FMCS在潔凈廠房工程上的應用

姚 剛

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

1 引言

以某微電子產業項目為背景，論述計算機集中監控系統（Facility Management and Control System，FMCS）在微電子潔凈廠房工程中的應用。該FMCS系統由監控工作站、系統數據服務器、網絡通信設備、現場PLC控制柜、遠程I/O柜、各類儀表、閥門等組成。實現對建筑內空調、通風、排風系統、廢氣處理系統、中溫冷凍水系統、壓縮空氣、氣體純化等進行集中監控管理，并以圖形方式顯示所監視系統的運行狀況，實現顯示系統動態參數、運行狀態和故障情況[1]。此外，系統還將通過統一的通信接口和通信協議，連接相關系統和成套設備所提供的盤柜，并將其關鍵數據集成到FMCS系統中，實現在統一的平臺上進行監視與控制、故障報警和歷史數據存儲。

2 系統架構

該FMCS系統由兩層組成，上層用于監控管理的系統，下層用于現場數據采集和控制的系統，通過工業以太網交換機，以光纖環網的拓撲結構連接成一個系統網絡[2]。網絡結構如圖1所示。

FMCS控制基于智能的分布系統和獨立控制器，控制器工作在多任務多用戶環境，控制網絡為基于TCP/IP的工業以太網，現場總線采用Profibus DP、Modbus等標準通信協議[3]。系統以圖形方式顯示所監控系統的運行狀況，故障報警將被優先顯示。監控系統由FMCS控制工作站、現場PLC控制柜、遠程I/O柜，各類儀表、傳感器、閥門等組成。本項目自控系統FMCS，其監控點包括硬接線I/O通道連接的廠務系統的儀表、閥門和傳感器信號，以及通過以太網和OPC接口，連接其他系統和設備所提供的數據。

圖1 某微電子潔凈廠房FMCS系統網絡結構

上層監控管理系統包括服務器、監控電腦、打印機、網絡設備等，如圖2所示。

圖2 上層監控系統圖

系統配置1套上位監控管理軟件，2臺冗余式服務器，用于PLC控制器及各系統實時數據的收集和儲存。本項目FMCS監控點包括硬接線I/O通道連接的廠務系統的儀表、閥門和傳感器信號，以及通過以太網和OPC接口，連接其他系統和成套設備所提供的數據，其監控類型包括AI-模擬量輸入通道（4～20mA）、AO-模擬量輸出通道（4～20mA）、DI-開關量輸入模塊（24V DC）、DO-開關量輸出通道（24V DC，0.5A配繼電器隔離）、集成系統包OPC Item數據和History Logs數據。要求防爆區域的信號必須經過安全柵接入PLC。每個輸出通道必須保持自己傳輸值的安全性，即可以自動執行檢驗控制器和輸出卡間的通信超時。當控制器故障或通信超時時，輸出通道可以根據組態保持在最后一次的輸出值或輸出一個預先設定的安全值[4]。

下層現場監控系統則用于現場監控的系統由控制器、傳感器、變送器、執行器及線路工程等組成，應用于空調機組、一般排風、低溫冷凍水系統、中溫冷凍水系、PCW系統、空壓系統、一般給排水系統、鍋爐系統等。

各設備的監控系統/裝置由設備成套提供，FMCS負責設備運行數據的采集及部分控制，設備的監控系統/裝置應提供通用的接口，要求冷水機組、空氣壓縮機、吸附干燥器、真空燃氣鍋爐等機組提供MODBUS接口。

各系統的監控系統/裝置由系統成套提供，FMCS負責系統運行數據的采集及控制，系統包的監控系統/裝置應提供通用的接口，要求溶劑回收系統、廢水提升系統、FFU系統、大宗氣體及純化氣系統、工藝真空系統、純水系統等提供OPC接口。上述系統所有運行參數及狀態通過通訊上傳至FMCS[5]。

3 系統硬件及軟件

3.1 硬件配置

系統采用PLC控制，所有的硬接線點可以通過PLCs監視并/或者控制。系統中每個PLC都是完全獨立的控制器，利用所有固件和軟件，在獨立的基礎上實現全部控制。其中CUB和FAB空調機房PLC采用冗余控制器（不接受軟件冗余），FAB其他部位PLC可采用非冗余控制器[6]。

PLCs控制器和遠程I/O之間，采用光纖進行通信連接以抑制干擾和預防雷擊，且所有硬件模塊應滿足ISA-S71.04 G3防腐標準。系統PCs在滿足系統要求的基礎上采用主流穩定的規格配置。

FMCS網絡采用冗余網絡，網絡上的本地集線器/交換機要求帶通風設施，以免過熱。網絡配置管理器采用RJ-45以太網適配器，放在有門的接線盒里，包括盒和集線器之間的線路。

為了集成系統包和設備包的數據，FMCS系統至少應支持以下通信協議和接口：OPC DA&AE、OLE-DB、Modbus RTU&TCP、Profibus DP&PA、IEC 61850、Profinet I/O、Hart等。

3.2 系統軟件

控制系統軟件，可以定義多級別用戶、密碼保護、安全保證。包含全面制圖功能、報警管理、實時和歷史記錄，并提供實時過程數據。

FMCS軟件采用統一的系統平臺，統一的數據庫，可以實現以下功能：PLC控制程序編程和下裝、圖形編輯工具、IEC61131-3編程語言、數據點配置和管理、系統診斷和設備管理、歷史趨勢、報警和報表組態等[7-8]。

控制器與I/O硬件狀態在用戶界面中的顯示如圖3所示。

圖3 控制器與I/O硬件狀態顯示

4 結束語

在微電子潔凈廠房工程中應用FMCS系統，實現了將廠務設施相關系統、設備的數據整合集成至中央監控設備，實現了多系統聯網監控及信息共享，降低了廠務運維成本及管理難度，有效提升了廠務管理水平。