【正文】 ...................... 7 本系統(tǒng)涉及用電設(shè)備 ........................................... 7 西門子 MM430 變頻器 .......................................... 8 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件 .................................................... 9 PLC 基本概念 ................................................ 11 現(xiàn)場總 線 ................................................... 15 SIMATIC ET 200分布式 I/O ................................. 19 第 3章 PLC 控制設(shè)計(jì) ...................................................... 21 系統(tǒng)概述 ......................................................... 21 超純水處理系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) ........................................... 21 系統(tǒng)控制硬件設(shè)計(jì) ................................................. 22 硬件設(shè)計(jì)依據(jù) ................................................ 22 CPU 及 I/O 模塊選型依據(jù) ...................................... 22 系統(tǒng) I/O 數(shù)目 ..................................................... 29 硬件系統(tǒng)配置 ..................................................... 34 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ..................................................... 35 基本控制架構(gòu)概述 ............................................ 35 冗余系統(tǒng) ................................................... 37 工業(yè)以太網(wǎng) ................................................. 39 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................................... 41 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 ................................................. 41 ................................................ 41 軟件設(shè)計(jì) .................................................... 42 STEP 7 ........................................................... 43 STEP7 概述 ................................................. 43 STEP7 硬件組態(tài)與參數(shù)設(shè)計(jì) .................................... 44 上位機(jī)軟件 ....................................................... 45 第 5章 結(jié)論與展望 ....................................................... 46 結(jié)論 ................................................................. 46 展望 ................................................................. 46 致謝 .................................................................... 47 參考文獻(xiàn) ................................................................ 48 四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 引言 背景 晶圓廠即超大規(guī)模集成電路廠。 芯片的制造過程可大致分為晶圓處理工序（ Wafer Fabrication） 、晶圓針測工序（ Wafer Probe）、構(gòu)裝工序（ Packaging）、測試工序（ Initial Test and Final Test）等幾個步驟 [2]。 （ 4）測試工序：芯片制造的最后一道工序?yàn)闇y試，其又可分為一般測試和特殊測試，前者是將封裝后的芯片置于各種環(huán)境下測試其電氣特性，如消耗功率、運(yùn)行速度、耐壓度等。水質(zhì)合格與否，將直接影響到產(chǎn)品的品質(zhì)。 本課題來源于該公司生產(chǎn)能力為 250m3/h 超純水處理系統(tǒng)。膜分離技術(shù)能有效地去除水中溶解物、膠體、微粒、細(xì)菌等，因而，目前，超純水的微粒，細(xì)菌等，因而， 目前，超純水的微粒數(shù)可以嚴(yán)格限制在 10 個 /毫升（直徑小于 微米）以下。目前，國內(nèi)的水處理控制系統(tǒng)比較成熟，與國外差距不大，主 要是向是智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展?，F(xiàn)分別介紹如下： (1)前處理：從原水池 (Raw Water Pit)到逆滲透膜 (Reverse Osmosis Membrane，四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 RO)為系統(tǒng)前處理。主要用于 NaOH 加熱，防止其在冬天結(jié)晶。控制軟件可以實(shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動 /自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)行方式等。 GSD 文件稱為設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件。系統(tǒng)選用 西門子 公司 MM430 變頻器，以 S7 4174H PLC 為控制中心， PLC 通過 PROFIBUSDP 現(xiàn)場總線與變頻器構(gòu)成 DCS 控制系統(tǒng)。單獨(dú)的網(wǎng)通過 RS485 中繼器連接到一起。 RS485 中繼器還可使網(wǎng)段之間相互實(shí)現(xiàn)電氣隔離。 PLC 基本概念 簡介 英文稱 Programmable Logic Controller，簡稱 PLC。通過 CPU 模塊或通信模塊上的通信接口， PLC 被 連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其他 PLC 或者其他設(shè)備通信。 輸入模塊用來接受和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接受從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)壓力繼電器等的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬電流電壓信號。接口模塊就是用來實(shí)現(xiàn)中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間的通信和提供電力。 S7400 為西門子的中高端性能的 CPU，采用模塊化設(shè)計(jì)，適用于對可靠性要求極高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 UR2H 機(jī)架用于在一個機(jī)架上配置完整的 S7400 冗余系統(tǒng)，也可用于兩個具有電氣隔離的獨(dú)立運(yùn)行的 S7400CPU，每個均有自己的 I/O。 S7417H是 S7400H容錯式自動控制系統(tǒng)和 S7400F/FH安全型自動控制系統(tǒng) CPU，可以編譯和運(yùn)行 F用戶程序。它既是一個開放的通信網(wǎng)絡(luò)， 又是 一種全分布的控制系統(tǒng) 。 PROFIBUS 是一種現(xiàn)場總線，因此可以將數(shù)字自動化設(shè)備從底級 (傳感器／執(zhí)行器 )到中間執(zhí)行級 (單元級 )分散開來。 （ 2)PROFIBUS 第 2層。此外，第 1層和第 2層可能出現(xiàn)的錯誤事件會被傳遞到更高層 (FMA7)。數(shù)據(jù)交換既可是循環(huán)的也可是非循環(huán)的。 ALI：位于第 7層之上的應(yīng)用層接口 (ALI)，構(gòu)成了到應(yīng)用過程的接口。主站周期地讀取從站 的 輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。 第 2章 超純水及處理系統(tǒng)流程 18 緊湊型 DP從站：緊湊型 DP 從站使用一種不能更改的 I/O 結(jié)構(gòu)。智能從站的一個特征是： DP 主站可以使用的從站輸入和輸出區(qū)域不能與實(shí)際的物理 I/O設(shè)備一致，但是必須與由預(yù)處理 CPU 所虛擬的輸入和輸出區(qū)域一致。 4. Profibus PA PROFIBUSPA 是為過程處理而特別設(shè)計(jì)的，且允許把傳感器 /執(zhí)行器連接到共享的現(xiàn)場總線電纜 (也可以用于危險(xiǎn) 區(qū)域 )。此協(xié)議所使用的傳輸率是 kbits/s。能提供鏈接光纖的 PREFIBUS 網(wǎng)絡(luò)接口，可以節(jié)省昂貴的抗電磁干擾。 ? .功能模塊 用于 ET200M 的附加模塊，如計(jì)數(shù)器、步進(jìn)電動機(jī)或者定位模塊。 PLC 控制系統(tǒng)電源由電氣控制室負(fù)責(zé)提供，且配備不斷電系統(tǒng) (UPS)，可以在停電情況下維持系統(tǒng)正常運(yùn)行 一段時間 ，充分降低了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素。溫度控制器、流量傳感器、液位傳感器、導(dǎo)電度變送器等通過連接電纜連接到分布式 I/O模塊層，然后通過 ProfibusDP連接到 PLC 控制器?？刂葡到y(tǒng)和遠(yuǎn)程 I/O 控制站之間采用高性能工業(yè)以太網(wǎng)總線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。 系統(tǒng) 控制 硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)依據(jù) 根據(jù)超純水處理系統(tǒng)具體要求對該控制系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ? .在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號電平種類不一，而 PLC CPU 處理的信息智能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以 I/O 接口還將實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的功能。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選擇電壓較高的模塊提高可靠性 。三、允許同時接通的輸入點(diǎn)數(shù)，在設(shè)計(jì)時還要考慮整過模塊的帶負(fù)載能力，允許最大電流不能超過模塊的規(guī)定電流。它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過 I/O 接口模塊來實(shí)現(xiàn)的。 模擬量輸入模塊 溫度變送器、壓力變送器、濕度變送器、流量變送器、電位器 將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為 PLC可以接受的輸入值 離散輸入模塊和 I/O模塊 選擇開關(guān)、按紐、光電開關(guān)、限位開關(guān)、電路斷路器、接近開關(guān)、液位開關(guān)、電動機(jī)啟動器觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、撥盤開關(guān) 輸入模塊用于將信號傳遞到ON/OFF或 OPEN/CLOSE設(shè)備，離散信號可以是直流的，也可以是交流的 。 四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流 5V、 12V、 24V、 48V、 60V 等；交流 110V、 220V 等。 ③ 注意同時接通的輸入點(diǎn)數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 (如 32點(diǎn)、 48 點(diǎn)等 )，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的 60％。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)。一般5V、 12V、 24V用于傳輸距離較近場合。對于一個控制對象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同， I/O 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)有所不同。同時通過 I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，從而驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制。這些接口能測量流量、壓力、溫度等模擬那個的數(shù)值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。一般同時接入點(diǎn)數(shù)不超過總數(shù)的 60%。再根據(jù)實(shí)際需要，選擇相應(yīng)的 I/O模塊，包括開關(guān)量輸入 /輸出模塊、模擬量輸入 /輸出模塊等。 根據(jù)不同的應(yīng)用對象，表 31 列出了 PLC 的幾種功能選擇 [8]。 CPU 及 I/O 模塊 選型 依據(jù) 選型要點(diǎn) ? .性能和任務(wù)相適應(yīng)： 對于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時 ，可選用小型 PLC；對于復(fù)雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、 PID 調(diào)節(jié)、通信聯(lián)網(wǎng)等，可選用中大型 PLC。上位機(jī)采用 ISO 和 TCP/IP 傳輸協(xié)議連接到 100MB/s 高速工業(yè) 以太網(wǎng)而上傳到廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，便于全廠集中、統(tǒng)一計(jì)算機(jī)控制。 整個控制系統(tǒng)采用了兩級控制，第一級采用了一套冗余 PLC 控制系統(tǒng)，完成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和整個邏輯順序控制。 根據(jù)超純水處理工藝要求，系統(tǒng)采用順序和過程控制相結(jié)合的方式。 ET200M 主要有： ET200S、 ET200M、 ET200IS、 ET200X、 ET200ECO、 ET200L. 2． SIMATIC ET 200M ET200M（圖 210） 采用 模塊化設(shè)計(jì)，方便安裝于控制柜。 ? .啟動系統(tǒng) 經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐渲茫?ET200M 能用于閥門控制。使用網(wǎng)段耦合器或 DP/PA 鏈路，可以將 PA 總線段連接到 PROFIBUS DP 總線段上 。另外，還使用定義了現(xiàn)場設(shè)備響應(yīng)特性的 PA 配置文件。 FMS服務(wù)可以看作是 ISO 參考模型第七層的一部分。根據(jù)所需要的 I/O 通道數(shù)量和電壓范圍，可以在 200B 模塊范圍內(nèi)選擇合適的模塊。此外， PROFIBUS DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理及復(fù)雜設(shè)備在運(yùn)行中參數(shù)的確定。轉(zhuǎn)換的原因是每個過程對象都 是由它在所謂的對象字典 (OD)中的特性 (數(shù)據(jù)類型、存取保護(hù)、物理地址 )所描述的。借助于此，才可能訪問一個應(yīng)用過程的通信對象。第 3— 6 層在 PROFIBUS 中沒有具體應(yīng)用，但是這些層