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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。

研發增強實力

通過為價值鏈的每個環節做出貢獻，西門子的全球研究機構——西門子中央研究院正在助力公司贏得和保持技術優勢。

表面看來，動輒重達數百噸的燃氣輪機，與有機發光二極管、直驅式風力發電機或電動交通系統似乎并沒有多少共同之處。但有一點是相同的。所有這些技術在未來的主要市場中都將成為高度創新的領域。西門子儼然已經成為引領這些領域向前發展的技術先鋒。在這種先發優勢的背后，是由來自西門子全球分支機構的各領域專家組成的龐大網絡。

作為公司的全球研究機構，西門子中央研究院在創新方面發揮著關鍵的作用，其研發工作涉足一系列技術領域，并開展所謂的“燈塔項目”。很少有企業像西門子這樣在如此眾多的領域開展應用研究。

西門子中央研究院為研發工作提供全程支持，從初期創意到試產和技術試點，無所不包。該機構聚集了材料、電子、機電、傳感器系統、軟件、制造、測試技術和分析系統領域的專家。此外，西門子中央研究院還聘用工藝專家，這些專家與西門子各業務領域的其他專家們互通有無，協同工作。

正是在這種綜合性專業實力的強大支持下，西門子才得以掌握像燃氣輪機這種刷新能效紀錄的復雜新系統。“對于西門子這樣的綜合性高科技公司而言，技術整合能力具有舉足輕重的戰略重要性。”西門子*技術官、中央研究院院長何睿琦（Klaus Helmrich）稱，“當今很多市場的一個顯著特點就是創新周期越來越短，技術整合能力使我們不僅能夠在這些市場中保持競爭優勢，還能積極塑造市場。”

攜手合作伙伴。正如三篇附文的案例所述，從研發、生產到原型和產品的試驗，西門子中央研究院的工作貫穿整個創新價值鏈。西門子中央研究院之所以能夠涵蓋如此廣泛的工作領域，有兩個原因。*，該機構大約2000名科研人員和4000名軟件開發人員與西門子業務部門2.3 萬名研發人員密切合作；第二，研究院與世界各地的高校和研究所攜手合作。通過這種方式，西門子可以在能夠找到合作伙伴的地方實現項目整合。比如，西門子已經在八所名校設立了西門子知識交流中心（CKI），包括加州大學伯克利分校、北京的清華大學、慕尼黑理工大學和德國亞琛工業大學等。這些大學的研究領域對于西門子具有重要的戰略意義。

以亞琛工業大學為例，西門子將在今后4年內出資600萬歐元，支持該校研究稀有材料及其環保開采方式。此外，西門子還在探索旨在降低自身對潛在短缺原材料依賴性的途徑。這方面的工作包括有關新型回收利用方法和替代物質的研究。為此，西門子中央研究院于2011年10月啟動了“可持續發展材料管理”燈塔項目。其他項目則側重于生物科技、電動交通和熱能。

為了探索西門子未來可能會面臨的問題，西門子中央研究院的科技與創新管理部對戰略創新給予了大力支持。該部門與西門子各業務領域的核心技術專家密切合作，定期分析新商機，從而判斷它們對于公司的重要性，其間它們將參考來自多個渠道的信息，其中包括《未來之窗》項目的研究結果。《未來之窗》是西門子探索未來發展態勢的戰略性研究工具。在創新過程中，中央研究院和合作部門將深入分析潛在的顛覆性創新——結合新的業務模式，這些創新能夠*改變整個市場。最終在獲得管理層批準后，此類創新將被列為中央研究院的燈塔項目。

每個燈塔項目的最終目標是由西門子的某個業務部門實現成果轉化。比如，西門子工業正在探索將利用可再生能源生產的過剩電能轉化為氫燃料的工業化生產流程。而通過逆向運行質子交換膜燃料電池（PEM）實現氫電解的構想，最初便來自于西門子中央研究院。同樣，西門子中央研究院的“智能電網”燈塔項目小組也已開發出一款軟件。目前西門子基礎設施和城市業務領域正在德國一家電力公司對該軟件進行測試。

只有采用這種遍地開花的方式，西門子的全球研究機構才能始終走在創新的前沿，并幫助整個公司制定正確的技術戰略。“西門子中央研究院必須完成三項基本使命。”何睿琦表示，“它必須保障西門子賴以發展的技術基礎，從技術上影響未來世界的走向，以及通過形成較廣泛的合力來增強這家綜合性高科技公司的實力。”只有中央研究院成功了，西門子才能繼續立足于其核心支柱之一——創新推動下的競爭優勢。

案例1：打破能效紀錄的超精確燃氣輪機

當燃氣輪機與蒸汽輪機聯合發力的時候，燃氣輪機就成了較綠色的礦物燃料發電系統。這是因為聯合循環發電廠可以快速調高產量，以十分靈活的方式提供電力，它們堪稱是可再生能源發電的理想補充。西門子的一款巨無霸燃氣輪機在聯合循環發電廠中可實現高達60.75%的能效，刷新了能源效率世界紀錄。該電廠的產能為578兆瓦，可滿足柏林所有家庭用戶的用電需求。盡管這臺輪機的重量堪比一架加滿油的空客A380，其組件的運轉卻像時鐘一樣精確。來自全球各地的大約750名研究人員、工程師和技術工人耗費十年之力，才開發出這臺輪機。西門子中央研究院在這個項目上投入了大量人力和物力。

研究。西門子中央研究院的陶瓷專家對新型耐用材料進行研究，以期找到可以應用于輪機葉片隔熱層的新材料。他們利用特殊的試驗方法和模擬技術來分析不同金屬在輪機高溫氣體中的性能，并算出系統能承受的負荷極限。根據這一研究的結果，能源業務領域的合作伙伴得以將燃氣輪機的運行溫度提高150℃左右，能效提高約1.5個百分點。與此同時，西門子中央研究院的機器學習專家還開發了神經網絡和預測模型，從而使氮氧化合物和一氧化碳的排放量雙雙降低。這使得輪機更加環保，同時降低了其廢氣處理成本。

開發。運用模型化的設計方法，西門子中央研究院進行了一系列模擬，并實施了可改進輪機開發的優化措施。開發人員應用多種算法來優化輪機葉片的空氣動力學特性。為減輕由于燃燒室內燃燒不穩而引起的機械應力，西門子中央研究院進行了壓力波動的熱聲效應模擬。此外，通過利用模擬來研究輪機葉片的使用壽命，還可以提高葉片的耐用性。西門子中央研究院的傳感器專家與其他專家合作，持續監控燃氣輪機的內部溫度并測量氮氧化合物排放量。唯有如此，輪機才能保持的運行狀態。通過測量廢氣溫度，專家們還為燃氣輪機的改裝提供支持。要想借助一系列優化措施來提升輪機的能效，專家們必須首先確保系統的任何部件都不會發生過熱情況。

制造。西門子中央研究院專家在一種焊接工藝的開發中發揮了關鍵作用。這種自動化工藝不僅節約了時間和材料，同時還改進了焊縫的質量。在輪機葉片維修方面，他們的激光焊接專業技術同樣大有可為。此外，還有一項技術可以簡化葉片的回收利用。在修復輪機葉片時，必須首先清除上面的所有沉積物。目前清除工作是利用高純鹽酸來完成的。但是若采用西門子中央研究院的一項電化學技術，這一過程將變得既簡單又節約成本。另外，新的方法更易于把控，從而降低了去除覆蓋層過程中意外損壞葉片的風險。

試驗。西門子中央研究院的專家攜手西門子能源的合作伙伴，開發出一種用于對輪機葉片進行無損檢測的平臺。在各種試驗中，檢測人員對葉片在整個生命周期內的狀況予以評估。系統的后續設計可利用這些評估結果，用以優化現有的概念。生產專家們還可以利用該系統來檢測交付的葉片。西門子能源的維修團隊則可以利用該系統監控燃氣輪機的運行狀況。為了實現系統實時監控，西門子中央研究院的研究人員開發出一個名為Seneca的強大工具，它可以對燃氣輪機內數千個傳感器記錄的數據加以評估。除壓力外，這些傳感器還監控溫度、振動及諸多其他變量。Seneca每秒鐘要向位于世界各地的100個計算中心傳輸來自每臺燃氣輪機的大約5000個數值。在線系統會對500到1000個行為模型進行對比，若有任何背離設計規范的偏差，便以圖表形式顯示出來。

案例2：直驅式風力發電機

結實耐用、無磨損、維護要求更低的輪機，讓海上風電場取得關鍵的競爭優勢。西門子可提供直驅式風力發電機。不同于復雜的機械系統，此類輪機采用永磁發電機，可將動能直接轉化為電能。西門子中央研究院對*臺3.1兆瓦直驅風力發電機的研發做出了重大貢獻。比如，該院的專家在發電機的設計階段進行了二維和三維模擬，并創建了數字原型。這使一支跨部門團隊能夠最大限度縮小定子與發電機旋轉件之間的空氣間隙，從而在確保最大穩定性的同時，降低功率損耗。中央研究院還與公司業務部門的專家合作，利用其他三維模型來設計制冷系統，并將其集成到發電機中。為最大限度提高制造的成本效益，西門子中央研究院的專家還開發出一種裝配系統，按照該設計就能以適合批量生產的方式安裝和隔離磁體。采用上述措施后，發電機制造成本可以減半，并且3.1兆瓦級輪機的重量也從73噸減至50噸左右。如果算上機艙和葉片，西門子6兆瓦級輪機系統的總重量為350噸左右，是市場上同類產品中最輕的機型。西門子中央研究院的生產專家根據西門子生產系統的原則，為發電機的最終組裝創建了一個模塊化工廠概念。發電機的生產非常靈活，并且得以優化，結果制造時間與原型相比得以減半，還不到850小時。西門子中央研究院還在批量生產開始之前檢測了發電機的冷卻系統，以確保其正常工作。

3：發光塑料

有機發光二極管與其同類產品LED一樣，將成為未來人工照明的主流。OLED由極薄的塑料薄膜組成，當電流通過時這些塑料薄膜就會發光。2009年底，西門子的子公司歐司朗推出了Orbeos，這是*款商業化的OLED。從一開始，西門子中央研究院就參與了這一新技術的研究、開發、生產和試驗的所有環節。*批原型于15年以前在德國愛爾蘭根的一個潔凈實驗室誕生，隨后該實驗室繼續小批量生產OLED，并對其質量進行測試。西門子中央研究院的專家們開發出*批OLED部件和生產工藝——尤其是用于合成和處理塑料的工藝。此外，研究人員還努力研發柔性OLED，以及用于封裝對空氣和濕度高度敏感的系統的有效方法。最近，研究人員又在開發合成材料，以期降低材料成本，從而使OLED更具競爭優勢。2011年，歐司朗宣布已研發出刷新能效記錄的OLED產品。在這個產品中，歐司朗采用了西門子中央研究院開發的一種價格低廉的合成材料。在另一個項目中，西門子中央研究院的專家目前正在研究一種能夠改進荷移特征的特殊物質。

案例4：電動交通

過去四年來，西門子中央研究院的“eCar”燈塔項目為電動交通的發展做出了重大貢獻。西門子最近的一項研發成果是混合電動飛機，已于2011年夏季完成首航。它實質上是一架滑翔機，由西門子生產的電機驅動。飛機的電池由一個始終保持運行狀態的小型內燃機供電，這使得飛機的油耗和排放較之傳統飛機減少25%左右。

研究。西門子中央研究院的專家與汽車制造商Ruf合作，以保時捷911為基礎開發出一款電動跑車。利用一種*的試驗臺，專家可以對電機正常運行時的性能進行分析和改進。今年春季，專家們首開先河，在一款名為Roding的跑車中安裝了高性能的大扭矩輪轂電機。這些“智能車輪”可發揮驅動和制動系統的雙重功能，它由電機、電力電子元件和控制系統組成。附加的制動電路提高了安全性。兩個電機的應用使系統可以獨立驅動每個車輪。另外，研究人員目前還在開發一種應用于汽車的全新通信架構。無論配備何種硬件，都能以軟件形勢實現新的信息娛樂和駕駛輔助功能。在與寶馬的合作中，西門子中央研究院的專家們開發出一種充電系統，該系統利用磁感應原理，通過放置在地面上的金屬盤為寶馬ActiveE充電，車體與金屬盤之間無需任何接觸。這種無線充電的能效與有線充電相差無幾，但是更為便捷。換言之，它可以提高人們對電動汽車的接受度。

開發。為確保感應充電的操作便利性，這個系統必須能夠幫助駕駛員將車輛停在合適的位置，并且“知道”何時可以開始充電。為實現上述功能，西門子中央研究院的專家開發出眾多無線傳輸組件，由他們來完成多種任務。例如，它們可以“喚醒”充電系統；微調車輛位置；傳輸數據；以及在充電過程中監控空氣間隙——這個間隙有若干厘米寬。研究人員還開發出具有*功率密度的動力系。這個動力系由轉換器、電機和控制系統組成，已經在多類車輛中得到應用。在加速期間，原型電機在30秒內就能產生125千瓦的電能，最高扭矩可達230牛頓米。電機的持續發電能力為60千瓦。在該系統的設計過程中，研究人員利用各類工具來模擬相關電磁場之間復雜的交互作用、熱力學過程和機械結構強度。用于驅動車輛的電力電子元件同時也負責為其充電。專家們還運用新的概念使電動機的功率密度提高了兩倍，而能源專家們則在開發充電硬件。截至目前，專家們已經成功改進了轉換器的能效，簡化了電力電子元件的生產。與此同時，蓄能專家已開發出一種可用來預測鋰離子電池運行性能的模擬模型。為使用戶能夠隨時判斷電池的潛在性能，該模型還預測電池在多種情景下的熱行為。另外，西門子中央研究院的研究人員目前正在開發只需要少量甚至不需要使用稀土金屬的新磁體材料。專家們還希望通過回收技術來實現這些寶貴材料的再利用。西門子中央研究院的產品生命周期管理（PLM）專家正在優化制造工藝，以使電動機達到汽車行業的要求。

制造。占電動汽車成本比例最高的是電池。要顯著降低這一成本，的方法就是提高功率密度和實現電池的批量生產。西門子向電池生產商提供生產此類電池所需的工業自動化專業技術。除提出相應的自動化概念外，他們還開發出一套質量和工藝控制系統。該過程涵蓋諸多功能，其中就包括以最小的容差，噴涂極薄且幾近于均勻的涂層。這一程序需要針對每家制造商單獨優化。

試驗。西門子中央研究院的專家目前正在開展多個項目，以了解人們在日常生活中如何使用和評價電動車輛。為實現這一目標，他們還組建了西門子自己的試驗車隊。2010年秋季，公司向員工借出20輛小型電動汽車，租車員工一直在試驗這些車輛。2011年秋季以來，西門子還在林運營著一支拼車車隊，以研究駕駛人員對電動車輛的接受度及其他問題。