【正文】 (FMA7)。 PROFIBUS 第 2 層 FMAl／ 2：第 2層的現(xiàn)場(chǎng)總線管理 (FMAl／ 2)完成第 2層 (MAC)特定的總線參數(shù)的設(shè)定和第 1層 (PHY)的設(shè)定。為使PROFIBUS 從設(shè)備 (slave)之間也能傳遞信息，從設(shè)備由主設(shè)備循環(huán)查詢。 PROFIBUS 采用一種混合訪問(wèn)方法。 （ 2)PROFIBUS 第 2層。在線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下采用雙絞線電纜。第 1層 — PHY：第 1層規(guī)定了線路介質(zhì)、物理連接的類型和電氣特性。參照 ISO／ OSI 參考模型， PROFIBUS 只包含第 l， 2,和 7 層。 PROFIBUS 是一種現(xiàn)場(chǎng)總線，因此可以將數(shù)字自動(dòng)化設(shè)備從底級(jí) (傳感器／執(zhí)行器 )到中間執(zhí)行級(jí) (單元級(jí) )分散開(kāi)來(lái)。 Profibus 遵循 ISO/OSI 模型，其通信模型由三層構(gòu)成 :物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 我們采用的為以西門子 PLC 為主的控制系統(tǒng)，其 CPU、變頻器等都帶有 Prefibus接口，所以為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)計(jì)維護(hù)方便，采用了 Prefibus 為現(xiàn)場(chǎng)控制總線。 FCS 用 “ 工作站－現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表 ” 的二層機(jī)構(gòu)完成了集散控制系統(tǒng) (Distributed Control System, DCS)“ 操作站－控制站－現(xiàn)場(chǎng)儀表 ” 的三層結(jié)構(gòu)模式，降低了成本，提高了可靠性，且在統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下可實(shí)現(xiàn)真正的開(kāi)放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它既是一個(gè)開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)， 又是 一種全分布的控制系統(tǒng) 。診斷緩沖區(qū)可以保存 120 個(gè)故障和中斷時(shí)間 [7]。第二個(gè)通信接口不支持內(nèi)部節(jié)點(diǎn)通信、等時(shí)線、 SYNC/FREEZE 功能。 S74174H 用于程序和用戶數(shù)據(jù)的可擴(kuò)充 RAM 容量為 10MB；它有兩個(gè) PrefibusDP主站總線接口，不能用于接口子模塊和 IM467，通過(guò) CP 可以擴(kuò)展 10 個(gè) DP 主站。 S7417H是 S7400H容錯(cuò)式自動(dòng)控制系統(tǒng)和 S7400F/FH安全型自動(dòng)控制系統(tǒng) CPU，可以編譯和運(yùn)行 F用戶程序。 S7/C7 通信對(duì)象的通信服務(wù)通過(guò)集成在系統(tǒng)中的功能塊來(lái)進(jìn)行。在自動(dòng)化系統(tǒng)之間， PLC 與計(jì)算機(jī)和 HMI（人機(jī)接口）站之間，均可以交換數(shù)據(jù)。 S7400 有很強(qiáng)的通信功能 ， CPU 模塊集成有 MPI 和 DP 通信接口，有 PrefibusDP和 LAN 通信的模塊，以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模塊。 UR2H 機(jī)架用于在一個(gè)機(jī)架上配置完整的 S7400 冗余系統(tǒng)，也可用于兩個(gè)具有電氣隔離的獨(dú)立運(yùn)行的 S7400CPU，每個(gè)均有自己的 I/O。 S7400 的模塊是通過(guò)機(jī)架上的總線連接起來(lái)的。 ⑤ 通過(guò)鑰匙開(kāi)關(guān)和口令實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)； ⑥ 診斷功能強(qiáng)，最新的故障和中斷時(shí)間保存在 FIFO 緩沖區(qū)。 ② 存儲(chǔ)容量大， 4174的 RAM 可以擴(kuò)展到 16M，裝載存儲(chǔ)器 (FEPROM/RAM)可以擴(kuò)展到 64M； ③ I/O 擴(kuò)展功能強(qiáng)，可以擴(kuò)展 21 個(gè)機(jī)架， S74174最多可以擴(kuò)展 262144 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)和 16384 個(gè)模擬點(diǎn)； ④ 有極強(qiáng)的通信能力，容易實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)和冗余控制系統(tǒng)，集成的 MPI（多點(diǎn)接口）能建立 32個(gè)站的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)。 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(duì)可靠性要求極高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 機(jī)架用于固定模塊、提供模塊工作電壓和實(shí)現(xiàn)局部接地，并通過(guò)信號(hào)總線將不同模塊連接。 S7400 采用大模塊結(jié)構(gòu)，大多數(shù)模塊的尺寸為 25mmx290mmx210mm。 ? .電源模塊 PLC 一般使用 AC220V 或者 DC24V 電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為 DC24V 電壓和 背板總線上的 DC5V電壓，供其他模塊使用。接口模塊就是用來(lái)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。 ? .功能模塊 為了增強(qiáng) PLC 的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)， PLC 還有各種功能模塊，它們主要用于完成某些對(duì)時(shí)實(shí)性和存儲(chǔ)容量要求很高的控制任務(wù)。在信號(hào)模塊中，用光電耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來(lái)隔離 PLC 的內(nèi)部電路和外部的輸入 /輸出電路。 CPU 模塊內(nèi)部工 作電壓一般事 5V。 輸入模塊用來(lái)接受和采集輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)量輸入模塊用來(lái)接受從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)壓力繼電器等的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊用來(lái)接收電位器、測(cè)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(hào)。 ? .信號(hào)模塊 輸入（ Input）模塊和輸出（ Output）模塊簡(jiǎn)稱為 I/O模塊，開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出模塊簡(jiǎn)稱為 DI 模 塊和 DO模塊，模擬量輸入 /輸出模塊簡(jiǎn)稱為 AI/AO 模塊，它們統(tǒng)稱為信號(hào)四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 模塊。 圖 28模塊式 PLC框圖 圖 29 PLC邏輯結(jié)構(gòu)圖 ? .CPU 模塊 CPU 模塊主要由微處理芯片和存儲(chǔ)器組成。 PLC 分為整體式和模塊式兩種。通過(guò) 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。 如圖 28；圖 29為邏輯結(jié)構(gòu)圖。 PLC 它又可分為一體式 PLC 和模塊式 PLC。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 基本概念 簡(jiǎn)介 英文稱 Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱 PLC。系統(tǒng)中不在有整束的電纜，也省去了成千上萬(wàn)個(gè)四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 線路接點(diǎn) ， 大大提高系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了控制電纜。 整個(gè)系統(tǒng)采用 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，系統(tǒng)全部控制功能的實(shí)現(xiàn)都由現(xiàn)場(chǎng)總線通訊完成。 PLC 接受上位機(jī)優(yōu)化控制指令，可以根據(jù) 水池水位和設(shè)備出口壓力要求 自動(dòng)調(diào)節(jié) 相關(guān)泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率 以適應(yīng)生產(chǎn)需求。 RS485 中繼器還可使網(wǎng)段之間相互實(shí)現(xiàn)電氣隔離。如果需要擴(kuò)展總線的長(zhǎng)度或者 PROFIBUS從站數(shù)大于 32個(gè)時(shí)，就要加入 RS485 中繼器， RS485 中繼器具有信號(hào)放大和再生功能，在一條 PROFIBUS 總線上最多可安裝 9個(gè)西門子 RS485 中繼器。電氣網(wǎng)絡(luò)組態(tài)為樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求極高的 PROFIBUS DP應(yīng)用，也可以采用符合 IEC 61158/ EN 50170的傳輸速率： 6和 12 Mbit/s。單獨(dú)的網(wǎng)通過(guò) RS485 中繼器連接到一起。 RS 485 接口使用電壓差分信號(hào)，所以它比電壓或電流接口更抗干擾。 RS485 主要用于和其他系統(tǒng)進(jìn)行接口，即廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)。 SIEMENS S7 PLC提供一個(gè) MPI（多點(diǎn)通信）接口和一個(gè) RS 485 串行通信接口。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(guò) PROFIBUSDP 現(xiàn)場(chǎng)總線與變頻器構(gòu)成 DCS 控制系統(tǒng)。用網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具建一個(gè)你所需要的網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，然后在網(wǎng)絡(luò)上添加你所須的站，并設(shè)置站的參數(shù)，最后把設(shè)置好的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)傳送給主站，這樣就組建好了一個(gè) PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)。在組網(wǎng)時(shí)，必須先把你所須的從站的 GSD 文件裝載到網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具里。 GSD 文件由生產(chǎn)廠商分別針對(duì)每一種設(shè)備類型準(zhǔn)備并以設(shè)備數(shù) 據(jù)庫(kù)清單的形式提供給用戶， 此種明確定義的文件格式便于讀出任何一種 PROFIBUS 設(shè)備的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件，并且在組態(tài)總線系統(tǒng)時(shí)自動(dòng)使用這些信息。 GSD 文件稱為設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件。主站的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具和從站的 GSD 文件，兩者缺一不可。過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)；變頻器過(guò)溫保護(hù)；接地故障保護(hù)，短路保護(hù)； I2t 電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)； PTC/KTY 電機(jī)保護(hù)。10% ，三相，交流， ； 圖 25 MM430 ② 風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專用； ③ 牢固的 EMC（電磁兼容性）設(shè)計(jì)； ④ 控制信號(hào)的快速響應(yīng)； 二 .控制功能： ① 線性 v/f 控制，并帶有增強(qiáng)電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制特性的磁通電流控制（ FCC），多點(diǎn) v/f 控制； ② 內(nèi)置 PID 控制器； ③ 快速電流限制，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘； 四川理工學(xué)院 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 ④ 數(shù)字量輸入 6 個(gè)，模擬量輸入 2個(gè)，模擬量輸出 2個(gè)，繼電器輸出 3個(gè)； ⑤ 具有 15個(gè)固定頻率， 4 個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程； ⑥ 采用 BiCo 技術(shù)，實(shí)現(xiàn) I/O 端口自由連接； ⑦ 集成 RS485 通訊接口，可選 PROFIBUSDP通訊模塊； ⑧ 靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，可選平滑功能； ⑨ 三組參數(shù)切換功能：電機(jī)數(shù)據(jù)切換，命令數(shù)據(jù)切換；風(fēng)機(jī)和泵類專用功能： ⑩ 多泵切換 ， 旁路功能 ， 手動(dòng) /自動(dòng)切換 ， 斷帶及缺水檢測(cè) ?？刂栖浖梢詫?shí)現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動(dòng) /自動(dòng)切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測(cè)、節(jié)能運(yùn)行方式等。功率范圍 至 250kW。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為絕緣柵雙極型晶體管 (insulated gate bipolar transistor, IGBT)三相橋式逆變器，且輸出為 脈寬調(diào)制 (PulseWidth Modulation， PWM)波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。變頻器主要采用交 — 直 — 交方式（ V/F 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。主要用于 NaOH 加熱，防止其在冬天結(jié)晶。 對(duì)管路的 材質(zhì)也有一定講究， RO 段前的輸送管路是以聚氯乙烯 (Polyvinyl Chloride， PVC) SCH80 管為主；在 RO 膜之后的供應(yīng)管則以聚偏氟乙稀 (Polyvinylidene Fluoride， PVDF)管為主，其中純水供應(yīng)管為高潔凈度的聚偏氟乙稀 (High Purity Polyvinylidene Fluoride， HPPVDF)管；回收管則為一般的 PVDF，以維持良好水質(zhì)，并降低初期安裝成本，同時(shí)為使用點(diǎn)獲得穩(wěn)定壓力和流量，均采用回路設(shè)計(jì)。 (4)回收系統(tǒng)：對(duì)無(wú)塵室 (Clean Room)里的機(jī)臺(tái)最初和最后的清洗水及含氟廢水進(jìn)行 收集， 然后用活性炭過(guò)濾器 (Activate Carbon Filter， ACF)進(jìn)行處理，進(jìn) 入系統(tǒng)循環(huán)使用，從而達(dá)到節(jié)約用水，降低單位成本的目的。 (2)制備：結(jié)合紫外燈、混床和薄膜脫氧器，可以除去大部分有機(jī)物、溶解的氧氣及可溶離子?，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?？偟膩?lái)說(shuō)，超純水在高科技產(chǎn) 業(yè)的功能如下： ① 去除沉積物； ② 防止金屬離子污染； ③ 防止有機(jī)物污染； ④ 防止氧化物污染； ⑤ 增加產(chǎn)品表面整齊； ⑥ 增加產(chǎn)品表面平滑； ⑦ 去除產(chǎn)品表面微塵粒子及附著物。 重要的性能指標(biāo)有 電導(dǎo)率或電阻率 、 PH 值 、 鈉 、 重金屬 、 二氧化硅 、 溶解有機(jī)物 、 微粒子以及微生物等 [4]。 超純水中電解質(zhì)幾乎全部去除，水中不溶解的膠體物質(zhì)、微生物 、微粒、有機(jī)物、溶解氣體降至很低程度 。目前，國(guó)內(nèi)的水處理控制系統(tǒng)比較成熟，與國(guó)外差距不大，主 要是向是智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。我國(guó)在 1992 年制定了中國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分析用水標(biāo)準(zhǔn) (GB668292)，從此，我國(guó)的超純水處理進(jìn)入了快速發(fā)展軌道。九十年代后，超純水處理控制系統(tǒng)逐漸采用 PLC 的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。 DCS 是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算 機(jī)，通信、顯示和控制等 4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。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(gè) /毫升（直徑小于 微米）以下。六十年代，要求最終泄漏量為 5 微克 /升（ 5ppb）；七十年代中期已提高至 lppb；進(jìn)入八十年代后，這個(gè)目標(biāo)已向 邁進(jìn)。超純水定義以及它所要求水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，正是伴隨著電子等工業(yè)用水的要求而出現(xiàn)的。 研究?jī)?nèi)容為超純水處理的電氣和 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)， 結(jié)合本系統(tǒng)需求，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 本課題來(lái)源于該公司生產(chǎn)能力為 250m3/h 超純水處理系統(tǒng)。第一階段計(jì)劃月產(chǎn)2 萬(wàn)片晶圓，第二階段再擴(kuò)增至月產(chǎn) 4萬(wàn)片，最后預(yù)計(jì)規(guī)模倍增至 6 萬(wàn)片。 課題來(lái)源及其研究?jī)?nèi)容 某晶圓廠項(xiàng)目月產(chǎn)六萬(wàn)片八吋 微米至 微米晶圓，主要產(chǎn)品包括 DRAM、LCD 驅(qū)動(dòng) IC、 F