西门子5SL4120-6CC

5SL4120-6CC

可编程序控制器 控制 供水系统

1.     引言

恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

在旧加压设备中，恒压供水一般采用起动或停止加压站的水泵和调节出口阀开度来实现。控制系统是采用继电接触器控制线路，这种系统线路复杂，维护困难，操作麻烦，工人要24小时值班看守，劳动强度大。所以有必要对之进行改造，提高自动化水平。

本文介绍的用于某自来水加压站快速起动恒压供水监控系统，采用松下电工生产的FP3型可编程序控制器（PLC）进行控制，用研华工控机进行监控，自动化程度高，整个工作程序自动完成，能清楚地显示各个设备的实时状态，并自动调节水压。

本系统还设有多种保护，如水压**限报警、阀门故障报警、水位**限报警并处理、水泵电机电流过流报警并处理等。

2.     系统结构及控制要求

      恒压供水系统由主供水回路、备用回路、2个清水池及泵房组成，如图1所示。

其中泵房装有1# ~ 6#共6台150kW泵机。另外还有多个（V1 ~ V23）电动闸阀控制各供水回路和水流量。

要求该恒压供水系统具有如下基本操作功能。

（1） 当**自来水压力**设定压力21.56×104Pa时，直接由市自来水供水

（2） 当市自来水低于设定压力，但不低于下压力7.84×104Pa时，采用直抽水加压供水方案。即逐步起动2台泵机向管网充压。当检测到市自来水**设定压力时，再转换成市自来水直接供水。

（3） 当自来水压力持续低于2.94× 104Pa或出现确切负压信号时，应立即转换成抽池水加压，但此时应保证水池水位**较低限水位的条件。

（4） 当采用直抽水或抽池水加压供水时，应能自动调节其总出口水压为给定值，调节误差小于等于± 10%。

3.     PLC控制系统设计

恒压供水系统的检测点以及控制量较多，是一个规模较大的测控系统。根据其特点，我们选用了松下电工的FP3可编程序控制器作为控制装置。该控制器与其它可编程序控制器相比，具有一些明显的优点，如FP3采用了模块化设计，可根据实际需要灵活组装，使用方便，I/O分配采用自由编程方式；容量大，程序量只受扫描周期限制，而扫描周期可在一定范围内自行更改；具有A/D、D/A、脉冲输出、位置控制等高级单元，可实现“共享存储器”；另外还有一些特殊的功能。

恒压供水PLC系统的结构如图1虚框内所示。系统包括一个电源单元、一个CPU单元、一个上位机联结单元，还有I/O 单元和A/D单元。上位机采用研华工控机ABB公司组态软件，上位机联结单元通过C?/FONT>NET适配器与之通讯。工控机对整个系统进行监控，显示器显示了整个加压系统结构、各个阀门与水泵的实时状态、读出各个水压及流量、阀门的开度、水池水位等参数，并有各种报警实时显示和故障记录。

系统既有模拟量输入，也有开关量输入。模拟量通过A/D模块输入，共27个通道。I/O各有96个点。

4. PLC的软件设计

      根据恒压供水操作要求，PLC控制系统要随时监控市自来水以及供水口的情况来决定是否要起动水泵，或是采用直抽水充压方案还是采用抽水池水充压的方案。控制系统的程序较复杂。

在控制过程中，供水口的水压自动调节是一个重要和较有特色的设计部分之一，在此着重介绍实现自动恒压功能的软件设计。

由于供水系统管道长、管径大，阀门的开、关、管网充压都较慢，故系统是一个大滞后系统。同时因为是在旧设备的基础上进行改造，要利用现有的设备，故并未采用调速调压，而是采用下述多种方法对水压进行调节。首先采用分段调节法，把水压偏差分为四段，即10%、20%、30%、40%，当检测到偏差较小时，输出的控制量（蝶阀的增量）较小，且操作周期亦较大；当偏差较大时，则输出的控制量较大而操作周期较小，使其快速减小偏差而又避免过大**调。另外，在偏差小于等于± 10%时，再加上模糊控制，根据D ek=ek-ek-1的值来确定是否调节蝶阀开度，使误差进一步减少，保证其小于等于± 10%的误差要求。当调节阀门开度仍不能使偏差进入允许范围时，用起动或停止1台或1台以上水泵的方法来调节水压。通过这样多种调节水压方法相结合，可使出水口水压得到满意的调节效果。

封装企业如果不严格按接地规程办事，吃亏的是企业自己，将造成产品合格率下降，减少企业的经济效益，同样应用LED的企业如果设备和人员接地不良的话也会造成LED的损坏，返工在所难免。

按照LED标准使用手册的要求，LED的引线距胶体应不少于3—5毫米，进行弯脚或焊接，但大多数应用企业都没有做到这一点，而只是相隔一块PCB板的厚度(≤2毫米)就直接焊接了，这也会对LED造成损害或损坏，因为过高的焊接温度会对芯片产生影响，会使芯片特性变坏，降低发光效率，甚至损坏LED，这种现象屡见不鲜。有些小企业采用手工焊接，使用40瓦普通烙铁，焊接温度无法控制，烙铁温度在300—400℃以上，过高的焊接温度也会造成死灯，LED引线在高温下膨胀系数比在150℃左右的膨胀系数高好几倍，内部的金丝焊点会因为过大的热胀冷缩将焊接点拉开，造成死灯现象。

2. LED灯内部连线焊点开路造成死灯现象的原因分析2.1 封装企业生产工艺不建全，来料检验手段落后，是造成LED死灯的直接原因一般采用支架排封装的LED，支架排是采用铜或铁金属材料经精密模具冲压而成，由于铜材较贵，成本自然就高，受市场激烈竟争因素影响，为了降低制造成本，市场大多都采用冷轧低碳钢带来冲压LED支架徘，铁的支架排要经过镀银，镀银有两个作用，一是为了生锈，二是方便焊接，支架排的电镀质量非常关键，它关系到LED的寿命，在电镀前的处理应严格按操作规程进行，除锈、除油、磷化等工序应一丝不苟，电镀时要控制好电流，镀银层厚度要控制好，镀层太厚成本高，太薄影响质量。

因为一般的LED封装企业都不具备检验支架排电镀质量的能力，这就给了一些电镀企业**可乘，使电镀的支架排镀银层减薄，减少成本支出，一般封装企业IQC对支架排检验手段欠缺，没有检测支架排镀层厚度和牢度的仪器，所以较蒙混过关。笔者见过有些支架排放在仓库里几个月后就生锈了，不要说使用了，可见电镀的质量有多差。用这样的支架排做出来的产品是肯定用不长久的，不要说3—5万小时，1万小时都成问题。原因很简单每年都有一段时间的南风天，这样的天气空气中湿度大，很容易造成电镀差的金属件生绣，使LED元件失效。即使封装了的LED也会因镀银层太薄附着力不强，焊点与支架脱离，造成死灯现象。这就是我们碰到的使用得好好的灯不亮了，其实就是内部焊点与支架脱离了。

2.2 封装过程中每一道工序都必须认真操作，任何一个环节疏忽都是造成死灯的原因在点、固晶工序，银胶(对于单焊点芯片)点得多与少都不行，多了胶会返到芯片金垫上，造成短路，少了芯片又粘不牢。双焊点芯片点绝缘胶也是一样，点多了绝缘胶会返上芯片的金垫上，造成焊接时的虚焊因而产生死灯。点少了芯片又粘不牢，所以点胶必须恰到好处，既不能多也不能少。焊接工序也很关键，金丝球焊机的压力、时间、温度、功率四个参数的配合都要恰到好处，除了时间固定外，其它三个参数是可调的，压力的调节应适中，压力大容易压碎芯片，太小则容易虚焊。焊接温度一般调节在280℃为好，功率的调节是指超声波功率调节，太大、太小都不好，以适中为度，总之，金丝球焊机各项参数的调节，以焊接好的材料，用弹簧力矩测试计检测≥6克，即为合格。每年都要对金丝球焊机各项参数进性检测和校正，确保焊接参数处在较佳状态。另外焊线的弧度也有要求，单焊点芯片的弧高为1.5-2个芯片厚度，双焊点芯片弧高为2-3个芯片厚度，弧度的高低也会引起LED的质量问题，弧高太低容易造成焊接时的死灯现象，弧高太大则抗电流冲击差。

3. 鉴别虚焊死灯的方法将不亮的LED灯用打火机将LED引线加热到200-300℃，移开打火机，用3伏扣式电池按正、负极连接LED，如果此时LED灯能点亮，但随着引线温度降低LED灯由亮变为不亮，这就证明LED灯是虚焊。加热能点亮的理由是利用了金属热胀冷缩的原理，LED引线加热时膨胀伸长与内部焊点接通，此时接通电源，LED就能正常发光，随着温度下降LED引线收缩回复到常温状态，与内部焊点断开，LED灯就点不亮了，这种方法屡试都是灵验的。将这种虚焊的死灯两引线焊在一根金属条上，用较浓的浸泡，使LED外部胶体溶解，胶体全部溶解后取出，在放大镜或显微镜下观察各焊点的焊接情况，就可以找出是一焊还是二焊的问题，是金丝球焊机那个参数设置不对，还是其它原因，以便改进方法和工艺，防止虚焊的现象再次发生。

使用LED产品的用户也会碰到死灯的现象，这就是LED产品使用一段时间后，发生死灯现象，死灯有两种原因，开路性死灯是焊接质量不好，或支架电镀的质量有问题，LED芯片漏电流增大也会造成LED灯不亮。现在很多LED产品为了降没有加抗静电保护，所以容易出现被感应静电损坏芯片的现象。下雨天打雷容易出现供电线路感应高压静电，以及供电线路叠加的尖峰脉冲，都会使LED产品遭受不同程度的损坏。

总之发生死灯的原因有很多，不能一一列举，从封装、应用、到使用各个环节都有可能出现死灯现象，如何提高LED产品的质量，是封装企业以及应用企业要高度重视和认真研究的问题，从芯片、支架挑选，到LED封装整个工艺流程都要按照ISO2000质量体系来进行运作。只有这样LED的产品质量才可能全面的提高，才能做到**命、高可靠。在应用的电路设计上，选择压敏电阻和PPTC元件完善保护电路，增多并联路数，采用恒流开关电源，增设温度保护都是提高LED产品可靠性的有效措施。只要封装、应用的企业严格按照ISO2000质量体系来运作，就一定能使LED的产品质量上一个新台阶