基于PLC的純水處理系統(tǒng)

1、 基于PLC的純水處理系統(tǒng)學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 摘 要本文初步闡述了超純水生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀、發(fā)展情況和本項(xiàng)目基本情況；重點(diǎn)闡述了超純水處理PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。純水處理部分包括前處理、制備、拋光及回收系統(tǒng)四個(gè)部分。在本控制系統(tǒng)中的，我對(duì)分布式輸入/輸出接口，CPU選型和冗余系統(tǒng)選擇進(jìn)行設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)選擇了ET200M分布式I/O，它能實(shí)現(xiàn)分布廣的系統(tǒng)連接，能非常嚴(yán)酷的環(huán)境下使用；機(jī)架選擇UR2-H型，該機(jī)架用于在一個(gè)機(jī)架上配置完整的S7-400冗余系統(tǒng)；S7-417-4H的CPU功能強(qiáng)大，系統(tǒng)連接和冗余連接方便。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，為簡(jiǎn)要說(shuō)明，對(duì)PLC常用組態(tài)軟件的介紹

2、，本文為西門子公司的STEP 7；文中涉及STEP 7的應(yīng)用范圍，軟件組態(tài)設(shè)計(jì)中所需要的設(shè)置的介紹。關(guān)鍵詞：超純水，PLC，西門子，控制系統(tǒng)ABSTRACTIn this paper, the initial production process of ultra-pure water the status quo, development and the basic situation of the project; Ultrapure water treatment focuses on the design of automatic control system PLC.ultra-pu

3、re water includes pre-processing, preparation, polishing and recycling system in four parts. In this control system, I have distributed input / output interface, CPU selection and selection of redundant system design, the system chosen ET200M Distributed I / O, it can achieve wide distribution syste

4、m, to a very harsh the use of the environment; UR2-H rack-type choice, the rack used in a rack configuration complete redundancy of the S7-400 system; S7-417-4H powerful the CPU, system connectivity and redundant connections to facilitate .Part of the software system design, for a brief description

5、of the PLC configuration software commonly used to introduce in this paper for the Siemens STEP 7; text relating to the scope of application of STEP 7, the design of the software configuration settings required for introduction.Keywords：Ultra-pure water, PLC, Siemens, control systemI目 錄摘 要IABST

6、RACTII第1章 引言11.1 背景11.2課題來(lái)源及其研究?jī)?nèi)容21.3國(guó)內(nèi)外超純水處理現(xiàn)狀3第2章 超純水及處理系統(tǒng)流程42.1超純水定義42.2超純水功能42.3超純水制造流程42.4系統(tǒng)電氣器件72.4.1本系統(tǒng)涉及用電設(shè)備72.4.2 西門子MM430變頻器82.5系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件92.5.1 PLC基本概念112.5.2 現(xiàn)場(chǎng)總線152.5.3 SIMATIC ET 200分布式I/O19第3章 PLC控制設(shè)計(jì)213.1系統(tǒng)概述213.2 超純水處理系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)213.3系統(tǒng)控制硬件設(shè)計(jì)223.3.1硬件設(shè)計(jì)依據(jù)223.3.2 CPU及I/O模塊選型依據(jù)223.4

7、 系統(tǒng)I/O數(shù)目293.5 硬件系統(tǒng)配置343.6 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)353.6.1基本控制架構(gòu)概述353.6.2 冗余系統(tǒng)373.6.3 工業(yè)以太網(wǎng)39第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)414.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述414.1.1軟件需求分析414.1.2軟件設(shè)計(jì)424.2 STEP 7434.2.1 STEP7 概述434.2.2 STEP7硬件組態(tài)與參數(shù)設(shè)計(jì)444.3上位機(jī)軟件45第5章 結(jié)論與展望465.1結(jié)論465.2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）第1章 引言1.1 背景晶圓廠即超大規(guī)模集成電路廠。晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅芯片,由于其形狀為圓形,故稱為晶圓。在硅

8、芯片上可加工制作成各種電路組件結(jié)構(gòu),而成為有特定電性功能的IC產(chǎn)品1。晶圓及芯片制造業(yè)是一個(gè)高度技術(shù)密集、資金密集的產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)對(duì)環(huán)境要求非常嚴(yán)格，例如對(duì)電力、水源、燃?xì)獾墓?yīng)，不僅有很高的質(zhì)量要求，還須采用雙回路，甚至三回路，從而保證在任何時(shí)候都能充足、及時(shí)供給。另外對(duì)空氣環(huán)境、地表微震動(dòng)、廠址地質(zhì)條件也都有嚴(yán)格要求。至于其廠區(qū)內(nèi)部，由于工藝條件所決定，許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無(wú)塵廠房?jī)?nèi)完成，室內(nèi)環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)均須自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證隨時(shí)處于最佳狀況，因此，不僅廠房造價(jià)相當(dāng)高，生產(chǎn)、控制設(shè)備也異常先進(jìn)、昂貴，動(dòng)輒數(shù)千萬(wàn)元一臺(tái)。因此，一般興建一個(gè)兩線(即有兩條生產(chǎn)線)晶圓廠需投資人民幣十

9、幾億至數(shù)十億元，其占地面積也有十幾萬(wàn)平方米，員工可達(dá)數(shù)千人。另外，要保證其正常生產(chǎn)還需要有很多相關(guān)的原材料和配套產(chǎn)品生產(chǎn)廠。芯片的制造過(guò)程可大致分為晶圓處理工序（Wafer Fabrication）、晶圓針測(cè)工序（Wafer Probe）、構(gòu)裝工序（Packaging）、測(cè)試工序（Initial Test and Final Test）等幾個(gè)步驟2。其中晶圓處理工序和晶圓針測(cè)工序?yàn)榍岸危‵ront End）工序，而構(gòu)裝工序、測(cè)試工序?yàn)楹蠖危˙ack End）工序。（1）晶圓處理工序：本工序的主要工作是在晶圓上制作電路及電子組件（如晶體管、電容、邏輯開(kāi)關(guān)等），其處理程序通常與產(chǎn)品種類和所使用的技

10、術(shù)有關(guān)，但一般基本步驟是先將晶圓適當(dāng)清洗，再在其表面進(jìn)行氧化及化學(xué)氣相沉積，然后進(jìn)行涂膜、曝光、顯影、蝕刻、離子植入、金屬濺鍍等反復(fù)步驟，最終在晶圓上完成數(shù)層電路及組件加工與制作。（2）晶圓針測(cè)工序：經(jīng)過(guò)上道工序后，晶圓上就形成了一個(gè)個(gè)的小格，即晶粒，一般情況下，為便于測(cè)試，提高效率，同一片晶圓上制作同一品種、規(guī)格的產(chǎn)品；但也可根據(jù)需要制作幾種不同品種、規(guī)格的產(chǎn)品。在用針測(cè)（Probe）儀對(duì)每個(gè)晶粒檢測(cè)其電氣特性，并將不合格的晶粒標(biāo)上記號(hào)后，將晶圓切開(kāi)，分割成一顆顆單獨(dú)的晶粒，再按其電氣特性分類，裝入不同的托盤中，不合格的晶粒則舍棄。（3）構(gòu)裝工序：就是將單個(gè)的晶粒固定在塑膠或陶瓷制的芯片基座

11、上，并把晶粒上蝕刻出的一些引接線端與基座底部伸出的插腳連接，以作為與外界電路板連接之用，最后蓋上塑膠蓋板，用膠水封死。其目的是用以保護(hù)晶粒避免受到機(jī)械刮傷或高溫破壞。到此才算制成了一塊集成電路芯片（即我們?cè)陔娔X里可以看到的那些黑色或褐色，兩邊或四邊帶有許多插腳或引線的矩形小塊）。 （4）測(cè)試工序：芯片制造的最后一道工序?yàn)闇y(cè)試，其又可分為一般測(cè)試和特殊測(cè)試，前者是將封裝后的芯片置于各種環(huán)境下測(cè)試其電氣特性，如消耗功率、運(yùn)行速度、耐壓度等。經(jīng)測(cè)試后的芯片，依其電氣特性劃分為不同等級(jí)。而特殊測(cè)試則是根據(jù)客戶特殊需求的技術(shù)參數(shù)，從相近參數(shù)規(guī)格、品種中拿出部分芯片，做有針對(duì)性的專門測(cè)試，看是否能滿足客戶

12、的特殊需求，以決定是否須為客戶設(shè)計(jì)專用芯片。經(jīng)一般測(cè)試合格的產(chǎn)品貼上規(guī)格、型號(hào)及出廠日期等標(biāo)識(shí)的標(biāo)簽并加以包裝后即可出廠。而未通過(guò)測(cè)試的芯片則視其達(dá)到的參數(shù)情況定做降級(jí)品或廢品。對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，品質(zhì)的提升，除了追求相關(guān)制造技術(shù)的精益求精之外，相關(guān)的配合系統(tǒng)技術(shù)及供應(yīng)品質(zhì)良好與否同樣占有相當(dāng)重要的地位，而超純水就是其中之一。在制程中，為除去附著于芯片或玻璃上殘余酸堿、有機(jī)物及其它外來(lái)雜質(zhì)或離子，須依賴超純水來(lái)洗凈處理，一套完整且具有高品質(zhì)、高安全的純水處理系統(tǒng)是相當(dāng)重要且直接影響了產(chǎn)品良率，制造成本2。在芯片制造過(guò)程中的光刻、擴(kuò)散、CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)、金屬化、CVD(化學(xué)氣相沉淀)、腐蝕、離

13、子注入等工序需要用到高純水。水質(zhì)合格與否，將直接影響到產(chǎn)品的品質(zhì)。為了保證制程能用到連續(xù)合格的高純水，提高制備系統(tǒng)的自動(dòng)化控制程度，最大地降低人為干擾因素顯得尤其重要。我們探討晶圓廠超純水處理的電氣和PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)并應(yīng)用到實(shí)際中，基本上實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)控制，減少了人為干擾因素，利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低了系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。1.2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0.18微米至0.25微米晶圓，主要產(chǎn)品包括DRAM、LCD驅(qū)動(dòng)IC、Flash和CMOS影像傳感器等。該廠初期將以0.18微米制程生產(chǎn)功率IC及低階影像感測(cè)組件。第一階段計(jì)劃月產(chǎn)2萬(wàn)片晶圓，第二階段

14、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?？紤]到產(chǎn)品升級(jí)，該生產(chǎn)線能快速轉(zhuǎn)到0.13微米制程。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)。本系統(tǒng)是為了滿足該公司晶圓180nm生產(chǎn)工藝之光刻、擴(kuò)散、CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)、金屬化、CVD(化學(xué)氣相沉淀)、腐蝕、離子注入等工序用水需要。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)。1.3國(guó)內(nèi)外超純水處理現(xiàn)狀大多數(shù)現(xiàn)代工業(yè)對(duì)工業(yè)用水水質(zhì)都有其特殊要求，特別在原子能發(fā)電、制藥、電子等工業(yè)，對(duì)水質(zhì)純度的要求幾乎接近理論值。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。隨著要求的提

15、高（特別是在制備大規(guī)模集成電路興起之后），超純水的定義也發(fā)生了迅速的變化。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0.1ppb邁進(jìn)。由于選擇性透過(guò)分離膜（反滲透膜、超濾膜等等）的開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用，使得這一目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。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0.1微米）以下。DCS（Distributed Control System）分散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱之為集散控制系統(tǒng)3。DCS是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)

16、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。在超純水處理控制系統(tǒng)的第七、八十年代，主要采用DCS。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)。目前，國(guó)外對(duì)于超純水工藝的研究要比國(guó)內(nèi)先進(jìn)，主要是膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用。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)(GB6682-92)，從此，我國(guó)的超純水處理進(jìn)入了快速發(fā)展軌道。隨著PLC的發(fā)展，超純水處理控制系統(tǒng)逐漸從DCS過(guò)渡到現(xiàn)場(chǎng)總線。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。45四川

17、理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 超純水及處理系統(tǒng)流程2.1超純水定義超純水(Ultra Pure Water,UPW)是美國(guó)科技界為了研制超純材料(半導(dǎo)體原件材料、納米精細(xì)陶瓷材料等)應(yīng)用蒸餾、去離子化、反滲透技術(shù)或其它適當(dāng)?shù)某R界精細(xì)技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的水，這種水中除了水分子(H20)外，幾乎沒(méi)有什么雜質(zhì)，更沒(méi)有細(xì)菌、病毒、含氯二惡英等有機(jī)物，當(dāng)然也沒(méi)有人體所需的礦物質(zhì)微量元素，超純水無(wú)硬度，口感較甜，又常稱為軟水，可直接飲用，也可煮沸飲用。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。25時(shí)，電阻率為10M-cm以上，通常接近18M-cm，必須

18、經(jīng)膜過(guò)濾與混合床等終端精處理。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。2.2超純水功能在高科技產(chǎn)業(yè)上，超純水用于制程階段的濕制程(Wet Process)上，由于在濕制程處理過(guò)程所使用水質(zhì)關(guān)系到產(chǎn)品品質(zhì)，利用超純水去除雜質(zhì)及防止在芯片或玻璃上形成氧化膜，故水質(zhì)不良，非但不能去除不必要雜質(zhì)，且會(huì)造成產(chǎn)品污染而影響品質(zhì)?？偟膩?lái)說(shuō)，超純水在高科技產(chǎn)業(yè)的功能如下：去除沉積物；防止金屬離子污染；防止有機(jī)物污染；防止氧化物污染；增加產(chǎn)品表面整齊；增加產(chǎn)品表面平滑；去除產(chǎn)品表面微塵粒子及附著物。2.3超純水制造流程超純水處理系統(tǒng)工藝流程分為四部分，前處

19、理(Pretreatment)、制備(Make Up)、拋光(Polish)及回收系統(tǒng)(Reclaim System)5，分別如圖2-1，2-2，2-3和2-4所示?，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，RO)為系統(tǒng)前處理。根據(jù)水質(zhì)做化學(xué)凝聚、沉降及過(guò)濾，陰陽(yáng)離子交換，紫外燈殺菌和逆滲透膜除鹽，以除去大部分可溶離子、有機(jī)物、溶解的二氧化碳及細(xì)菌。(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。(3)拋光：結(jié)合紫外燈裂解有機(jī)物，最后經(jīng)不再生型拋光混床(Polish M

20、ixed Bed，PMB)和超濾(Ultra Filter，UF)，以除去死菌及微粒子，從而得到超純水給使用點(diǎn)(Point Of Use，POU)。(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。為了保證水質(zhì)，對(duì)超濾出口到使用點(diǎn)將配置輸送管路和回收管路，構(gòu)成一供應(yīng)系統(tǒng)而 循環(huán)使用。 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

21、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，HP-PVDF)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)。圖2-1 超純水前處理流程圖 圖2-2 超純水制備流程圖圖2-3 超純水拋光流程圖 圖2-4 回收流程圖2.4系統(tǒng)電氣器件2.4.1本系統(tǒng)涉及用電設(shè)備主要分為以下幾類：（1）各種泵，例如離心泵、隔膜泵、真空泵；（2）不同波長(zhǎng)紫外燈，即254nm和185nm紫外燈

22、；（3）西門子變頻器MMX430；（4）各種分析儀表，如流量計(jì)、差壓計(jì)、導(dǎo)電度計(jì)、液位計(jì)(Level Gauge)、硼離子分析儀（Boron Analyzer）、微粒分析儀(Particle Analyzer)、總有機(jī)碳(Total Oxygen Carbon, TOC)分析儀、二氧化硅分析儀(Silicon Dioxide Analyzer)、溶氧(Dissolve Oxygen, DO)分析儀等；（6）PLC控制柜，分為現(xiàn)地控制單元和中心控制單元；（7）風(fēng)機(jī)，用于反洗和除溶解的二氧化碳；（8）電加熱器。主要用于NaOH加熱，防止其在冬天結(jié)晶。2.4.2 西門子MM430變頻器變頻器是利用電

23、力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。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)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。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(Pulse-Width 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。MicroMaster MM430如

24、圖2-5，是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計(jì)，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)（BiCo）技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性?？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。一.其主要特征為： 380V-480V±10%，三相，交流，7.5kW-250kW； 圖2-5 MM430風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專用； 牢固的EMC（電磁兼容性）設(shè)計(jì)； 控制信號(hào)的快速響應(yīng)；二.控制功能：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；內(nèi)置PID控制器； 快速電流限

25、制，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘； 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)；具有15個(gè)固定頻率，4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程；采用BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接；集成RS485通訊接口，可選PROFIBUS-DP通訊模塊； 靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器，可選平滑功能；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： 多泵切換，旁路功能，手動(dòng)/自動(dòng)切換，斷帶及缺水檢測(cè)。三.保護(hù)功能：過(guò)載能力為140額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間3秒和110額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間60秒;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)。2.

26、5系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件要想組成PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，必須有兩個(gè)條件。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。主站的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件，用來(lái)將各個(gè)站組成網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和站的參數(shù)，并將已設(shè)置好的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)傳送給主站。GSD文件稱為設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)文件。對(duì)一種設(shè)備類型的特征GSD文件以一種準(zhǔn)確定義的格式給出其全面而明確的描述。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。在組態(tài)階段，系統(tǒng)自動(dòng)地對(duì)輸入與整個(gè)系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)的輸入誤差和前后一

27、致性進(jìn)行檢查核對(duì)。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。這樣在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具 里就有了你所須的從站的選項(xiàng)。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)。超純水處理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-6所示。系統(tǒng)選用西門子公司MM-430變頻器，以S7 417-4H PLC為控制中心， PLC通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線與變頻器構(gòu)成DCS控制系統(tǒng)。PLC與上位機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏、變頻器實(shí)行PROFIBUS高速通訊。SIEMENS S7 PLC提供一個(gè)MPI（多點(diǎn)

28、通信）接口和一個(gè)RS 485串行通信接口。MPI主要用于西門子內(nèi)部通信設(shè)備的連接，與另外的PLC聯(lián)網(wǎng)。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)。在本系統(tǒng)采用的是Profibus DP協(xié)議，模塊型DP從站，電氣網(wǎng)絡(luò)使用帶屏蔽層的雙絞線電纜。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。在PROFIBUS中，節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線端子或總線連接器連接到總線(每個(gè)網(wǎng)段至多32個(gè)節(jié)點(diǎn))，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)的最大數(shù)目限制在127個(gè)（其中0號(hào)站用于編程設(shè)備，1號(hào)站用于HMI）。單獨(dú)的網(wǎng)通過(guò)RS485中繼器連接到一起。傳輸速率可以逐級(jí)從9.6 kbit/s調(diào)整到1.5 Mbit/s。對(duì)于實(shí)

29、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：3、6和12 Mbit/s。最大網(wǎng)段長(zhǎng)度取決于傳輸速率。電氣網(wǎng)絡(luò)組態(tài)為樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2-6 系統(tǒng)框圖為了保證PROFIBUS的正?？煽康墓ぷ?，在總線的兩端應(yīng)安裝終端電阻（阻值為220），終端電阻分為有源終端電阻和無(wú)源終端電阻，對(duì)于無(wú)源終端電阻所連接的站必須始終通電，這樣才能保證PROFIBUS工作正常。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

30、中繼器。中繼器是一個(gè)有源的網(wǎng)絡(luò)元件，本身在網(wǎng)絡(luò)中也算做一個(gè)站點(diǎn)。RS485中繼器還可使網(wǎng)段之間相互實(shí)現(xiàn)電氣隔離。超純水系統(tǒng)下位控制中心為西門子S7-400 PLC，在PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線上S7-400 PLC是主站，選用CPU417-4H，有強(qiáng)大的通訊功能，自身帶有一個(gè)PROFIBUS-DP接口，可與變頻器及操作現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏采用PROFIBUS-DP總線實(shí)現(xiàn)高速通訊，完成整個(gè)系統(tǒng)的壓力、頻率、流量、導(dǎo)電度控制等功能。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。同時(shí)PLC將各分部運(yùn)行參數(shù)送往上位機(jī)，以便及時(shí)了解生產(chǎn)狀況。 整個(gè)系統(tǒng)采用P

31、ROFIBUS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。只靠一條通訊電纜傳輸。系統(tǒng)中不在有整束的電纜，也省去了成千上萬(wàn)個(gè)線路接點(diǎn)，大大提高系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了控制電纜。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了從操作到控制的全數(shù)字化，徹底杜絕了現(xiàn)場(chǎng)干擾對(duì)控制系統(tǒng)運(yùn)行的影響。2.5.1 PLC基本概念1.PLC簡(jiǎn)介英文稱Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC。它是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)6。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。可

32、編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC它又可分為一體式PLC和模塊式PLC。一體式PLC系統(tǒng)框圖如圖2-77；模塊式PLC組要由機(jī)架、CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信模塊、電源模塊和 編程設(shè)備組成。如圖2-8；圖2-9為邏輯結(jié)構(gòu)圖。 圖2-7 一體式PLC框圖個(gè)模塊安裝在機(jī)架上。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。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連

33、接。PLC分為整體式和模塊式兩種。下面就模塊式PLC各個(gè)部分介紹。 圖2-8模塊式PLC框圖 圖2-9 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。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊不斷的采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。.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)模塊。它聯(lián)系著外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU。 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)

34、、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)。 開(kāi)關(guān)量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來(lái)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。CPU模塊內(nèi)部工作電壓一般事5V。而PLC的輸入/輸出信號(hào)電壓一般較高，因此從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能毀壞CPU模塊，或使PLC不能正常工作 。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。信號(hào)模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。.功能模塊為了增強(qiáng)PLC的功能

35、，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)。.接口模塊CPU所在機(jī)架稱為中心機(jī)架，如果一個(gè)機(jī)架不能容納所有模塊，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)機(jī)架。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。.通信模塊通信模塊用于PLC之間，PLC與遠(yuǎn)程I/O之間，PLC與計(jì)算機(jī)之間和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將PLC接入MPI、Prefibus、AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等。.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

36、用。2.S7-400S7-400式具有中高檔性能的PLC，采用模塊化五風(fēng)扇設(shè)計(jì)，適用于可靠性極高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。S7-400采用大模塊結(jié)構(gòu)，大多數(shù)模塊的尺寸為25mmx290mmx210mm。S7-400由機(jī)架、電源模塊、中央處理單元、數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、通信處理器、功能模塊和接口模塊組成。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。S7-400 的模塊插在焊接在機(jī)架中的總線連接板上，模塊插在模塊插座上，有不同插槽數(shù)的機(jī)架供選擇，如果一個(gè)機(jī)架不能容納所有模塊，可以增設(shè)數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，個(gè)機(jī)架之間用接口模塊和通信電纜交換信息。3.S7-4

37、00的特點(diǎn)S7-400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)。其主要特點(diǎn)為：運(yùn)行速度高，416執(zhí)行一條二進(jìn)制指令只要0.08。存儲(chǔ)容量大，417-4的 RAM可以擴(kuò)展到16M，裝載存儲(chǔ)器(FEPROM/RAM)可以擴(kuò)展到64M；I/O擴(kuò)展功能強(qiáng)，可以擴(kuò)展21個(gè)機(jī)架，S7-417-4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)；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)。大多數(shù)CPU集成有PREFIBUS主站接口，可以用來(lái)建立高速分布系統(tǒng)，使操作大大簡(jiǎn)化。通過(guò)鑰匙開(kāi)關(guān)和口令

38、實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)；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)。集成的 HMI（人機(jī)接口）服務(wù)，用戶只需要為HMI服務(wù)定義源和目的的地址，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的傳送信息。4.S7-400機(jī)架S7-400的模塊是通過(guò)機(jī)架上的總線連接起來(lái)的。機(jī)架上的P總線（I/O總線）用于I/O信號(hào)的高速交換和對(duì)信號(hào)模塊的高速訪問(wèn)。UR2-H機(jī)架用于在一個(gè)機(jī)架上配置完整的S7-400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S7-400CPU，每個(gè)均有自己的I/O。UR2-H需要兩個(gè)電源模塊和兩個(gè)冗余CPU。5.S7-400的通信功能S7-400有很強(qiáng)的通信功能，CPU模塊集成有MPI和DP通信接口，有Prefib

39、us-DP和LAN通信的模塊，以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模塊。通過(guò)Prefibus-DP或AS-i現(xiàn)場(chǎng)總線，可以周期性的交換I/O模塊數(shù)據(jù)（過(guò)程映像數(shù)據(jù)交換）。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)。數(shù)據(jù)通信可以周期性地進(jìn)行或者基于事件驅(qū)動(dòng)，由用戶程序塊調(diào)用。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?？商峁┑耐ㄐ欧?wù)有：使用MPI的標(biāo)準(zhǔn)S7通信；使用MPI、C總線、Prefibus-DP和LAN的S7通信，S7-300只能作為服務(wù)器。6.S7-417-4H/F/FHS7-417-H是S7-400H容錯(cuò)式自動(dòng)控制系統(tǒng)和S7-400F/FH安全型自動(dòng)控制系

40、統(tǒng)CPU，可以編譯和運(yùn)行F用戶程序。它們帶有兩個(gè)用于安裝同步模塊的插槽。S7-417-4H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)Prefibus-DP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。第一個(gè)通信接口的MPI連接數(shù)為44個(gè)，沒(méi)有全局?jǐn)?shù)據(jù)通信和S7全局通信功能。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。集成的MPI的最大通信速率為187.5kbit/s,最多32個(gè)站，可以建立64個(gè)連接。診斷緩沖區(qū)可以保存120個(gè)故障和中斷時(shí)間7。2.5.2 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control Syst

41、em, FCS)7用數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，以提高系統(tǒng)的可靠性、精確度和抗干擾能力，并延長(zhǎng)信息傳輸?shù)木嚯x。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)。它是一種新型的網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，把掛接在總線上相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、綜合自動(dòng)化等多項(xiàng)功能。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)。現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線使自控設(shè)備與系統(tǒng)步

42、入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列，為其應(yīng)用開(kāi)拓了更為廣闊的領(lǐng)域；一對(duì)雙絞線上可掛接多個(gè)控制設(shè)備， 便于節(jié)省安裝費(fèi)用；節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷；提高了系統(tǒng)的可靠性；為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)等優(yōu)點(diǎn)。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。1 .Prefibus總線PROFIBUS是Process Fieldbus的縮寫(xiě)，是由德國(guó)西門子公司提出的一種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已成為了一種國(guó)際性的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn), 即EN50-170歐洲標(biāo)準(zhǔn)，它具有先進(jìn)的技術(shù)和非凡的可靠性，應(yīng)用范圍非常廣泛。Pro

43、fibus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。PROFIBUS由三部分組成，PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范)、PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery，分散型外圍設(shè)備)、PROFIBUS-PA(Process Automation，過(guò)程自動(dòng)化)。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)。通信協(xié)議按照應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了優(yōu)化，故幾乎不需要復(fù)雜的接口即可實(shí)現(xiàn)。參照ISOOSI參考模型，PRO

44、FIBUS只包含第l，2,和7層。PROFIBUS協(xié)議層或子層說(shuō)明如下：（1)PROFIBUS第1層。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。PROFIBUS通過(guò)采用差分電壓輸出的RS485實(shí)現(xiàn)電流連接。在線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下采用雙絞線電纜。樹(shù)型結(jié)構(gòu)還可能用到中繼器。（2)PROFIBUS第2層。第2層MAC：第2層的介質(zhì)存取控制(MAC)子層描述了連接到傳輸介質(zhì)的總線存取方法。PROFIBUS采用一種混合訪問(wèn)方法。由于不能使所有設(shè)備在同一時(shí)刻傳輸，所以在PROFIBUS主設(shè)備(masters)之間用令牌的方法。為使PROFIBUS從設(shè)備(slave)之間也能傳遞信息，從設(shè)備由

45、主設(shè)備循環(huán)查詢。PR0fIBUS第2層FlC：第2層的現(xiàn)場(chǎng)總線鏈路控制(FLC)子層規(guī)定了對(duì)低層接口(LLl)有效的第2層服務(wù)，提供服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(SAP)的管理和與LLI相關(guān)的緩沖器。PROFIBUS 第2層FMAl2：第2層的現(xiàn)場(chǎng)總線管理(FMAl2)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。FLC和LLI之間的 SAPs可以通過(guò)FMAl2激活或撤消。此外，第1層和第2層可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤事件會(huì)被傳遞到更高層(FMA7)。（3)PROFIBUS第36層。第36層在PROFIBUS中沒(méi)有具體應(yīng)用，但是這些層要求的任何重要功能都已經(jīng)集成在“低層接口”(LLI)中。例如，包括連接

46、監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān)控。（4）PROFIBUS第7層。PROFIBUS第7層LLI：低層接口(LLI)將現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范(FMS)的服務(wù)映射到第2層(FLC)的服務(wù)。除了上面 已經(jīng)提到的監(jiān)控連接或數(shù)據(jù)傳輸，LLI還檢查在建立連接期間用于描述一個(gè)邏輯連接通道的所有重要參數(shù)?？梢栽贚LI中選擇不同的連接類型，主主連接或主從連接。數(shù)據(jù)交換既可是循環(huán)的也可是非循環(huán)的。PROFIBUS第7層FMS：第7層的現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范(FMS)子層將用于通信管理的應(yīng)用服務(wù)和用于用戶的用戶數(shù)據(jù)(變量、域、程序、事件通告)分組。借助于此，才可能訪問(wèn)一個(gè)應(yīng)用過(guò)程的通信對(duì)象。FMS主要用于協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)的編碼和譯碼。

47、PROFIBUS第7層fMA7：與第2層類似，第7層也有現(xiàn)場(chǎng)總線管理(FMA7)。FMA7保證FMS和LLI子層的參數(shù)化以及總線參數(shù)向第2層(FMAl2)的傳遞。在某些應(yīng)用過(guò)程中，還可以通過(guò)FMA7把各個(gè)子層的事件和錯(cuò)誤顯示給用戶。（5）PROFIBUS ALI。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(guò)程的接口。ALI的目的是將過(guò)程對(duì)象轉(zhuǎn)換為通信對(duì)象。轉(zhuǎn)換的原因是每個(gè)過(guò)程對(duì)象都是由它在所謂的對(duì)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。2.Profibus DPPROFIBUS DP18是主站和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(DP從站)之間過(guò)程輸入和過(guò)程輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)

48、化接口。DP主站和DP從站之間周期性地交換少量數(shù)據(jù)。PROFIBUS DP是與標(biāo)準(zhǔn)EN 50170 Vol. 2 PROFIBUS一致的串行總線。因此這種PROFIBUS協(xié)議(已經(jīng)為快速數(shù)據(jù)交換進(jìn)行了優(yōu)化)特別適用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)和分布式I/O設(shè)備之間的通信。Profibus-DP19使用物理層，數(shù)據(jù)鏈接層和用戶接口，用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送。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?？偩€循環(huán)時(shí)間必須要比主站程序循環(huán)時(shí)間短。此外，PROFIBUS DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)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。Profibus-DP基本功能和

49、特性如下:(1) 遠(yuǎn)程高速通信支持9.6Kbps到12Mbps的傳輸速率；12Mbps時(shí)最大傳輸距離為100m，1.5Mbps時(shí)為200m，另外還可以用中繼器延長(zhǎng)；(2) 分布式結(jié)構(gòu)各主站間令牌傳遞，主站與從站為主從傳送；每段可有32個(gè)站，用連接線可擴(kuò)展到126個(gè)站；(3) 易于安裝，開(kāi)放式的通訊網(wǎng)絡(luò)；(4) 可靠性高，具備自診斷功能。Profibus-DP主站分為一類主站和二類主站。一類主站完成總線通信控制與管理，完成周期性數(shù)據(jù)訪問(wèn)，包括PLC、PC或可做一類主站的控制器。二類主站完成非周期性數(shù)據(jù)訪問(wèn)，如數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、系統(tǒng)配置、故障診斷等，包括操作員工作站(如PC機(jī)加圖形監(jiān)控軟件)、編程器、HM

50、I（人機(jī)界面）等。PROFIBUS- DP從站主要進(jìn)行輸入、輸出信號(hào)采集和發(fā)送，包括PLC或其他控制器、分散式I/O、智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等。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)。 西門子數(shù)字式ET200B系列(B代表Block I/O)是該類DP從站的一個(gè)實(shí)例。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。模塊化DP從站：對(duì)于模塊化DP從站，其輸入和輸出區(qū)域的結(jié)構(gòu)多種多樣，并且可以在組態(tài)中定義。西門子ET200M是該類DP從站的典型實(shí)例?？梢栽贓T200M的接口模塊(IM153)上連接多達(dá)8塊I/O模塊(S7-300系列模塊)。智能DP從站(I-

51、DP從站)：能預(yù)處理信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備被稱為“智能從站”。在硬件配置期間就定義了其輸入和輸出區(qū)域的結(jié)構(gòu)。智能從站的一個(gè)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。3.Profibus FMSPROFIBUS FMS(現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范)20提供了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)(FMS協(xié)議)的傳輸服務(wù)。FMS服務(wù)可以看作是ISO參考模型第七層的一部分。允許在PROFIBUS上與不同公司的設(shè)備進(jìn)行開(kāi)放通信。在FMS所提供的服務(wù)當(dāng)中，通過(guò)FMS連接，可以完成FMS協(xié)議的讀取、寫(xiě)入和信息發(fā)布服務(wù)。數(shù)據(jù)接收由通信伙伴通過(guò)用戶確認(rèn)的方式進(jìn)行確定，即

52、遠(yuǎn)程通信伙伴上的應(yīng)用程序已正確地接收到數(shù)據(jù)。只能在PROFIBUS子網(wǎng)上進(jìn)行使用FMS服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。FMS服務(wù)的自動(dòng)重發(fā)和附加校驗(yàn)機(jī)制(第2層上各個(gè)字符的奇偶位及校驗(yàn)位)保證了非常高的數(shù)據(jù)完整。4. Profibus PAPROFIBUS-PA是為過(guò)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(chǎng)總線電纜(也可以用于危險(xiǎn)區(qū)域)。PROFIBUS- PA在數(shù)據(jù)傳輸中使用了擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議。另外，還使用定義了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備響應(yīng)特性的PA配置文件。符合IEC 61158-2 (同步傳輸方法)的傳輸方法還保證了本質(zhì)安全，以及通過(guò)總線給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。通過(guò)使用網(wǎng)段耦合器，PROFIB

53、US-PA設(shè)備可以輕松地集成到 PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)中。PROFIBUS PA可以用于實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的線型、樹(shù)型和星型總線結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。在單一總線段上運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)數(shù)目依賴于所用的電源、總線節(jié)點(diǎn)的能耗、總線電纜和總線系統(tǒng)的擴(kuò)展。本質(zhì)安全系統(tǒng)中的PROFIBUS-PA總線段可以連接多達(dá)10個(gè)節(jié)點(diǎn)；非本質(zhì)安全系統(tǒng)可以處理多達(dá)32個(gè)站點(diǎn)。此協(xié)議所使用的傳輸率是31.25 kbits/s。要增加系統(tǒng)的可靠性，可以使用冗余總線段。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。5Prefibus總線完成的功能系統(tǒng)中的控制器、檢測(cè)裝置、執(zhí)行器、顯示監(jiān)控等設(shè)備的連接，

54、把不同功能的設(shè)備有機(jī)的連接起來(lái)，圓滿完成生產(chǎn)。實(shí)時(shí)傳送現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到得數(shù)字/模擬信號(hào)到PLC，再把經(jīng)過(guò)PLC處理后的控制信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器。 將PLC的運(yùn)行狀態(tài)信息、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息送到顯示設(shè)備，實(shí)時(shí)的 顯示狀態(tài)信息。2.5.3 SIMATIC ET 200分布式I/O 1ET200的特點(diǎn)ET200M分布式I/O是基于PREFIBUS-DP總線的分布式I/O，可以經(jīng)過(guò)認(rèn)證的非西門子公司生產(chǎn)的PREFIBUS-DP主站協(xié)同運(yùn)行。ET200M體積小，能在非常嚴(yán)酷的環(huán)境下使用。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。ET200M集成的空能包括：.電機(jī)

55、啟動(dòng)器集成的電機(jī)啟動(dòng)器用于異步電動(dòng)機(jī)的單向或可逆啟動(dòng)，可以直接控制7.5KW以下的電動(dòng)機(jī)，節(jié)省了動(dòng)力電纜，饋電電纜最大電流為40A一個(gè)站可以帶6個(gè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器。.啟動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)呐渲?，ET200M能用于閥門控制。ET200X很容易安裝上這種閥門，直接由PREFIBUS總線控制。.變頻器ET200X用于電氣傳動(dòng)工程的模塊提供變頻器的所有功能。.安全技術(shù) ET200可用于冗余設(shè)計(jì)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)或安全自動(dòng)化系統(tǒng)中使用。集成的安全技術(shù)顯著的減低了接線費(fèi)用。安全技術(shù)包括緊急斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，安全門的監(jiān)控以及眾多與安全有關(guān)的電路。.功能模塊 用于ET200M的附加模塊，如計(jì)數(shù)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或者定位模塊。以模塊化

56、得方法擴(kuò)展分布式I/O功能。ET200M主要有：ET200S、ET200M、ET200IS、ET200X、ET200ECO、ET200L.2SIMATIC ET 200MET200M（圖2-10）采用模塊化設(shè)計(jì)，方便安裝于控制柜。與SIMATIC S7-300 I/O模塊及功能模塊兼容 ， 安全性高 ， “熱插拔”功能， 適合過(guò)程控制中危險(xiǎn)區(qū)域使用等特殊模擬量模塊 。ET200M由以下部分組成：.IM153接口,用于與PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的連接.各種I/O模塊,用總線連接器連接或插入在有源總線模塊內(nèi),系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可更換模塊 .電源(如有必要) .S7-300自動(dòng)化單元的所有I/O模塊,都可應(yīng)用(功能和通信模塊只用于SIMATIC S7/M7主設(shè)備) .HART模塊 ET200M特點(diǎn)：.最多可擴(kuò)展8個(gè)I/O模塊 .每個(gè)ET200M的最大地址區(qū):128字節(jié)輸入和128字節(jié)輸出.PROFIBUS-DP和ET200M之間的隔離 .保護(hù)等級(jí)IP20 .數(shù)據(jù)傳輸速率最大為12M位/S .診斷數(shù)據(jù)的集中和分布的分析