明日之舟：诞生于数据的海洋
为了节省燃料，国际条例要求船舶在未来大幅提高能源效率。借助于前沿的流动模拟软件，西门子正在帮助船舶制造商实现这一目标。

说到夏日航行，人们会想到阳光、蓝天和惬意的海风。但是他们常常忘记，目前正在运行的约7万艘商用船和游轮正在消耗重质燃油，加剧着全球的空气污染。此外，许多船只效率不高，需要消耗较多不洁燃料。因此，总部设于伦敦的国际海事组织根据现行规定提出要求，2025年起建造的新船必须比2014年之前建造的船只能源效率提高至少30%。

如何在短短几年内将船舶的燃料消耗减少近1/3？诺伯特·布尔登（Norbert Bulten）深谙其道。“船舶的设计起着至关重要的作用，尤其是驱动系统、螺旋桨、传动装置，以及围绕船舵和螺旋桨的水流。”他解释道。布尔登是船用技术企业瓦锡兰集团（Wärtsilä）的产品性能经理，在过去的20年中一直致力于优化驱动系统的设计。从一开始，他便运用计算机以及西门子的软件进行流量计算。这种计算被称为计算流体动力学（CFD）。简单来说，CFD能够确定船舶的驱动系统是否能在船体周围形成最佳水流，是否存在阻力，以及发动机动力是否有效转化为推进力。现在瓦锡兰用于CFD的软件平台是来自西门子的Simcenter STAR-CCM+。



螺旋桨的设计借助了西门子NX平台上的CAD程序。之后，计算机使用流动模拟技术实现在设计过程中提高船只能源效率。




起初的保守态度
布尔顿介绍道，仅在20年前，航运公司还对CFD缺乏信心。“几十年来，我们行业的公司一直依赖于在水槽中进行测试。船模在水中拖动行进，以此测试船舶设计的好坏。”起初，布尔顿和他的团队只对单独部件进行数据测算，例如螺旋桨及其周围环境。不过，他已经多次证明，CFD在测试阶段也可以做出很大贡献。例如，对于那些还在建造中就已显示出流动阻力增长的船只，它可以对其进行改善。利用CFD技术，只需对设计进行细微调整，并且当船只还在干船坞时就对其进行相应的再焊接。仅几天的调试工作就可使船只达到完备状态。“尽管如此，这些公司很长一段时间仍然对CFD持保留意见。”Bulten说道。不过，情况迅速发生了改变。如今，CFD已经被用于按照实际比例对船舶进行整体设计。“仅需一台计算机，就可以再现一艘大船在水中运行的真实表现。这让我们能够全面了解流量特性。”其中，螺旋桨的设计起着关键作用。“与汽车制造不同，每艘船的独特性要求我们必须为它定制开发最优化的螺旋桨。设计这种螺旋桨是一门艺术。”螺旋桨是借助西门子NX平台上的CAD程序设计而成。接着，计算机使用CAD在设计中提升船舶的能源效率。



来自马士基集团的“艾玛·马士基号”：2006年下水时，这艘400米的巨轮是有史以来最大的集装箱船。它的瓦锡兰发动机是世界上最强大的往复式发动机之一。



船舶技术专家：来自美国瓦锡兰公司的诺伯特·布尔顿。



来自芬兰渡轮公司维京游轮（Viking Line）的“Viking Grace号”客轮。



“Viking Grace号”客轮发动机舱内部的瓦锡兰发动机。

这种个性化的计算程序对于船舶的改造同样具有价值。受到2008年经济危机的影响，航运行业开始采取降低大型集装箱船运行速度的方法来节省燃油。他们将速度从之前的28海里/小时降低到20海里/小时。然而，在低速运行时，配备有六个桨叶和巨大表面的传统螺旋桨效率较低。“我们最终说服了船舶运营商使用装配有四个桨叶和较小表面的新型窄螺旋桨，同时使用CFD来调整每艘船的螺旋桨设计。日积月累，这种改造使船厂能够在几年内节省大量燃料。”布尔顿说。

可观的可靠性

近几年来，布尔顿成绩斐然，这要归功于他计算真实尺寸船舶效率的能力。布尔顿的一个客户最近订购了一艘航速超过13海里/小时的轮船。水槽中的模型试验结果预测该船的设计将不能达到期望的航速，而在Simcenter STAR-CCM+上运行的CFD程序结果则表明可以实现。最终，客户决定根据初始设计建造该船。事实证明布尔顿是正确的。在2018年初的一次试航中，这艘船轻松实现了13海里/小时的速度。“这向我们和许多行业专家证明了如今CFD至少与水箱中的测试一样有效。”布尔顿说道。

尽管CFD相比水箱测试拥有多项优势，但他们有一个共同点：船只仍然需要在真实条件下进一步测试。的确，两种测试方式目前都是在平静的水中以巡航速度进行的。布尔顿希望使CFD计算更加动态化。他说：“在未来，我们希望为CFD程序提供真实测量数据，这些数据来自海上船舶的实际操作，包括螺旋桨操作、湍流以及波浪的影响。为了达到这个目的，未来我们将在CFD程序中创建船只的‘数字化双胞胎’，并在准真实条件下通过计算机进行测试，以便优化设计效率。”鉴于这一前景，布尔顿相信CFD如今正处在一个新时代的开始。他说：“在水箱中进行测试可能会越来越多地被计算机中的测算所取代。”
（西门子代理）专业销售西门子S7-200/300/400/1200/1500PLC，ET200/O:ET200S、
ET2 00M、ET200SP、ET200PRO、3RW系列软启动器(3RW30/3RW40/3RW44/3RW31)、
3RK系列电 机启动器、数控系统、变频器(MM420/MM430/MM440/S110/S120/G120/
G120C/V10/V20/V6 0/V80/V90/G130/G150)、人机界面、触摸屏、伺服、电机、
西门子通讯电缆、现场总线、DP接头、工 控机，西门子低压电器，仪器仪表等，
并可提供西门子维修服务，工程余货回收
简单的结构使得 S7-300 使用灵活且易于维护：
安装模块：
只需简单地将模块挂在安装导轨上，转动到位然后锁紧螺钉。 集成的背板总线：
背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。 模块采用机械编码，更换极为容易：
更换模块时，必须拧下模块的固定螺钉。按下闭锁机构，可轻松拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。 现场证明可靠的连接：
对于信号模块，可以使用螺钉型、弹簧型或绝缘刺破型前连接器。 TOP 连接：
为采用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子连接的 1 线 - 3 线连接系统提供预组装接线另外还可直接在信号模块上接线。 规定的安装深度：
所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此，所有模块应有明确的安装深度。 无插槽规则:
信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。
扩展
若用户的自动化任务需要 8 个以上的 SM、FM 或 CP 模块插槽时，则可对 S7-300（除 CPU 312 和 CPU 312C 外）进行扩展：
控制器和3个扩展机架最多可连接32个模块：
总共可将 3 个扩展装置（EU）连接到控制器（CC）。每个 CC/EU 可以连接八个模块。 通过接口模板连接：
每个 CC / EU 都有自己的接口模块。在控制器上它总是被插在 CPU 旁边的插槽中，并自动处理与扩展装置的通信。 通过 IM 365 扩展：
1 个扩展装置最远扩展距离为 1 米；电源电压也通过扩展装置提供。 通过 IM 360/361 扩展：
3 个扩展装置， CC 与 EU 之间以及 EU 与 EU 之间的最远距离为 10m。 单独安装：
对于单独的 CC/EU，也能够以更远的距离安装。两个相邻 CC/EU 或 EU/EU 之间的距离：长达 10m。 灵活的安装选项：
CC/EU 既可以水平安装，也可以垂直安装。这样可以最大限度满足空间要求。
通信
S7-300 具有不同的通信接口：
连接 AS-Interface、PROFIBUS 和 PROFINET/工业以太网总线系统的通信处理器。 用于点到点连接的通信处理器 多点接口 (MPI), 集成在 CPU 中；
是一种经济有效的方案，可以同时连接编程器/PC、人机界面系统和其它的 SIMATIC S7/C7 自动化系统。
PROFIBUS DP进行过程通信
SIMATIC S7-300 通过通信处理器或通过配备集成 PROFIBUS DP 接口的 CPU 连接到 PROFIBUS DP 总线系统。通过带有 PROFIBUS DP 主站/从站接口的 CPU,可构建一个高速的分布式自动化系统，并且使得操作大大简化。


从用户的角度来看，PROFIBUS DP 上的分布式I/O处理与集中式I/O处理没有区别（相同的组态，编址及编程）。
电源模板
6ES7307-1BA00-0AA0电源模块(2A)
6ES7307-1EA00-0AA0电源模块(5A)
6ES7307-1KA01-0AA0电源模块(10A)


S7-300 CPU可编程控制器
6ES7312-1AE13-0AB0CPU312，32K内存
6ES7312-5BE03-0AB0CPU312C，32K内存 10DI/6DO
6ES7313-5BF03-0AB0CPU313C，64K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7313-6BF03-0AB0CPU313C-2PTP，64K内存 16DI/16DO
6ES7313-6CF03-0AB0CPU313C-2DP，64K内存 16DI/16DO
6ES7314-1AG13-0AB0CPU314,96K内存
6ES7314-6BG03-0AB0CPU314C-2PTP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7314-6CG03-0AB0CPU314C-2DP 96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO
6ES7315-2AG10-0AB0CPU315-2DP, 128K内存
6ES7315-2EH13-0AB0CPU315-2 PN/DP, 256K内存
6ES7317-2AJ10-0AB0CPU317-2DP,512K内存
6ES7317-2EK13-0AB0CPU317-2 PN/DP,1MB内存
6ES7318-3EL00-0AB0CPU319-3 PN/DP,1.4M内存


储存卡
6ES7953-8LF20-0AA0SIMATIC Micro内存卡 64kByte(MMC)
6ES7953-8LG11-0AA0SIMATIC Micro内存卡128KByte(MMC)
6ES7953-8LJ20-0AA0SIMATIC Micro内存卡512KByte(MMC)
6ES7953-8LL20-0AA0SIMATIC Micro内存卡2MByte(MMC)
6ES7953-8LM20-0AA0SIMATIC Micro内存卡4MByte(MMC)
6ES7953-8LP20-0AA0SIMATIC Micro内存卡8MByte(MMC)

高超的通讯能力和强大的集成接口使SIMATIC S7-400成为极适合诸如对整个进行协调的较大任务控制器的选择。CPU的分级使得性能的可扩展成为可能。

西门子总代理 西门子PLC模块6ES7222-1HD22-0A01200系列产品概述

S7-200系列PLC适用于各行各业，各种中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比