楊峰

【摘要】 本文以國(guó)內(nèi)最大的8.5代TFT-LCD工廠FMCS為實(shí)列，介紹傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品在建造超大型電子工廠廠務(wù)系統(tǒng)中的整合應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 PLC FMCS TFT-LCD

一、FMCS概述

傳統(tǒng)的石油、化工、冶金等行業(yè)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)一般都是各自車間配備專門一套DCS、PLC控制系統(tǒng)；而在TFT-LCD行業(yè)，由于控制區(qū)域廣、調(diào)節(jié)系統(tǒng)多、管理方式集中等原因，需要利用成熟的PLC系統(tǒng)在同一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)下滿足大型電子工業(yè)廠房集中監(jiān)控的要求，于是FMCS便由傳統(tǒng)的PLC擴(kuò)展而來(lái)。

二、 FMCS功能介紹

FMCS（Facility Management Control System）-廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，主要功能包括兩個(gè)方面：

1、PLC控制功能

a、潔凈室控制系統(tǒng)維持無(wú)塵室的潔凈度、 溫度、濕度、壓力、新風(fēng)量等參數(shù)，為生產(chǎn)提供安全可靠的環(huán)境。監(jiān)控對(duì)象有空調(diào)新風(fēng)機(jī)組、 排風(fēng)機(jī)組、 洗滌塔、干盤(pán)管、 FFU、FAB內(nèi)的壓力、溫度、濕度等。

b、冷凍水控制系統(tǒng)為空調(diào)、 盤(pán)管、 熱交換器等一系列設(shè)施提供冰水。它主要監(jiān)控對(duì)象為冷凍機(jī)、 水泵、 水溫、流量、管道壓力、閥門、 及其它設(shè)備。

c、冷卻水控制系統(tǒng)包括冷卻塔通過(guò)冷卻水的循環(huán)將冷凍機(jī)與壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量排放到外部環(huán)境中。為確保生產(chǎn)要求，要對(duì)供水壓力與流量、冷卻水水溫進(jìn)行控制。

d、熱水控制系統(tǒng)對(duì)熱水系統(tǒng)監(jiān)控主要涉及空壓機(jī)熱回收利用溫度控制和燃?xì)忮仩t的通信、水溫、水泵、熱水的壓力監(jiān)控。

2、其它子系統(tǒng)的接入

基于PLC光纖環(huán)網(wǎng)接入其他廠務(wù)系統(tǒng)，如：電力監(jiān)控SCADA系統(tǒng)、工藝真空系統(tǒng)、清掃真空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、純水制備系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、大宗氣體系統(tǒng)、特氣系統(tǒng)、化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)、酸堿毒廢氣處理系統(tǒng)、有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)、一般排風(fēng)、工藝?yán)鋮s水、POU、特氣偵測(cè)系統(tǒng)、以及重要單機(jī)設(shè)備參數(shù)的采集監(jiān)控。

三、FMCS的特點(diǎn)

通過(guò)上面的介紹，可以看出FMCS在完成常規(guī)PLC控制以外，需要集成眾多子系統(tǒng)，所以此系統(tǒng)要求具有穩(wěn)定性強(qiáng)、數(shù)據(jù)吞吐量大、集成度高的特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化到適應(yīng)未來(lái)電子制造控制的提升，其主要特點(diǎn)如下：

1、自身控制系統(tǒng)：本項(xiàng)目TFT-LCD 8.5代線的生產(chǎn)工藝相當(dāng)先進(jìn)，廠房的規(guī)模大，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境求愈加苛刻，需保證潔凈間環(huán)境以保證產(chǎn)品良率，廠務(wù)系統(tǒng)所控制的潔凈室的溫濕度（設(shè)計(jì)要求無(wú)塵室的溫度變化在±2℃，相對(duì)濕度的變化在±5%），水系統(tǒng)的溫度、壓力、流量要求也極為嚴(yán)格，不允許任何大的波動(dòng)，因此此次采用了羅克韋爾高端的ControlLogix-1756系列PLC來(lái)完成潔凈間、水系統(tǒng)的控制。控制器采用傳統(tǒng)的電源、PLC控制器、通訊等硬冗余，以確保高可靠性。

2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：FMCS依托PLC固有網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)，按控制級(jí)別分為四層：

a、第一層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，包括各類溫度、壓力、流量、物位、成份等儀表及調(diào)節(jié)閥、變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制。

b、第二層為控制層，采用羅克韋爾設(shè)計(jì)的ControlNet網(wǎng)絡(luò)，用以連接PLC控制器到遠(yuǎn)程IO站，此主干網(wǎng)設(shè)計(jì)為雙線冗余，A、B網(wǎng)同時(shí)傳送實(shí)時(shí)可靠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)、無(wú)滯后的自動(dòng)切換，同時(shí)產(chǎn)生診斷信息顯示通道故障。ControlNet的千米傳輸速率為5Mbps。該層包括可完成單元層操作的軟件和硬件，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，下發(fā)控制命令，監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)控制情況的功能?？刂凭W(wǎng)ControlNet的冗余配置，采用不同路徑的冗余網(wǎng)絡(luò)配置，ControlLogix同時(shí)偵聽(tīng)兩條網(wǎng)絡(luò)上的信息，而選擇其中信息質(zhì)量更好的網(wǎng)絡(luò)信息，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，其具有以下特點(diǎn)：

c、第三層為信息層：采用EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)，為環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率設(shè)計(jì)為 1000Mbps，此網(wǎng)絡(luò)不但接入控制層所有PLC控制器以外，還利用網(wǎng)絡(luò)余量接入第三方子系統(tǒng)，此層網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性極為重要，主要用單模光纖與管理級(jí)交換機(jī)構(gòu)成。

d、第四層為管理層：該層分為現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)管理和全廠管理，管理層包括操作站、工程師站、冗余主服務(wù)器、冗余OPC服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等，全廠管理是監(jiān)視和管理中心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合管理。（圖1）

四、FMCS配置說(shuō)明

FMCS系統(tǒng)采用羅克韋爾自動(dòng)化公司的14套冗余的ControlLogix控制器、配套121臺(tái)Remote ControlLogix IO站、冗余機(jī)架及冗余I/O電源、冗余的控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet、9785個(gè)I/O信號(hào)硬點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)；在各個(gè)分廠配有14套PLC控制盤(pán)柜的VersaView觸摸屏上設(shè)置1臺(tái)操作員站；FMCS控制室設(shè)6臺(tái)冗余的HMI服務(wù)器，2臺(tái)冗余OPC服務(wù)器、1臺(tái)HISTORIAN實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，1臺(tái)PEMS能源管理服務(wù)器，2臺(tái)工程師站、11臺(tái)操作員站，其中6臺(tái)操作員站作為自身潔凈間、水系統(tǒng)的控制，另外5臺(tái)操作員站兼做工藝?yán)鋮s水、酸堿有毒排氣、有機(jī)排氣、一般工藝設(shè)備排氣、POU這五套獨(dú)立控制子系統(tǒng)的工程師站，其它子系統(tǒng)與重要單機(jī)設(shè)備參數(shù)皆由OPC、Modbus完成數(shù)據(jù)采集。

五、結(jié)語(yǔ)

FMCS是將廠務(wù)設(shè)施各系統(tǒng)的監(jiān)控資料利用Ethernet、控制器、通訊設(shè)備等集成至中央監(jiān)控設(shè)備，形成全廠監(jiān)控系統(tǒng)，便于互通全廠信息、提升整體管理績(jī)效、降低投資運(yùn)行成本。而成熟的PLC產(chǎn)品為此類大型電子廠房FMCS系統(tǒng)提供了穩(wěn)定、優(yōu)秀的基礎(chǔ)平臺(tái)，本項(xiàng)目采用羅克韋爾自動(dòng)化PLC產(chǎn)品作為本項(xiàng)目的系統(tǒng)解決方案，其先進(jìn)的產(chǎn)品特性和開(kāi)放的技術(shù)使得FMCS的先進(jìn)、穩(wěn)定和可靠性得到充分保證。