西门子变频器面板代理商
来源：上海宏万自动化设备有限公司
发布时间：2018-11-12 13:44:21
：西门子、法人名称：上海庆惜自动化设备有限公司特征介绍
传统Table_Summary 电气设备公司正在遭遇严峻的考验，行业规模逐步下滑，竞争激烈，毛利率不断下滑。这既是各个必定走过的过程，也有我国自己的特征。但是国际电气化的巨头都纷纷走出了电气设备的框架，不断拓展自己的全球化业务版图，突破新的行业以求业务增长。
从西门子、ABB 和施耐德的发展历程，或许可一窥我国传统电气设备的潜在发展机会。西门子作为全球电气的大巨头，业务遍及世界上多个，涉及电力、自动化以及数字化等领域。公司以上游 PLC、驱动电机、变频器等为核心部件，以自动化集成工艺理解为沉淀，以信息化为新的突破口，不断提升在各行业的市占率，已经傲然整个智能制造行业。
ABB 目前陷入一种困境，就是主要竞争力仍然在电网端、在高压电气领域，但是在工控和智能工厂等方面落后于西门子。ABB 的工控领域主要优势是在机器人本体，但是 MES 等自动化领域明显落后，信息化也较为落后。施耐德目前在修炼内功。基于上层云计算等信息化来推动底层硬件智能化自动化的创新。一方面力保电气设备高端、智能的特点，不断优化，另一方面通过楼宇自动化、IDC 的渗透来扩展集团的业务市场。这种渗透可能并不像西门子的智能工厂业务那样聚焦工业，不具备一定的爆发性。也不像 ABB 那样的机器人优势突出。但或许是未来新的潜在市场。 对于国内电气设备企业来说，可选方向有两个：1、遵守传统的路数，从国内市场拓展到海外市场;2、从电网体系拓展到其他行业。海外拓展我们的电气设备企业优势有如下三点：(1)成本优势：设备价格与海外巨头相比相差较大;(2)技术优势：我国的特高压、风电、光伏、核电，均具备一定技术优势;(3)运营经验：我国电网建设运营已走在世界前列，为企业的运营经验、设备安全运行及技术更行等提供了充实的数据。
电气设备向其他行业拓展困难：从全球电气巨头来看，向网外拓展的困难巨大。西门子的优势和特点就是“拥有庞大的工业设备基础和覆盖众多行业的知识”。目前，这些巨头已经具备从底层电气设备到中层自动化系统集成到上层信息化的完整产业链，而且从各个行业渗透。具备成本、技术、工艺理解的三重优势。至此，我们认为传统电气设备的网外业务拓展会相当困难，只能从一些政府项目、细分行业逐步渗透。可能的模式或许需要加强网外项目的收购，以补齐其他行业的短板。
1国际电气化巨头 ABB 全球化之路
ABB 的名字如雷贯耳，成立至今它已经具有过 125 年的历史，并在推动能源革命和工业革命中发挥着重要的用。它的业务遍布全球 100 多个，拥有 13.2 万个雇员。它是国内电气化企业的对标巨擘。
ABB 是由两家拥有 100 多年历史的国际性企业——瑞典的阿西亚公司(ASEA)和瑞士的布朗勃法瑞公司(BBC Brown Boveri)在 1988 年合并而成。我们先梳理下 ABB 的发展史。
1.1 ASEA 和 BBC 合并之前(1883-1987)：拥有核心技术和产品，电气化浪潮
1883 年，路德维格·弗雷德霍尔姆和工程师乔纳斯·温斯特罗姆在斯德哥尔摩成立公司，制造由温斯特罗姆设计的发电机(世界台发电机是 1866 年德国西门子发明)。当时正值瑞典电气化浪潮之中，1926 年，公司为瑞典国条电气化铁路(斯德哥尔摩-哥德堡)提供机车和电气设备。1932 年，ASEA 制造出世界上大的自然冷却三相变压器，之后 ASEA 在瑞典国内电气设备市场处于控制权地位。
图 1：第二次工业革命也叫电气革命
1947 年开始，ASEA 进入美国市场，接到了大量订单。技术上的突破是：1952 年，世界上条 400 千伏交流传输线在 Harspranget 和 Hallsberg 之间建设，公司提供电气设备与技术。1954 年，公司采用高压直流输电技术建立了连接瑞典大陆和戈特兰岛的电力传输线。
1961 年开始，公司开始国际化，为了配合国际化，当时的裁科特·尼考林大胆进行重组，引入了事业部制，新建立了电子事业部，这标志着公司从一家强电设备制造商转型为一家电子和电气公司。并且公司制造了的电力机车，广泛应用于欧洲和美国的铁路。
1.2 巴内维克时代(1980-1988 年)：吸收国际化的 BBC，ABB 正式成立，电气巨头海外扬帆
1980 年，巴内维克出任 ASEA 执行董事兼 CEO。他推行新的战略，并对机构进行重组。技术方面：公司向高技术拓展，在机器人和电子工业领域(工业控制)投入巨资。
瑞士 BBC 公司成立于 1891 年，它早期制造电力机车用电动机和发电设备，供应欧洲铁路系统。1919 年，通过使用权转让，授权英国制造商制造和销售 BBC 的产品，打开了英国市场。之后 BBC 在意大利、德国、挪威、奥地利和巴尔干半岛设立了子公司。BBC 的组织架构是，把所有海外子公司分别组建五个集团，德国集团、法国集团、瑞士集团、中型集团(七家分布在欧洲和拉美的工厂)和 BB 国际集团(不属于上述四个集团的剩余部分)。每个集团都分别具有五个事业部，发电、电子、输配电、电力牵引设备、工业设备。BBC 的研发架构很特别，各集团只面对地方市场做产品的研发，理论性的一般性的研发工作，由母公司的研发机构承担，这样能够更加有效地利用研发资金。
1987 年 8 月，ASEA 和 BBC 公司宣布了他们的合并预案。新公司的名字是 ABB Asea Brown Boveri Ltd。两家公司原本是竞争对手，这个合并可谓天作之合，真可谓天作之合，不仅大大节省了高昂研发费用，ASEA 的产品和 BBC 的国际市场结合。
期间，还有另外一个的并购，1988 年 ABB 与美国电气巨头西屋公司合资成立了新的子公司，ABB 占 45%的股份，这年 12 月，ABB 购买了西屋持有的股份，实现完全独资。
此后，ABB 进行了一系列的并购，同时巴内维克决定对 ABB 全球事业进行改组。由一个全球运营中心改为按照地域设置的三个运营中心，欧洲(包括中东和非洲)、北美和亚洲。六个工业部门改为四个：发电、输配电、工业与建筑业控制系统、铁路运输系统。这样，ABB 的执行委员会就由八个人组成，除了巴内维克，再加上三个区域裁和四个行业部门负责人。至此，电气巨头 ABB 的全球化布局形成了。
从 ABB 的发展路径，我们可以清晰地看到它的要素：首先它具备几个里程碑式的技术和产品：刚发家时候的发电机，大容量的三相自然冷却变压器，400kV 高压直流输电技术，电力机车。
二战之后各个的经济修复需求催生了巨大的订单，轨交市场爆发，相继使得这个瑞典企业进入欧洲、美国市场。
成熟的并购模式使得公司结合技术+市场。伟大的 CEO 带领组织架构的相应调整。在巴内维克的带领下，公司在 8 年期间收入翻了一番，从 178.3 亿美元增加到 345.7 亿美元。净利率也从 5%提升至 10%。
图 2：ABB 发展历程
2 电气巨头发展路径分化
2.1 西门子发力智能工厂
西门子：作为全球电气的大巨头，业务遍及世界上多个，涉及电力、自动化以及数字化等领域。目前自门子业务主要分为八大板块：油气、风电及可再生能源、能源管理、建筑科技、交通物流、数字工厂、过程控制和驱动、健康医疗。
油气板块主要给化石能源包括石油天然气提供发电服务，具体包括燃气、蒸汽轮机，发电机等机电产品包括整体工厂解决方案等。
风电机可再生能源板块主要为海上、陆上和沿海风电项目设计、制造以及安装风力涡轮机，并提供系统解决方案。这一产品系列主要基于四个产品平台，海上和陆上项目各占两个。 2016 年 6 月，西门子与歌美飒公司签订合约，将其风力发电业务及服务与歌美飒公司合并。
能源管理主要为电力传输和分配提供一系列产品、软件、系统解决方案以及服务，从而打造形成智能电网基础设施。这一领域客户主要包括电力供应商、网络运营商、工业企业、基础设施开发商以及建筑施工企业。
建筑技术板块提供自动化技术和数字化服务，并在整个建筑设施使用寿命周期中确保其安全性、可靠性和高效性。该板块业务主要包括用于供暖、通风、空调控制的建筑自控系统、产品和解决方案。
交通物流板块主要涵盖了旅客和货物运输领域，包括轨道车辆、铁路自动化、铁路电气化系统、道路交通技术、信息技术解决方案及相关服务，为其客户提供集咨询、企划、融资、运营、服务于一体的交钥匙流动系统。
数字工厂板块主要为制造工业提供产品组合、系统解决方案以及生命周期和数据驱动服务，使得客户能够优化其产品设计和创新到产品和服务的整个价值链。
过程控制和驱动板块致力于为客户提供综合性的产品、系统、解决方案，广泛用于各种质量流的移动、测量、控制和优化，服务于制造和过程工业以及建筑和能源领域等行业市场。
西门子医疗是世界上医疗解决方案大的供应商，也是医学影像、实验室诊断等领域的供应商，提供包括医疗技术、系统解决方案以及临床咨询和培训等多项服务。
表 1：西门子各业务板块利润率范围
分区域来看，订单增长较快的是欧洲和中东和非洲地区，主要是风电等可再生能源的大订单的驱动。美洲订单平稳，亚洲地区主要是能源管理和健康医疗等领域订单贡献的增量，但是风电可再生能源却下降了，导致亚洲地区整体增长不明显。收入和订单的趋势相同。从近三年的财报看，数字工厂和健康医疗保持了高速增长，建筑、过程控制、油气电气化保持稳定增长，可再生能源增速有所降低。
图 3：西门子 2015-2017 订单(百万欧元)
图 4：西门子 2015-2017 收入(百万欧元)
分业务板块来看的话，油气板块的增长主要是靠非洲，尤其是埃及大订单拉动;风电的订单基本是欧洲的还晚上风电贡献(美洲的订单在下滑，其他地区都增速较快);建筑楼宇没有明显地域差别，但是毛利有所下降;轨交的订单逐年下滑，基本是存量维修市场贡献的利润，分区域来看，欧洲和中东的存量维修市场尚有增量贡献，轨交订单下滑严重;数字工厂各个地区都有很好的订单和收入增长;过程控制从体量上看占据主导地位，但订单有下滑的风险;医疗诊断市场广阔，各个地区特别是美洲增速很高。
图 5：西门子各部门 2015-2017 订单(百万欧元)
图 6：西门子各部门 2015-2016 收入(百万欧元)
西门子作为全球电气的大巨头，业务遍及世界上多个，涉及电力、自动化以及数字化等领域。西门子在自动化领域发展迅速，尤其这几年抓住了智能工厂的机遇，无论是过程控制还是离散控制，都有很高的渗透率。公司以上游 PLC、驱动电机、变频器等为核心部件，以自动化集成工艺理解为沉淀，以信息化为新的突破口，不断提升在各行业的市占率，已经傲然整个智能制造。
2.2 ABB 集团机器人本体业务突出，力保高压优势
部分介绍过，ABB 全球业务划分为四大事业部，包括电网、电气、机器人和工控四大块。ABB 计划公司发展将聚焦于数字化取得巨大进步和驱动市场的四大企业部门的发展。包括电气化产品、机器人与运动、工业自动化和电网。在消费端电气化产品有很大的市场，公司可为消费者提供一站式服务。现在这电气化产品部门包括从离散自动化和运动部门转移过来的光伏逆变器、电动汽车充电机、功率保护装置。随着用电需求的增长，公司在数字化和改革当前产品上拥有巨大的发展前景。未来 ABB 在机器人部门计划成为市场，与此同时，马达和驱动行业将聚焦于增长迅速的市场并进军轻工业和新生市场如亚洲。在工业自动化上，公司计划将工厂的维修、运行和控制集合在一起并为消费者提供差异化服务。
电网事业部
电网事业部提供全球的电力和自动化产品、系统、服务和解决方案，覆盖电力价值链的发电、输电和配电领域，令电网更强大、更智能、更绿色。主要系统包括：(1)通信系统(2)高电压产品及系统(3)高压直流 HVDC(4)变电站自动化保护与控制(5)变压器产品(6)大功率电力半导体产品包括门极可关断晶闸管(GTOs)，绝缘栅双极晶体管(IGBTs)，集成门极换流晶闸管(IGCTs)，晶闸管及二极管等。
电气产品事业部
ABB 的电气技术覆盖从变电站到末端用电的整个电气链条，包括中低压产品和系统具体有：电动汽车基础设施、光伏逆变器、模块化变电站、配电自动化、终端配电保护、开关插座、开关设备、配电柜、配电箱、电气安装、测量和传感以及控制等产品。
机器人及运动控制事业部
主要产品包括电机、发电机、变频器、机械动力传动装置、机器人、风电和牵引变流器等。ABB 机器人列位全球四大，其他三位是库卡、发那科和安川。
工业自动化事业部
行业解决方案包括交钥匙工程，控制系统，测量产品，全生命周期服务，外包维护和行业特定产品(例如船舶推进系统、矿山起重机,涡轮增压器和纸浆测试设备)。
体来看，受到宏观经济的影响，ABB 近三年订单逐年下滑。分地区看的话，亚洲中东和非洲稍微好一点，订单只下滑了 4%，但是其他地区下滑 12%;分事业部看电网和机器人下滑较少，但电气和工控分别下滑 9%和 13%。
图 7：ABB 2015-2017 各区订单(百万美元)
图 8：ABB 各区 2015-2017 收入(百万美元)
分事业部来看，2016 年电气事业部订单下滑 7%，分销商和渠道商订单较弱。建筑用电气订单比较多，大部分都来自于分销商，直接用户订单逐步减少。保护产品的 OEM 订单较多，但分销商和终用户的订单也在减少。从各个地区来看，欧美订单比较稳定，亚洲订单逐步在减少(特别是)。
图 9：ABB 各事业部 2015-2017 订单(百万美元)
图 10：ABB 各事业部 2015-2017 收入(百万美元)
机器人事业部当中，2016 年订单减少了 6%。食品饮料部分订单充足，但油气发电领域订单大幅度下滑。分地区看，亚洲订单较为平稳，但也是结构分化，机器人订单增长迅速，其他控制领域下滑。
工控事业部这两年都下滑 20%，这种下滑主要是油气领域。分区域看，欧洲订单下滑略好，这都是船舶类的贡献。美洲略有下降，亚洲的订单下滑严重，都跟油气和大宗商品低迷有直接的关系。
电网事业部 2016 年订单下滑 8%。其中高压产品和自动化产品订单尚可，变压器领域订单下滑明显。和印度的特高压工程贡献明显，其他地区相对平稳。
明显看出来，ABB 目前陷入一种困境，就是主要控制力仍然在电网端、在高压电气领域，但是在工控和智能工厂等方面落后于西门子。ABB 的工控领域主要优势是在机器人本体，但是 MES 等自动化领域明显落后，信息化也较为落后。
2.3 施耐德发力智慧楼宇 IDC 等城市智能领域
施耐德电气：施耐德研发策略深受物联网、数字化、IT/OT 的影响。研发方向集中在数字化和物联网、优化分析、建模仿真三个领域。据施耐德电气 2016 年白皮书介绍，数字化、智能化和工业化将是企业未来发展的三个关键部分：城镇化建设将使得世界城镇地区人口迅速增加，到 2050 年将有 66%的人类居住在城市，从而对宜居城市的能源使用效率提出更高的要求。随着城镇化的加速，生活、办公中的新设备将需求“物联”，对数据的处理需求也将程几何倍数的增加，也意味着对能源需求的提升，能效机会凸显。目前工业占世界能源消耗量的三分左右，即使各国都在实施减排政策，但到 2050 年，工业能源的使用量仍至少增加 50%。
在数字化和物联网领域上，研发部门现在正专注于部置和运行传感器的大型网络的便利性，以及利用来自这些网络的数据所需要的基础设施的可扩展性和安全性。为了应对这些挑战，施耐德电气在过去四年中开发出基于云计算的数字服务平台。通过整合智能传感器平台、嵌入式控制平台和数字服务平台这三个平台，施耐德电气提供了一个持续的、可互操作的价值链，从数据采集开始，继而进行数据处理和传输，以及数据存储和分析，向客户提供了可操作的控制面板。
在优化和分析领域上，自 2015 年以来,施耐德电气在优化和分析领域取得了重要进展。数字服务平台(DSP)达到一定程度的成熟，已经能够在管理大量数据和综合分析的设备上使用。在未来，公司进行技术预测以解决不同类型的问题，主要有以下三种。一是在不同的环境中，对联网的分析的探索如住宅、高级住宅、商业建筑和工业厂房。二是在联网下对资产绩效管理的状态监测和诊断分析进行研究。三是对电力网络(基础设施业务)、建筑和数据中心(建筑和 IT 企业)的规划和控制进行分析。
在建模和仿真领域上，对于生命周期成本，工业项目的设计阶段在降低系统部署的时间和成本方面起着至关重要的作用。由施耐德电气于 2014 年 1 月收购的 Invensys，是模拟提炼厂和化工厂等复杂连续过程的企业。在设计阶段，通过模拟，优化工厂设计，验证其性能，并在构建之前进行操作员培训。IT 部门为数据中心开发了一套类似的工具，包括三维热模拟来验证冷却系统的设计。研发团队与主要的 cad/cae 供应商合作正在努力将这种产品推广到任何类型的工业系统中，包括大型和复杂的建筑物。填补设计和操作之间的空白系统不仅会降低设计和建造成本，而且还会降低的维护和开发系统的成本。在未来的几年里，人们可以预期工业系统将会像现代软件一样发展，从一个过程的模型开始，然后是基于这个模型的模拟，开发和测试的模型，然后在完全标准化的硬件上进行。这一愿景与施耐德公司 2016 年 11 月宣布的下一代 EcoStruxureTM 架构与平台联系在一起。它的三层技术创新是由施耐德电气在建模和仿真方面的优势所带来的。
图 11：施耐德Ecosture中发力楼宇自动化
图 12：施耐德公司研发方向
可以看出，施耐德的方向目前在修炼内功。基于上层云计算等信息化来推动底层硬件智能化自动化的创新。一方面力保电气设备高端、智能的特点，不断优化，另一方面通过楼宇自动化、IDC 的渗透来扩展集团的业务市场。这种渗透可能并不像西门子的智能工厂业务那样聚焦工业，不具备一定的爆发性。也不像 ABB 那样的机器人优势突出。但是将来前景可能巨大。
无论如何，这三大巨头的转型为全球电气公司带来了范本。电气化大周期已经结束，下一次变革在信息化，三巨头都是基于自身的资源实力在努力。
3 电气企业从硬件转向软件驱动
能源的发展，将会更加注重节能、效率，而对应能源企业必将注重能源的管理、利用。制造业目前早已不是过去做好加工制造，做好零部件即可壮大发展的时代，智能化、数字化以及身处于第四次工业革命所带来的科技需求使得设备企业必将更加重视研发、创新。
3.1 技术发展方向从节能转为智能
可以说，我国的制造业已经完成了初步的硬件改造。大部分的设备已经改造为节能设备。现在是增效的竞争。我们看到，自动化、智能化的是重要的提升生产率的手段。我国制造业已经摆脱了大投资扩产能的大周期，进入提升效益的新周期。而电气设备必须适应和引导这种趋势，以前的节能设备已经不能满足需求，而是需要智能化，具备数据上的可监控、可预测性、可适应性。
数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。
数字化的电力设备和电力系统：就是实现电力系统的数字化，就意味着在发电环节中实现电力的自动化监测、调节及控制，对各种原件的自动化保护，对供电环节中的各种数字信息的智能化输送，对生产进行自动化调节，对企业的管理工作实现自动化等。
表 2：数字化电力设备的四大功能
在“互联网+”时代，消费者对于能源电力行业提出了更多样的信息需求。随着智能技术的发展，随时可以查询用电量、电价、碳排放量等基础数据已经成了为新一代消费者的基本需求，而通过移动互联网实时控制电器和屋顶的光伏系统也成了现实。因此，整个电力生产-消费链条将产生比过去更多的数据。
如何驱动电力公司信息技术平台和业务应用的升级改造，扩展电网对数据的传输、容纳和处理能力，如何提升电力公司在数据资源价值挖掘的整体水平，促进业务管理向着更加精细、协同、敏捷、高效的方向发展，如何利用这些数据为用户和企业生产正的价值，都是电力系统目前正面临的挑战。
3.2 工业 4.0 本质是硬件软件结合并对工艺有效理解
工业 4.0 是信息物理的融合系统，连接虚拟世界与物理世界。通过互联网，云计算，大数据，物联网等技术实现智能工厂的智能产品的生产。高度自动化，高度信息化和高度网络化的融合是对传统制造业革命性的颠覆。自动化是对劳动力的取代，无人工厂成为可能。信息化是信息系统在企业生产中的全面应用，是信息集成平台，给企业的大规模生产经营带来便利提供了可能。而网络化则是设备联网与互联网的服务的结合体，实现用户与企业的互动，全流程可视，也实现了企业内部信息的制造信息与业务的信息的互通共享。从以上特征出发，在工业 4.0 的发展趋势下，我们认为电气设备企业已经从硬件转向软件的竞争。
工业 4.0 突出的特征是高度网络化，是互联网技术在工业领域的应用。互联网所带来的信息交流成本的下降为企业与用户的良性互动提供了可能性。电力设备企业应将重心从设备的批量生产向满足客户的个性需求转移。电力设备的使用与安装不同于普通消费品，它包含一定的技术因素，不论是售前咨询设计还是售后服务都隐藏了较大的附加值空间。
当制造业达到高度自动化时，企业之间必是以互联网为交互信息平台的附加服务的竞争，大限度化柔性生产，满足个体需求的企业才能具备更强的竞争力。
提前完善信息化的电气设备企业具备相对优势。翻看过去历史会发现，电气类企业的发展壮大，离不开技术上的更新，ABB、西门子近年来的发展，离不开研发的大力投入。未来的发展方向，上面已经提及应是数字化、智能化，具体实施上便是硬件性能提升。与国外企业相比，差的更多的是软件层面。
特变电工是我国电力设备领域中，民营企业走出海外的典范。公司在上世纪 90 年代起便探索变压器和电缆出口业务，03年公司签订了苏丹国220kV双回输电线路成套项目合同，开始转变成为国际成套项目承包商。随后公司在 04年成立了国际成套工程承包有限公司，持续推进海外成套业务，且新能源 EPC 业务也在 2014 年后开始发力。目前，公司已设立 76 个海外办事处，1000 多名海外员工。
图15：特变电工近年来营收变化(亿元)
公司的海外业务拓展顺利，既有变压器、电缆业务价低质优的因素，也是公司大力布局海外业务的努力回报。目前公司在手海外订单已 50 亿美金，将在未来陆续释放。
电网巨头的海外征程：发挥了技术和运营优势
在电气设备企业国际化发展中，国网的国际化进程尤为关键。国网公司的海外发展较为微妙：国网公司海外发展是战略重要方向，但其背景又制约其扎根海外的能力。我们认为国网系的企业须在国网公司强力推进海外发展时，才能有海外快速发展，而主要的目标市场也都是第三世界，且支付能力较弱，项目集中在政府援建等方向。
截止至 2016 年末，电网公司在海外的资产规模已过 400 亿美金，其海外投资主要有直接入股和获取特许经营权两种模式。国网公司的战略非常清晰，针对不同地区采取差异化投资策略，在欧美等发达地区以股权投资并购为主;在南美、非洲等地以项目开发、工程包为主。
在钢铁冶炼过程中，需要向钢包中加入各种脱氧剂、脱硫剂等添加剂。但由于钢水粘度大、钢包深、钢水表面飘有钢渣等原因，将包芯线均匀熔于钢水中一直是个难题。近几年，人们利用喂线技术较好地解决了这个难题。喂线技术是将各类添加剂卷入钢带中形成包芯线，通过喂线机将包芯线打入钢包中一系列技术的称。目前国内的各类钢厂精炼炉钢包喂线机方案，均是采用简单仪表控制加人工操作方式进行。由于喂线长度和喂线速度与炼钢质量密切相关，而人工操作的喂线速度与喂线长度不易控制，经常造成产品质量不稳定，所以喂线机的喂线过程实现自动化控制是必然的趋势。
1 控制方案的确定
针对太原第二炼钢厂精炼F炉的实际情况，的喂线机控制部分由气路和电路两部分组成，通过控制交流电机的转速和转圈数来控制喂线速度和喂线长度。电气控制系统由西门子S7200可编程序控制器对喂线机进行自动控制，采用西门子TP170A触摸屏完成人机对话，实现对喂线速度、喂线长度的设定；采用两台西门子MicroMaster420变频器实现喂线电机的变频调速；利用PROFIBUS-DP现场总线构成现场总线控制系统，采用STEP7-MICRO WIN 32进行了网络组态以及硬件组态，实现了上位PC机监控组态软件Win CC与MICRO WIN 32的动态链接，实现在控制室内实现现场操作、监视和数据的采集．系统结构示意图如图1。
喂线机自动控制系统的组成部分及特性研究
2 电气控制的实现
2.1 控制系统组成
系统控制核心选用德国西门子S7-200可编程序控制器，CPU为控制高速事件提供了高速I/O，这为喂线机中使用高速计数器提供了方便，同时提供了方便、简洁、开放的通讯功能。
控制系统使用了PLC两个RS485通讯口：Port0通讯口采用USS协议与两台变频器进行通讯，控制喂线电机的速度；Port1通讯口通过MPI协议与TP170A触摸屏进行通讯，完成人机对话。通过TP170A触摸屏，可进行喂线参数的设定、实时显示、全机的点动调试、自动运行以及工艺参数的计算。两路光电高速计数器与PLC的I/O接口连接，实时采集运动部件喂线轮的角速度。同时控制系统采用西门子EM-277模块，通过PROFIBUS-DP现场总线连接PLC和带CP-5611网卡的控制室计算机，实现系统的远程监控。
喂线机自动控制系统的组成部分及特性研究
变频器的选择主要依据实际控制精度与电机容量选择[1]。由于喂线电机功率为11kW，方案选取较高的非矢量控制MicroMaster420变频器。该变频器与PLC通过USS协议指令配套使用，具有调速范围广、转速精度高、耐高温、运行可靠等特点。USS协议指令是STEP 7-MICRO/WIN32软件工具包中PLC与变频器通讯的协议指令，使用专为USS协议通信而设计的预配置子程序和中断程序实现PLC与变频器通讯。
通过设置变频器远程控制方式，变频器从站地址、波特率、工作频率、启动时间、制动方式等相关参数，实现PLC对变频器的实时控制与变频器信号反馈。PLC接受指令后，根据设定喂线速度计算电机转速与频率，并将值以USS协议指令传送给变频器。变频器接受指令后，根据内部设定参数对电机进行调速。调速方式为V/F型，即在改变变频器输出频率的同时，通过相应改变变频器输出电压来保证异步电机磁通不变。该调速方式简便可靠，能够很好地满足喂线机调速要求。
2.2 PC控制程序
PLC控制程序采用SIEMENS公司的STEP7软件梯形逻辑编程语言LAD编制。STEP7-MICRO WIN32是适用于S7-200系列可编程控制器的专门软件。此软件运行于WIN2000平台，标准软件包中包含有3种编程语言：语句表编程语言STL梯形逻辑编程、语言LAD、功能块图编程语言FBD。
程序部分包括主程序和7个子程序、3个中断程序。主程序完成逻辑功能控制及子程序和中断程序的调用。程序工作示意图如图3所示。
喂线机自动控制系统的组成部分及特性研究
其中：SBR0初始化子程序，对2个高速计数器进行初始化，以及USS协议初始化。SBR1～SBR5 USS通讯协议所需子程序。INT1～INT3 USS协议通讯指令所需中断程序。SBR6速度计算子程序，计算当前喂线速度、当前喂线长度等实时值，并通过TP170A显示出来。SBR7计算器子程序，通过输入的喂线速度、喂线长度，来计算理论喂线电机频率。SBR8面板开关控制子程序，控制喂线机的启动，停止，喂线选择，工作/维修状态选择等众多控制要求。
3 远程监控的实现
3.1 现场总线选择
PROFIBUS是一种国际性的、开放式的现场总线标准，主要针对工业过程控制领域的应用，用于分布式控制系统的高速数据传输。PROFIBUS有PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP三种形式。本设计所采用的PROFIBUS-DP根据ISO7498国际标准以开放系统互联网络OIS为参考模型，使用第1、2层和用户接口，该总线物理层采用RS485传输方式（以RS-485双绞线电缆或光缆作为传输介质），传输速度为9.6kbps～12Mbps，实现分布式I/O站和现场设备的自动化系统之间的通讯。
3.2 组态软件设计
本文使用组态软件WinCC实现人机界面（HMI）和监控管理系统。该系统设计分为以下几个模块：WinCC通讯驱动程序，实现PLC和WinCC数据管理器的连接；图形运行系统，提供人机界面，实现喂线长度、速度设定，喂线长度、速度实时显示；变量记录运行系统，记录喂线长度、速度等变量的历史纪录；报警记录运行系统，提供喂线长度值实时监控，保障系统运行安全。
系统数据存储在WinCC中SQLAnywhere系统数据库中。运行期间，WinCC通讯驱动程序利用通道单元构成WinCC和PLC程序之间的接口。它使用通讯处理器来向PLC发送请求消息，待PLC返回应答消息后，通讯处理器将其中的过程值返回给WinCC数据管理器。WinCC数据管理器集中管理各种数据，为实现喂线长度、速度设定、实时显示、报警和历史纪录存储等功能提供各类数据。
4 结 语
该喂线机控制系统采用TP170A触摸屏作为人机界面，增加了系统的可靠性，控制了喂线速度与喂线长度，使炼钢质量得到了可靠保证；采用S7-200的USS协议直接控制变频器，实现了控制方式灵活、精度高、程序开发简单等优点；利用PLC控制系统加工业组态软件WinCC进行现场监控，实现了现场操作、监视和数据的采集．该系统投入运行以来一直十分稳定，使太钢第二炼钢厂F炉的精炼质量有了可靠的保障，取得了良好的经济效益和社会效益．
2015年，从汉诺威工业博览会回到德国之后，西门子开始在业务上确定“工业4.0”的框架和主题，专注于“工业4.0”具体路径研究。次年，西门子研发出基于产品、生产、和性能三方面的“数字化双胞胎”解决方案，完成从从产品设计、生产规划、生产工程、生产实施直至服务的无缝对接平台，实现了虚拟世界与物理世界的贯通。直到新的进展，西门子与阿里已达成合作，物联网操作系统MindSphere将在与明年正式落地内地市场。
数字化概念在当今有多么重要呢？
西门子股份公司数字化工厂集团执行官Jan Mrosik博士论坛上举了个例子，“拥有30年辉煌历史的德国商业银行，在今年业绩下滑30%，做数字支付的Wirecard公司顺势上位，股价大涨120%。而支付宝却依照数字化理念发展成为为的支付系统。”
这种数字理念已经部分落实到了西门子的产品当中。在西门子苏州工厂，笔者见到了如断路器、配电柜等为大众和前沿的电气零配件，以及无人化操作车间和数字化演示模型。在生产车间，经电脑上输入订单指令，15分钟内便可完成产品的生产、加工、检验全流程作业。在断路器生产区，只需要1名员工，就可以完成108种规格产品生产。
在上海工博会西门子展台上，数字双胞胎技术下的虚拟数字化网络被呈现，这种技术使得产品在生产中有更高的容错率。举个例子，数字化双胞胎技术赋能手机装配工程时，涵盖手机屏幕定位、装配功能，可通过远程编程调试，虚拟设备调试，在实体生产前得到不断优化和改进。 此外，西门子还发布其全新的Simatic S7-1500R/H冗余控制系统，以及新一代SIRIUS 3RW5 软起动器3RW52和3RW55。
显而易见的是，西门子已经站在了数字化工厂的前沿。论坛上，西门子()有限公司执行副裁 数字化工厂集团经理王海滨(以下简称“王海滨”)表示，继去年西门子提出数字化理念，先导性项目实践探索初期愿景后，今年将正式迈入数字化时代的进行时。“西门子为工业数字化转型创造了技术上的先决条件，以帮助客户切实收获数字化红利，实现更高的灵活性、更高的生产效率、更短的产品上市时间以及更好的产品质量。”
王海滨并不是在说空话，西门子已在汽车、电子、纺织、航空航天、石油石化、制药和食品饮料等数十个行业、为数百家企业提供了数字化企业解决方案。举几个例子，航天科工集团旗下的贵州航天电器智能制造工厂，在嫁接西门子数字化企业套件后，实现了产品生命周期的全价值链集成和数据的全面流通，产能提升了5倍。广州明珞汽车装备有限公司背靠西门子全集成自动化(TIA)解决方案，推进标准化和模块化工艺，缩短1/3工程时间。
与此同时，在过程工业领域，西门子的数字化转型也在全速推进。在西门子()执行副裁兼过程工业与驱动集团经理林斌看来，逐步完善的解决方案，将帮助过程工业客户不断优化工厂及工艺性能，实现可用性、稳定性乃至生产力的大幅提升。于是，便有了石化青岛炼化公司、凯赛生物产业有限公司等数字化合作方案。不仅如此，记者从苏州现场企业展台的爱波瑞科技发展有限公司了解到，他们与西门子不只是供应商的关系，还是合作关系，二者通过优势互补共同提供数字化解决方案。
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