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危險的工作?雇傭一位虛擬化身
數(shù)字量輸入/輸出模塊適用于連接:
數(shù)字量輸入/輸出模塊具有下列機械特性:
數(shù)字量輸入/輸出模塊轉(zhuǎn)換
SM 327 是一個可升級的I/O模塊。共有16個通道,其中8個通道是固定的,另8個通道可分別用作輸入或輸出。因此,該組和模塊可以靈活地滿足任何組合的需要。
商品編號 | 6ES7323-1BH01-0AA0 | 6ES7323-1BL00-0AA0 | 6ES7327-1BH00-0AB0 | |
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電源電壓 |
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負載電壓 L+ |
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| 24 V | 24 V | 24 V | |
| 20.4 V | 20.4 V | 20.4 V | |
| 28.8 V | 28.8 V | 28.8 V | |
輸入電流 |
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來自負載電壓 L+(空載),最大值 | 40 mA | 80 mA | 20 mA | |
來自背板總線 DC 5 V,最大值 | 40 mA | 80 mA | 60 mA | |
功率損失 |
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功率損失,典型值 | 3.5 W | 6.5 W | 3 W | |
數(shù)字輸入 |
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數(shù)字輸入端數(shù)量 | 8 | 16 | 8; 8 個固定布線,另外 8 個可單獨參數(shù)化 | |
輸入特性符合 IEC 61131,類型 1 | 是 | 是 | 是 | |
可同時控制的輸入端數(shù)量 |
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水平安裝位置 |
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| 16 |
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| 8 | 8 | 16 | |
垂直安裝位置 |
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| 8 | 16 | 16 | |
輸入電壓 |
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| DC | DC | DC | |
| 24 V | 24 V | 24 V | |
| -30 至 +5V | -30 至 +5V | -30 至 +5V | |
| 13 至 30V | 13 至 30V | +15 至 +30V | |
輸入電流 |
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| 7 mA | 7 mA | 6 mA | |
輸入延遲(輸入電壓為額定值時) |
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對于標準輸入端 |
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| 1.2 ms | 1.2 ms | 1.2 ms | |
| 4.8 ms | 4.8 ms | 4.8 ms | |
| 1.2 ms | 1.2 ms | 1.2 ms | |
| 4.8 ms | 4.8 ms | 4.8 ms | |
導線長度 |
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| 1 000 m | 1 000 m | 1 000 m | |
| 600 m | 600 m | 600 m | |
數(shù)字輸出 |
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數(shù)字輸出端數(shù)量 | 8 | 16 | 8; 單一部件作為 DE 也可以參數(shù)化 | |
短路保護 | 是 | 是 | 是 | |
| 1 A | 1 A | 1 A | |
感應式關(guān)閉電壓的限制 | L+ (-53 V) | L+ (-48 V) | L+ (-54 V) | |
控制數(shù)字輸入 | 是 | 是 | 是 |
來自西門子Tecnomatix業(yè)務組合的虛擬化身Jack和Jill,正在幫助美國能源行業(yè)最大限度地降低其員工在核電站的輻射曝露量。在汽車和航空等領(lǐng)域,這樣的虛擬試驗員也有用武之地。
在一座核電站,Jack打開了一扇門。房間內(nèi)是一臺發(fā)生故障的水泵機組,這臺水泵機組的作用是讓冷水源源不斷地流過核電站的反應堆芯。Jack把他的工具箱放到地板上的水泵機組前,拿出一把管道扳手,開始進行維修。他將扳手轉(zhuǎn)了幾圈,取下管帽,這時,輻射測定裝置上的讀數(shù)開始飆升,上升速度之快,令人驚懼。然而,Jack似乎一點也不擔心。幾分鐘后,他在這臺水泵機組的另一側(cè)蹲下,執(zhí)行了相同的任務。這一次,輻射測定裝置上的讀數(shù)停在了令人放心的安全水平。
在執(zhí)行這些工作時,Jack顯得從容不迫,他之所以這樣是有充分理由的,因為他并未真正處于危險之中。Jack不是真正的人,而是一個虛擬化身,一個人類的仿真品。Jack“工作”在一座虛擬核電站內(nèi),在這里,他對隨后將由真正的工人來執(zhí)行的維護和維修操作進行測試。
這種對在危險區(qū)域內(nèi)所執(zhí)行的工作的三維模擬,旨在盡可能地降低人類面臨的風險。這些模擬有助于能源企業(yè)遵守“可合理達到的盡量低(ALARA)”安全原則,這一原則不僅已在美國得到*,不久前也獲得了歐洲能源界的認可。Ulrich Raschke博士是西門子工業(yè)自動化集團設(shè)在密歇根州的人類模擬技術(shù)部的主任,他表示,“那些曾幫助我們開發(fā)這個模擬解決方案的美國能源企業(yè),現(xiàn)在正在這些新應用中測試這種虛擬化身。”
模型人。Jack和他的同事Jill,是符合生物統(tǒng)計學特征的模型。早在1997年,汽車行業(yè)、軍事領(lǐng)域以及航空航天行業(yè)的工程師和設(shè)計師們,就已開始使用這種模型來幫助創(chuàng)建符合人機工程學的、優(yōu)化的工作環(huán)境。它們也有助于規(guī)劃工作流程,以及測試新產(chǎn)品的用戶友好程度。西門子打造的這些模擬解決方案,是西門子公司面向工業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃的Tecnomatix業(yè)務組合的一部分。而Tecnomatix又是西門子產(chǎn)品生命周期管理(PLM)軟件系統(tǒng)的組成部分之一。
Jack和Jill不僅僅是呆笨的人像。它們有68個關(guān)節(jié),可以執(zhí)行135種動作,幾乎*地呈現(xiàn)了人類身體的運動能力。二者均采用了目標區(qū)域人群的一般體形,正因為如此,中國版本比北美版本的個子矮一些。然而,也可以改變它們的體形,以保證不論高矮胖瘦,任何人都能夠在模擬所呈現(xiàn)的環(huán)境中高效地工作。
利用科研數(shù)據(jù)來進行分析,可以回答諸如在抬高重物時,人體承受了多大壓力等問題。根據(jù)分析結(jié)果,則可以預測受傷害的風險以及產(chǎn)生疲勞的可能性。Tecnomatix團隊與密歇根大學Humosim實驗室聯(lián)合開發(fā)的一款運動程序,可“推動”Jack和Jill在虛擬工廠中走來走去?,F(xiàn)在,借助一個能計算輻射劑量的算法,可以相對輕松地使用這個程序來模擬在核電站內(nèi)的工作。這個算法是美國電力企業(yè)出資成立的美國電力研究院(EPRI)提供給西門子的。
虛擬測試的益處顯而易見。借助虛擬化身,企業(yè)可以在產(chǎn)品開發(fā)、裝配、維護規(guī)劃等過程的早期階段,考慮人的因素。不再需要制作成本不菲且未經(jīng)測試的原型,也無需在日后進行費時費錢的調(diào)整。虛擬化身可令工程師防止設(shè)計錯誤,避免大幅度的改進。這不僅節(jié)省了金錢,也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性,同時縮短了產(chǎn)品的上市周期。
人機工程學測試。自1998年以來,福特公司一直在使用Jack和Jill來測試裝配線工作區(qū)及車輛模型。在這里,這兩個虛擬化身實現(xiàn)了增強算法,可以根據(jù)多年觀察得到的數(shù)據(jù),計算出姿勢、動作和身體承受的壓力。
然后,進行人機工程學分析,計算出受傷害的風險。開發(fā)工程師也想知道,汽車的操控性能如何、儀表盤是否易于操作,以及駕駛員座椅能提供什么樣的前方道路視野等。為了弄清楚這些情況,他們戴上沉浸式頭盔,進入虛擬化身的三維世界,就像玩電腦游戲那樣。
事實證明,在實際生產(chǎn)作業(yè)中,Tecnomatix業(yè)務組合中的Jack和Jill軟件也很有用。幾年前,在這款軟件的幫助下,福特公司的人機工程學實驗室發(fā)現(xiàn),為某些車型安裝車門擋風雨條很困難。工人很容易感到疲勞,傷害風險性也更高,并且擋風雨條的安裝還常常出錯。
借助虛擬化身,企業(yè)可以將人的因素納入產(chǎn)品開發(fā)、裝配和維護過程的規(guī)劃中。
發(fā)現(xiàn)問題之后,福特公司的工程師改進了新車型擋風雨條的安裝過程。這不僅使裝配變得更加容易,而且大大提高了安裝質(zhì)量。Raschke說:“仿真軟件有助于汽車行業(yè)大幅減少生產(chǎn)中的問題?,F(xiàn)在,在福特公司和其他企業(yè),虛擬分析已經(jīng)成為設(shè)計過程中*的步驟。”
模擬核電站,標志著Tecnomatix跨入了一個新時代。然而,說到底,它們只是汽車行業(yè)和航空航天行業(yè)仿真應用的擴展。自2010年9月起,西門子和美國電力研究院一直在合作研究核電站的仿真應用。美國電力研究院的研究人員開發(fā)了一個算法,能夠根據(jù)所涉及的材料、輻射場和存在的任何防護屏障等因素,計算出輻射強度。這意味著能夠準確地預測,房間內(nèi)每一個點的輻射劑量。
西門子工程師在Jack和Jill程序中安裝了這個算法。這個算法允許利用仿真輻射劑量測定裝置,測出輻射強度。在三維仿真中,采用了色碼來顯示測定結(jié)果。其中,紅色表示可能引起危險的高輻射劑量,而綠色則表示無害劑量(參見下右圖)。
虛擬化身Jack和Jill栩栩如生地再現(xiàn)了人類。它們被用于在諸如核電站等設(shè)施中,以幫助人類制定工作計劃(上左圖所示)。
西門子還加裝了微軟Kinect動作感應攝像頭,它是許多游戲機中常見的裝置。Kinect記錄了真人的動作,并將之發(fā)送給Jack和Jill。這樣一來,就可以在實際執(zhí)行任務之前,嚴格演練將在核電站內(nèi)執(zhí)行的工作,以便最大限度地減少輻射曝露。Raschke說:“如果所有輻射源都是已知的,并且所有物理結(jié)構(gòu)都是穩(wěn)定的,那么,或許甚至可以模擬福島核電站的清理工作。”
然而,這項技術(shù)的應用潛力遠不止存在于核電站或放射性廢棄物的貯存設(shè)施中。事實上,最早的工作場所人類仿真出現(xiàn)于20世紀60年代和70年代,那時候,進行這樣的模擬是為了研究人類在太空中工作的情況。近幾年,美國航空航天局已經(jīng)使用了Jack和Jill來模擬“獵戶座”太空艙的裝配。Raschke表示,“目前,我們收到了許多來自政府和私營航空航天機構(gòu)的詢問,它們都想模擬人類在太空中的活動。”