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通過 PROFINET IO 進行過程通信

SIMATIC S7-300 通過通信處理器或通過配備集成 PROFINET 接口的 CPU 連接到 PROFINET IO 總線系統。通過帶有 PROFIBUS 接口的 CPU,可構建一個高速的分布式自動化系統，并且使得操作大大簡化。

從用戶的角度來看，PROFINET IO 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒有區別（相同的組態，編址及編程）。

可將下列設備作為 IO 控制器進行連接：

• SIMATIC S7-300
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• SIMATIC ET 200
  （使用配備 PROFINET 接口的 CPU）
• SIMATIC S7-400
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）

可將下列設備作為 IO 設備進行連接：

• ET 200 分布式 I/O 設備
• ET 200S IM151-8 PN/DP CPU, ET 200pro IM154-8 PN/DP CPU
• SIMATIC S7-300
  （使用配備 PROFINET 接口或 PROFINET CP 的 CPU）
• 現場設備

通過 AS-Interface 進行過程通信

S7-300 所配備的通信處理器 (CP 342-2) 適用于通過 AS-Interface 總線連接現場設備（AS-Interface 從站）。

更多信息，請參見通信處理器。

通過 CP 或集成接口（點對點）進行數據通信

通過 CP 340/CP 341 通信處理器或 CPU 313C-2 PtP 或 CPU 314C-2 PtP 的集成接口，可經濟有效地建立點到點連接。有三種物理傳輸介質支持不同的通信協議：

• 20 mA (TTY)（僅 CP 340/CP 341）
• RS 232C/V.24（僅 CP 340/CP 341）
• RS 422/RS 485

可以連接以下設備：

• SIMATIC S7、SIMATIC S5 自動化系統和其他公司的系統
• 打印機
• 機器人控制
• 掃描器，條碼閱讀器，等

特殊功能塊包括在通信功能手冊的供貨范圍之內。

使用多點接口 (MPI) 進行數據通信

MPI（多點接口）是集成在 SIMATIC S7-300 CPU 上的通信接口。它可用于簡單的網絡任務。

• MPI 可以同時連接多個配有 STEP 7 的編程器/PC、HMI 系統（OP/OS）、S7-300 和 S7-400。
• 全局數據：
  “全局數據通信”服務可以在聯網的 CPU 間周期性地進行數據交換。 一個 S7-300 CPU 可與多達 4 個數據包交換數據，每個數據包含有 22 字節數據，可同時有 16 個 CPU 參與數據交換（使用 STEP 7 V4.x）。
  例如，可以允許一個 CPU 訪問另一個 CPU 的輸入/輸出。只可通過 MPI 接口進行全局數據通信。
• 內部通信總線(C-bus)：
  CPU 的 MPI 直接連接到 S7-300 的 C 總線。因此，可以通過 MPI 從編程器直接找到與 C 總線連接的 FM/CP 模塊的地址。
• 功能強大的通信技術：
  • 多達 32 個 MPI 節點。
  • 使用 SIMATIC S7-300/-400 的 S7 基本通信的每個 CPU 有多個通信接口。
  • 使用編程器/PC、SIMATIC HMI 系統和 SIMATIC S7-300/400 的 S7 通信的每個 CPU 有多個通信接口。
  • 數據傳輸速率 187.5 kbit/s 或 12 Mbit/s
• 靈活的組態選項：
  可靠的組件用于建立 MPI 通信： PROFIBUS 和“分布式 I/O”系列的總線電纜、總線連接器和 RS 485 中繼器。使用這些組件，可以根據需求實現設計的 化調整。例如，任意兩個MPI節點之間最多可以開啟10個中繼器，以橋接更大的距離。
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巴伐利亞南部的一個小村莊產出的綠色電能大大超過其用電量，這使其成為試驗智能電網技術的理想之地。試驗項目由西門子、當地電力公司和兩所大學共同實施。

Ignaz Einsiedler靈活地爬上梯子，來到一個大罐子上面巨大的灰色的圓拱型儲氣囊旁邊。橡膠蓋下面，褐色的混合物里有青草、玉米和其他生物質，中間還混雜著泥漿氣泡。“就像一個巨大的牛胃。”這位63歲的農民這樣描述道。這個“胃”消化這些生物質，并將其轉化成沼氣，沼氣被送至Einsiedler的地下室。地下室里有兩臺燃燒沼氣的發電機。Einsiedler將沼氣發電機以及他家房頂上的三臺光伏設備產生的電能送入

和德國南部Oberallgäu地區Wildpoldsried村的2500名居民中的很多人一樣，Einsiedler也是一名能源先鋒。這里幾乎家家戶戶的房頂上都有藍色的太陽能電池板，它們在陽光下熠熠生輝。沼氣發酵產生甲烷，消耗甲烷的熱電聯產（CHP）工廠排放出的廢氣，從很多谷倉的金屬煙囪中裊裊升起。很多民房都從4.7公里長的地區電網中獲得熱能。Einsiedler和本地其他居民通過為此專門成立的合作機構，一起建造并籌資運營這個電網。Einsiedler還擁有一個燃氣網絡和五家風電站的股份。這個燃氣網絡負責向三家聯合發電廠輸送燃氣；這些風電站*是由村民們聯合籌資運營的，沒有引入任何外部投資。

“Wildpoldsried村的居民們有點瘋狂，但這種瘋狂是積極的。”當地電網運營商AllgäuNetz有限公司的律師Guido Zeller說道。其中最瘋狂的恐怕就是Arno Zengerle了，他從1996年起就一直擔任這里的村長。*個任期一開始，Zengerle就讓村民就村莊的發展目標進行投票。“要想有效保護大氣，就必須得到大家的積極支持，而不是違背他們的心愿。” Zengerle說。正是得到了大家的支持，Wildpoldsried村現在才能產出兩倍于自身需求的電力。的確，現在很多村民既是電能的生產者也是消費者——即所謂的“生產型消費者”。

上圖：Wildpoldsried村的智能電網包括32輛電動車。這些車輛可以存儲多余的電能。

電能盈余帶來的困擾。Wildpoldsried村使大家看到了未來20年間德國將面臨的情形。但是，一切并非看起來那么容易。建立太陽能、風能和沼氣發電廠，這些還遠遠不夠。利用可再生能源生產的電能，還要被送抵用戶家中，這就需要建立一個系統來保持電力生產和消耗之間的平衡。不過，這個村莊如今面對的問題正是每一個社區所樂見的。它擁有的電能實在太多了。實際上，輸入的波動會影響電網的輸出功率，半小時內的浮動可以高達8兆瓦。

但對Robert Koerle來說，這種電能盈余卻令人頭疼。他在10公里以外的Kempten工作，任務是確保在任何時候，無論電量的輸入或輸出有多大，都要保證AüW電網的穩定性。2010年，AüW選擇在Wildpoldsried村進行一項大規模試驗，旨在建立可以自動穩定電力網絡的智能電網。智能電網是未來能源系統的關鍵，因為只有它才能順利輸送采用可再生能源生產的電能，而不導致電力網絡遭受破壞。

AüW制定計劃時，西門子基礎設施與城市業務領域的Alexander Hammer就在尋找一家電網運營商，作為項目合作伙伴測試新的智能電網技術。西門子和AüW于2011年4月簽署了一份合作協議，成立了IRENE （可再生能源并網發電與電動交通）項目。項目總投資約600萬歐元，其中三分之一來自兩家合作伙伴，剩余部分由德國聯邦經濟技術部提供，因為后者很快就意識到該項目的重要性。

上圖：智能軟件系統平衡電力供需。

IRENE成立以來已經開展了很多工作。例如，AüW已在太陽能和沼氣發電站以及變壓器中安裝了大約200個監測裝置——裝有移動通訊模塊的黑匣子。氣象測量數據和網絡攝像頭還被用于監測云的運動。這些監測的目的是了解誰在為電網送電，誰從電網拿走電力，他們何時何地送電或用電，以及所有這些對電網穩定性的影響。“我們需要管理網絡中的動態。”Hammer說道。他還指出，每天要將大約30億字節的數據發送到位于附近的Kempten的AüW總部。

一旦查明了電網存在的關鍵問題，就能有針對性地采取糾正措施。為此，西門子安裝了一個可以抵消電壓波動的可調變壓器。這種裝置在高壓電網中十分尋常，但卻是首次應用于二次配電網絡。

光伏設備中遠程控制逆變器的系統也是一項創新。當Allgau山陽光普照時，那里的太陽能模塊可以收集大量電能，因此會產生過多的交流電。集中管理逆變器可以保證電壓質量并穩定電網。“事實上，就算是線路冒煙了，你也不能要求關閉光伏設備。”Hammer說。因為《德國可再生能源法案》規定，電網公司必須接納利用可再生能源生產的所有電能。但IRENE項目的合作伙伴卻不受這一規定的限制，他們現在希望精確的數據收集和系統的精密控制功能，可以將Wildpoldsried村的電力生產者的損失降至最低。

智能平衡。Wildpoldsried村智能電網的核心是自組織能源自動化系統（SOEASY）軟件，它可以巧妙地平衡電力供需并維持電網的穩定性。但是SOEASY可并不像它的名稱那么簡單（So Easy的意思是太簡單了——譯者注）。將電能送至千家萬戶的配電網絡的組件數量是高壓輸電網絡的好幾倍。

上圖：智能控制系統調節發電量及入網電量。

為避免事情進一步復雜化，西門子中央研究院（CT）的工程師和計算機科學家開發出可擴展的軟硬件模塊，這樣即使智能電網以后擴容，相應的成本只會適度增加。收集和傳輸數據以及遠程控制設備的組件都是即插即用型的，因此不需要額外編程，就可以安裝到太陽能逆變器中。

SOEASY的幾個組件分布在電網各處，但是“起平衡作用的中央控制單元能夠提升配電網絡吸收可再生能源生產的電能的能力。”西門子中央研究院IRENE項目經理Michael Metzger博士指出。個人本地能源代理——一種自主軟件模塊——控制著分散在不同地點的電力用戶、電力生產者以及電網之間的交互。每個“生產型消費者”都有這樣一個代理，它通過一個交易市場預定諸如天氣預報或系統優化等集中式服務。SOEASY的組件還包括可實時監測電網狀態的“網絡傳輸代理”、維持網絡穩定性的“地區管理員”，以及可根據天氣變化等參數提前幾天或幾小時計劃需要進行哪些關鍵調節的“平衡大師”。

所有這些軟件代理相互之間高度關聯，*自動。它們控制電網中的執行器，確保電壓質量。這種執行器包括用于配電網的新的可調變壓器、即將安裝的電池蓄能裝置，以及光伏系統中的逆變器。在項目完工前，還要安裝一套電力交換系統，以便各代理協調電力交付。

上圖：沼氣發電裝置自動向電力供應者傳送數據。

該項目的另一特色就是為Wildpoldsried村的居民提供32輛電動車。這些車輛已經整合進村莊的智能電網，用作電能緩沖裝置。如果電能出現盈余，將優先給這些車輛的電池充電。IRENE還會檢查在電力不足時可向電網回饋電能的電動車的使用情況。

目前，Wildpoldsried村的電動車尚未在當地智能電網中發揮積極作用。眼下項目組僅僅是監控它們的使用情況。正因如此，這些車輛配備了能夠報告其行蹤的導航設備。研究人員希望根據行駛情況判斷它們的電池能夠在多大程度上充當電網的緩沖裝置。Kempten應用科學大學的科學家正在進行這個子項目的研究，他們還分析了電網中的非對稱負荷，找出了合理的測量點。IRENE項目的另一家科研合作伙伴是RWTH Aachen應用科學大學，這所大學正在利用車輛行駛數據開發覆蓋上萬輛電動車的更大型智能電網的仿真模型。

雖然IRENE項目將于2013年秋劃上句號，但Wildpoldsried村的居民不會讓AüW和西門子的研究人員就此止步。他們計劃到2020年*實現電能和熱能的自給自足，并初步設想利用風能從二氧化碳和水中提取天然氣。一些居民甚至計劃在歸還租賃的電動車后，擁有自己的電動車。這類車輛*不排放廢氣。畢竟，Wildpoldsried村的環保電能綽綽有余。