西门子6ES7517-3UP00-0AB0安装调试

1 引言

随着城市建设的迅速发展，对供水质量的要求也不断的提高。供水系统实现运行、控制和管理综合自动化已势在必行。近年来由于我市地表水原水日趋紧张，且受到不同程度的污染，严重影响城市的经济发展和市民的生活。于是我公司新建一座利用黄河水的侧渗补给开发地下水源的石佛水厂。

在水源地内，46眼井星罗棋布，沿黄河滩连绵十余公里。为了确保供水生产的安全、可靠、连续。针对水厂制水过程的特点和控制系统的功能要求，我们采用罗克韦尔自动化的基于PLC的SCADA系统。（见下图）

2 控制系统的功能和需求

2． 1可靠性、安全性

由于各个井作为水厂的原水，它的控制系统安全性、稳定性直接影响到水厂能否正常向市区供水。因此，我们在系统中的通信设备、一次仪表及控制设备和程序编程等各环节都必须提高可靠性。

2． 2远程监控功能

因井群分布很散，无人职守。为了降低劳动强度，操作人员能够在厂调度室根据供水需要进行远程无线操作控制，同时能够监测到各深水井的运行参数，从而实现集中监控。

2． 3可维护性

在系统软件、应用软件和硬件方面要具有强大的报警和故障自诊断功能，以便工程技术人员对系统故障进行分析和维护。

2． 4可扩展性

系统应采用具有一定标准及应用较广泛的硬件设备，主要是考虑系统发展扩大，为以后系统的连接打好基础。

2． 5以逻辑控制为主

对井群输水泵的控制，一般采用逻辑控制。而逻辑控制是可编程序控制器的传统应用领域，因此这也是目前各水厂控制系统广泛采用PLC的原因。

2． 6开放性

随着计算机技术和网络技术的发展和应用普及，人们越来越需要过程控制系统与管理信息系统交换信息，从而实现管理与控制一体化。尽管各控制系统生产厂家在现场控制器模块级还不能完全开放或通用，但必须要求上位机监控系统具有开放性，例如：监控系统应基于微软公司bbbbbbsNT、2000或9X平台，支持各种规范协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDC等。

2． 7丰富的画面显示功能

在各操作终端显示的画面有工艺流程主画面、工艺流程分画面、高低压供电监控画面、设备操作画面、趋势图、报警画面等。使操作人员通过这些画面可以全面的了解系统运行情况，并方便的对各个井站进行远程操作。

2． 8报表、查询功能

要有历史数据查询功能、报表打印功能。对井群运行参数有完整的历史数据存储，一般要求15分钟存储一次数据，以便查询和相关的统计分析。同时能够打印生产日报表和生产月报表。

2． 9具有故障诊断与报警处理功能

对系统中的特殊运行状态如：上电情况、通讯状态、水泵运行状态、本地/远程状态等，当这些特殊状态位发生变化时，应及时报警。同时要记录这些状态位发生变化时的有关信息。如：故障标签名称、报警信息、故障报警时间和报警确认时间等，并对报警信息进行管理。

3 控制系统的构成

3． 1通讯组网

由于井群有46个井点，它们的地理位置十分分散，地域分布广泛，适合采用无线通信方式。石佛水厂井群监控系统选用新西兰TAIT公司生产的T2000ⅡS数传电台，该电台坚固耐用，接受灵敏度高，抗干扰能力强，数据传输转换时间快的等优点，并且该电台提供标准RS—232接口，可直接与计算机、PLC等数据终端连接，实现透明传输。系统使用的频率224.75MHz，以单频半双工的通讯方式工作，功率5W—10W可调。A-B公司的1747--KE DH--485/RS--232接口模块，是在DH-485通讯网络和采用Allen-Bradley DFl通讯协议的RS-232设备之间提供一座桥梁，当它与调制解调器一起用于SLC500框架中时，于是把SLC500用作一个远程终端站。DFl协议是A-B公司PLC系统广泛支持的通讯协议，包括各系列PLC系统及装有RSLinx通讯软件的计算机持DFl协议，它的通讯速率从110bps到19.2Kbps可组态。通过该协议可以构成基于PLC的SCADA系统。石佛水厂无线通讯SCADA系统采用的是点对点半双工主从通讯模式，PLC作为主站采用DFl半双工主通讯方式，其它井点SLC作为从站采用DFl半双工从通讯方式，主站PLC采用对各从站轮询的方式实现数据交换。

3．2控制系统硬件

石佛水厂监控系统采用两种通讯方式，既DH+网和无线通讯。其中DH+网应用于厂内各PLC控制器及计算机操作站之间的控制层通讯。DH+网采用屏蔽双绞线进行通讯，具有连接方便，通讯距离远的特点，是PLC通讯应用很广的工业网络，在通讯速率为57.6K波特率下，不加中继可达1万英尺（3040米），加中继可达12公里，DH+网可挂接64个控制器。现厂区内有厂调度室、送水泵房、加氯间和双阀滤池四个监测站，各站均采用PLC5/40控制器，主要完成生产数据采集、实时通讯、故障报警等功能。其中厂调度室站的PLC1控制器作为SCADA系统的主站还用于控制和监测各井站的运行状况。

厂调对于井群的远程监控采用无线通讯，它是采用具有SCADA功能的DFl主从通讯协议，PLC1控制器通过其标准RS232口与数传电台相连来实现无线通讯，其通讯速率为1200波特率。每个井点均采用小型可编程控制器SLC5/02，主要完成采集各井运行数据、远程控制、实时通讯、故障报警等功能。

3． 3控制系统监控组态软件的配置及功能

操作系统软件：

操作系统选用bbbbbbs NT Server 4.0中文版。

组态软件：

选用罗克韦尔自动化软件公司开发的组态软件RSView32和连接现场设备的通讯软件RSLinx。运用组态软件，可以方便的构造适应自己需要的数据采集监控系统、编制系统的流程图、数据表格、报警画面、实时数据及历史数据趋势图、控制画面等，在任何需要的时候把现场的信息实时地传送到调度室，并实时地把控制命令发送到现场数据终端，保证信息在整个系统网络中畅通无阻。另外，VBA作为内置编程语言，可以大限度的实现对RSView32项目的扩展和自定义。

编程软件：

选用Visual Basic 6.0，进行管理软件开发。主要完成实时的数据库组态、历史数据库组态，对采集的数据建立数据库，进行存储。以实现历史数据查询，曲线显示，并可生成各种趋势图。以及报表的生成和打印。

4 系统设备的安装和维护

    PLC设备在系统运行中是非常可靠的，据有关资料统计，在PLC控制的系统中，系统故障的95%发生在PLC外部，5%发生在PLC内部。而在PLC内部故障中，有90% 是发生在I/O模板中。因此在安装和维护中，应重点注意外围电路。包括一次仪表、电源、继电器以及信号连接线等设备。

4．1电源

    稳定的电源是整个系统可靠运行的基础。电网的冲击，频率的波动都将直接影响实时控制的精度和可靠性，有时会对系统带来毁灭性的破坏。因此，PLC系统电源应采用隔离变压器、交流稳压器或UPS电源等。同时，输入和输出的电源应分别安装开关和保护装置。

4．2设备机箱

    由于PLC工作在环境恶劣，应将PLC安装在坚固的机箱内，要防尘、防水。机箱表面要做良好、牢固的处理层，以防止生锈腐蚀。

4．3避雷保护措施

    在PLC箱内设置避雷设备，如交流电源输入避雷保护器，传感器信号线避雷保护器，传感器电源避雷保护器等。天线铁塔安装避雷针，并敷设避雷接地网，避雷接地网接地电阻<4Ω，设备接地电阻<10Ω。

4．4抗干扰处理

    工业现场的环境比较恶劣，存在着许多高低频干扰，这些干扰一般是通过与现场设备相连接的电缆引入可编程控制器的。除了接地措施外，在电缆的设计选择和敷设施工中，应注意采取一些抗干扰措施。模拟量信号属于小信号，极容易受到外界干扰的影响，因此，应选用双层屏蔽电缆。PLC之间的通讯电缆频率较高，一般应选用厂家提供的电缆，在要求不高的情况下，可以选用带屏蔽层的双绞线电缆。

4．5系统接地的要求

    PLC系统接地要求比较严格，好有独立的专用接地系统，还要注意与PLC有关的其它设备也要可靠接地。但是，多个电路接地连接在一起时，会产生以想不到的电流，导致逻辑错误或损坏电路。

5 结束语

在半导体晶圆的制造过程中，低缺陷、高良品率的产品通常要受到各种因素和条件的影响，其中一个重要的因素是，必须在整个制造过程中保持良好的纯度和清洁度。除了要求半导体制造场所的清洁室设施和**的化学加工生产线要具有足够的洁净度外，在整个制造过程中，以及制造完成后用于输送晶圆的设备所用材料也同样重要。

对于一些关键的半导体部件，如CMP环、LCD转运箱、前开式晶圆盒 (FOUP)、晶圆转运箱、晶圆效应器、晶圆扫描笔、设备部件、干/湿蚀刻部件及 IC 转运/测试部件(高温矩阵盘及 IC 测试插座)等，选择合适的材料非常重要。

随着半导体加工厂转向生产尺寸更大、IC 密度更高的晶圆，他们对晶圆转运和加工材料的性能要求也相应地提高了。简单地说，生产线技术的线宽越窄，那么在加工期间由于混进杂质而浪费更多硅的可能性就会越大。另一方面，生产的晶圆尺寸越大，获得良品率的可能性就越低。

此外，随着社会对制造环境要求的日益严苛，以及对污染源的日益敏感，正在促使制造商采用具有高性能及严格公差的材料，以满足业界日益苛刻的要求。

前开式晶圆盒

材料因素

对于这些重要部件的加工而言，为了达到改善工艺条件、降低总体成本的目的，选择合适的材料非常重要。什么样的材料才是合适的呢？以下几点可作为判断的标准：

● 纯度：转运部件材料的纯度越高，则颗粒和污染量就越低，废品也就越少，从而良品率就越高。因此，要将半导体制造过程中因释气与浸渍而引起的污染降至低，必须选择高纯度的材料。

● 耐热性：材料的耐热性越好，获得高生产能力的机会就越大。如果在各个加工步骤之间不需要冷却晶圆，将有助于缩短加工时间。此外，在转运晶圆出入转运箱时，亦有助于防止晶圆的移动或摩擦。

● 高模量：在高温时模量保持不变的材料，能够提供较高的产品性能与生产能力。这使部件在高温下具有较高的尺寸稳定性，从而有助于缩短生产周期，并确保晶圆的插入过程可靠，而且可以重复。

● 机械性能：具有高耐冲击性能的材料不但可以减少部件的刮擦或破裂，加快设备组装，而且还能确保速度稳定，减少意外停机的时间，这些都有助于提高生产效率，保持产品的一致性。

● 耐化学品性：材料必须能够耐受大多数化学品的侵蚀，以保护部件并延长使用寿命。

● 系统成本：在需要大量大型设备与耗材投资的应用中，降低总体系统成本非常重要。因此，能够迅速取得投资回报的材料，其优点是显而易见的。

VICTREX PEEK 牌号材料与 PPS 的磨损率比较

影响材料尺寸稳定性（包括线膨胀系数(CLTE)）的各项因素

关键应用

对于硅晶制造厂、芯片加工厂、晶圆制造厂、终端用户及“后端”封装独立设备制造商 (IDM)而言，任何能够帮助他们降低系统成本、提高部件性能、提供更大设计自由度、开发应用的材料都具有优势。在半导体加工中，这包括许多特定的应用：

1、CMP环

化学机械磨平 (CMP) 是半导体晶圆制造工艺的关键步骤，它需要严格的工艺控制、严格的公差及高质量的表面水平度与平整度。随着电子产品与设备趋于小型化，对工艺能力的要求也不断提高，因此上述因素也变得越来越重要，制造商对构成 CMP 工艺关键部件的保持环提出了更高的特性要求。

CMP环

CMP 保持环用于在晶圆磨平时承载晶圆并固定其位置，可产生低研磨速度，并生成具有严格平整度公差的均匀表面抛光。此外，它还具有高材料稳定性和低振动特性。不过，这些特性只有在 CMP 环的材料选择与设计正确时才能实现。特别地，如果保持环的底面非常平整，晶圆制造的良品率就较高。因此，对于要求苛刻的 CMP 保持环应用来说，选择的材料应该具有：较高的尺寸稳定性，良好的耐化学品性和低振动特性，易加工性，良好的机械性能（包括强度），能够使底面及内边缘表面具有耐磨损性，可实现极严格公差的加工能力，同时还可适用于桨液 (slurry) 等工艺制程组件。

基于上述要求，合适的材料应该确保在制造过程中提高晶圆的合格率，从而缩短停工时间，并降低每片晶圆的生产成本。

2、晶圆转运箱

随着晶圆尺寸、产量以至单个晶圆成本的不断增加，以及窄线宽技术的应用，制造商们面临着很大的压力，他们希望大限度地降低各个加工步骤中对晶圆的污染，减少损失，以提高良品率。

晶圆转运箱

要提高良品率，关键的是转运箱尺寸的变化。一般，加热、冷却以及化学过程所引起的温度变化，会导致转运箱尺寸发生变化，使得晶圆出现刮擦和破裂。如果加上机器校正次数增加而引起的连锁反应以及颗粒脱落的增加，终会导致良品率的减少和生产能力的降低。详细的研究表明，在晶圆与转运箱之间的接触点处，形成的载体颗粒是导致晶圆出现质量缺陷的关键因素。据估计，20% 的外来杂质缺陷，都与由传统碳粉填充的较低性能基材所制造的转运箱及晶圆盒上的碳粉有关。

一般，晶圆转运箱材料应该具有优异的耐化学品性、耐磨损性、尺寸稳定性、对各种表面都有较高的耐磨耗性能、低颗粒产生率，以及在连续的温度变化状况中非常稳定的物理性能。通过优化这些因素，同时将处理过程中的外来杂质减至少，便可以减少刮擦、提高及保持良品率，并增加机器的可用性。

3、前开式晶圆盒 (FOUP)

由于制造商对晶圆的**性与可预测装载定位的要求越来越高，因此选择用于 FOUP 应用的材料必须能够满足以下要求：快速设备组装和自动化生产速度；低颗粒产生率；较少的刮擦与破裂；较少的意外停机时间；较长的机器正常运行时间及较高的生产能力。此外，加工机器与晶圆操作界面必须**可靠，使材料能够确保每件产品都保持一致，并减少因 FOUP 运送故障而导致的意外停机，以减少在设备上产生的颗粒，缩短因清洁而停工的时间，以及减少各批次的损耗或晶圆破裂情况。

4、后道工艺

合适的聚合物材料能够使后道测试过程更简易，模塑产能更高，以及部件的壁厚更薄、更坚固，并可采用无铅焊接的加工方案，从而大大提升了生产率。这适用于各种后道测试应用，包括高温矩阵盘、测试插座、测试插座校正板、柔性线路板、老化测试插座及连接器。

材料解决方案

虽然半导体工业所采用的工艺与技术已相当成熟，但是，面向半导体输送与相关应用的合适材料的开发仍然十分活跃。例如，对于晶圆转运箱应用而言，通常使用聚丙烯或 PBT 材料，但这些材料都有局限性。与这些材料相比，高性能聚芳醚酮如 VICTREX? PEEK? 聚合物则具有优良的综合性能，包括较好的尺寸稳定性、高温性能、耐磨损/磨耗性能、较低的颗粒产生率。即使在温度连续变化时，该材料也能保持非常稳定的物理性能。

研究显示，使用 VICTREX PEEK 能够显着改善生产工艺，提高晶圆的使用性能及良品率，同时有利于降低总体成本。

此外，超高纯度的 VICTREX PEEK 树脂因其纯度极高，尤其适用于干与湿蚀刻应用。VICTREX PEEK 是一种具有固有高纯度的材料，低分子量挥发性有机物含量较低。它无需采用任何稳定剂或添加剂，而且在高真空度下释气少。

对于晶圆转运箱应用来说，VICTREX PEEK 可以缩短各加工步骤之间所需的冷却时间，延长了部件更换前的使用寿命，因此能让客户在短短一个月内实现投资回报。此外，它还通过减少颗粒污染和刮擦现象，显著提高了良品率。与传统材料制造的载体相比，使用由 VICTREX PEEK 材料所制造的晶圆载体，良品率将可提高8%。

同样地，在 CMP 环应用中，VICTREX PEEK 通过延长 CMP 环在苛刻加工环境中的使用寿命，大大缩短了半导体制造厂的制程时间。
半结晶的 VICTREX PEEK是获得了广泛认可的、性能高的熔融加工聚合物，能够耐受极端的环境，并且易于通过各种填充改性技术包括碳纤维、玻璃、陶瓷及矿物质来提高性能。

凭借其无与伦比的加工性与高性能综合特性，VICTREX PEEK 聚合物为后端测试系统 OEM 厂商带来了更简易的加工过程、更高的模塑产能、更坚固的部件、更薄的壁厚及无铅焊接加工解决方案，从而大大提升了生产能力。

英国威格斯公司在 VICTREX PEEK 聚合物方面拥有将近 30 年的经验，其的销售、市场推广和技术专家团队遍布世界各地，可帮助客户进行新应用开发和原型构建，并提供产品性能数据及加工支持。对于加工商、晶圆制造厂与终端用户来说，业已证实 VICTREX PEEK 能够帮助他们降低系统成本，提高部件性能，提供更大的设计自由度，并创造的应用。