和調(diào)試。

（ 2 ）確定 I/O 設(shè)備

根據(jù)被控對(duì)象對(duì) 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(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的 PLC 類型，包括機(jī)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(diǎn)

分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，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(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。

（ 5 ）設(shè)計(jì)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(jì)出梯形圖即編程。這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（ 6 ）將程序輸入 PLC

當(dāng)使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入 PLC 時(shí)，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(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過(guò)上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。

（ 7 ）進(jìn)行軟件測(cè)試

程序輸入 PLC 后，應(yīng)*行測(cè)試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過(guò)程中，難免會(huì)有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)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(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)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(lái)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(shuō)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(jì)

1 ． PLC 型號(hào)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(duì)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(shí)間繼電器、計(jì)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(yùn)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(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。

目前，國(guó)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(wú)所適從。所以全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)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(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。

（ 1 ）對(duì)輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇

盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi)。

要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)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(diǎn)數(shù)。

對(duì)西門子而言，不論是燃?xì)廨啓C(jī)的自主優(yōu)化，還是改善對(duì)智能電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，抑或?yàn)楣I(yè)設(shè)施提供預(yù)測(cè)性維護(hù)，人工智能技術(shù)都蘊(yùn)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(shì)。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(lái)，我們一直在這個(gè)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(diǎn)是增強(qiáng)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(diǎn)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(jì)的模擬神經(jīng)元和模擬神經(jīng)元之間數(shù)百萬(wàn)個(gè)連接。

西門子股份公司*技術(shù)官兼管理委員會(huì)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(lái)優(yōu)化工業(yè)設(shè)施，并將人工智能應(yīng)用于配電、電機(jī)和軌道技術(shù)等領(lǐng)域的各種實(shí)踐中。比如說(shuō)，我們正在利用人工智能來(lái)幫助我們的一位客戶改善燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行。通過(guò)對(duì)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(jī)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(jī)的運(yùn)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(chǎng)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(cè)性維護(hù)及借助人工智能來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)和設(shè)施運(yùn)行。MindSphere能夠分析運(yùn)行數(shù)據(jù)和傳感器測(cè)定數(shù)據(jù)，并由此檢測(cè)出設(shè)施和自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的異常情況。

西門子旗艦產(chǎn)品H級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)。人工智能技術(shù)可以大幅降低燃?xì)廨啓C(jī)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(guò)加裝智能盒子，我們將老式電機(jī)和輸電系統(tǒng)帶入數(shù)字時(shí)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^(guò)分析這些數(shù)據(jù)，我們的人工智能系統(tǒng)可以推斷出機(jī)器狀態(tài)并檢測(cè)出異常情況以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。

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(cè)電網(wǎng)的設(shè)備安裝人工智能系統(tǒng)。如此以來(lái)，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(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是相關(guān)計(jì)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(hù)設(shè)備中分散進(jìn)行。

人工智能可以讓系統(tǒng)通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)優(yōu)化其運(yùn)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(chǎng)可以充分利用不斷變化的風(fēng)力。

西門子正與德國(guó)聯(lián)邦鐵路公司合作開展對(duì)高速列車進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)和維修的試點(diǎn)項(xiàng)目。我們的數(shù)據(jù)分析師和軟件可以從車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)中識(shí)別出特定模式和趨勢(shì)。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(yùn)行等充分滿足要求的選項(xiàng)。