FMCS在洁净厂房工程上的应用

姚 刚

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

1 引言

以某微电子产业项目为背景，论述计算机集中监控系统（Facility Management and Control System，FMCS）在微电子洁净厂房工程中的应用。该FMCS系统由监控工作站、系统数据服务器、网络通信设备、现场PLC控制柜、远程I/O柜、各类仪表、阀门等组成。实现对建筑内空调、通风、排风系统、废气处理系统、中温冷冻水系统、压缩空气、气体纯化等进行集中监控管理，并以图形方式显示所监视系统的运行状况，实现显示系统动态参数、运行状态和故障情况[1]。此外，系统还将通过统一的通信接口和通信协议，连接相关系统和成套设备所提供的盘柜，并将其关键数据集成到FMCS系统中，实现在统一的平台上进行监视与控制、故障报警和历史数据存储。

2 系统架构

该FMCS系统由两层组成，上层用于监控管理的系统，下层用于现场数据采集和控制的系统，通过工业以太网交换机，以光纤环网的拓扑结构连接成一个系统网络[2]。网络结构如图1所示。

FMCS控制基于智能的分布系统和独立控制器，控制器工作在多任务多用户环境，控制网络为基于TCP/IP的工业以太网，现场总线采用Profibus DP、Modbus等标准通信协议[3]。系统以图形方式显示所监控系统的运行状况，故障报警将被优先显示。监控系统由FMCS控制工作站、现场PLC控制柜、远程I/O柜，各类仪表、传感器、阀门等组成。本项目自控系统FMCS，其监控点包括硬接线I/O通道连接的厂务系统的仪表、阀门和传感器信号，以及通过以太网和OPC接口，连接其他系统和设备所提供的数据。

图1 某微电子洁净厂房FMCS系统网络结构

上层监控管理系统包括服务器、监控电脑、打印机、网络设备等，如图2所示。

图2 上层监控系统图

系统配置1套上位监控管理软件，2台冗余式服务器，用于PLC控制器及各系统实时数据的收集和储存。本项目FMCS监控点包括硬接线I/O通道连接的厂务系统的仪表、阀门和传感器信号，以及通过以太网和OPC接口，连接其他系统和成套设备所提供的数据，其监控类型包括AI-模拟量输入通道（4～20mA）、AO-模拟量输出通道（4～20mA）、DI-开关量输入模块（24V DC）、DO-开关量输出通道（24V DC，0.5A配继电器隔离）、集成系统包OPC Item数据和History Logs数据。要求防爆区域的信号必须经过安全栅接入PLC。每个输出通道必须保持自己传输值的安全性，即可以自动执行检验控制器和输出卡间的通信超时。当控制器故障或通信超时时，输出通道可以根据组态保持在最后一次的输出值或输出一个预先设定的安全值[4]。

下层现场监控系统则用于现场监控的系统由控制器、传感器、变送器、执行器及线路工程等组成，应用于空调机组、一般排风、低温冷冻水系统、中温冷冻水系、PCW系统、空压系统、一般给排水系统、锅炉系统等。

各设备的监控系统/装置由设备成套提供，FMCS负责设备运行数据的采集及部分控制，设备的监控系统/装置应提供通用的接口，要求冷水机组、空气压缩机、吸附干燥器、真空燃气锅炉等机组提供MODBUS接口。

各系统的监控系统/装置由系统成套提供，FMCS负责系统运行数据的采集及控制，系统包的监控系统/装置应提供通用的接口，要求溶剂回收系统、废水提升系统、FFU系统、大宗气体及纯化气系统、工艺真空系统、纯水系统等提供OPC接口。上述系统所有运行参数及状态通过通讯上传至FMCS[5]。

3 系统硬件及软件

3.1 硬件配置

系统采用PLC控制，所有的硬接线点可以通过PLCs监视并/或者控制。系统中每个PLC都是完全独立的控制器，利用所有固件和软件，在独立的基础上实现全部控制。其中CUB和FAB空调机房PLC采用冗余控制器（不接受软件冗余），FAB其他部位PLC可采用非冗余控制器[6]。

PLCs控制器和远程I/O之间，采用光纤进行通信连接以抑制干扰和预防雷击，且所有硬件模块应满足ISA-S71.04 G3防腐标准。系统PCs在满足系统要求的基础上采用主流稳定的规格配置。

FMCS网络采用冗余网络，网络上的本地集线器/交换机要求带通风设施，以免过热。网络配置管理器采用RJ-45以太网适配器，放在有门的接线盒里，包括盒和集线器之间的线路。

为了集成系统包和设备包的数据，FMCS系统至少应支持以下通信协议和接口：OPC DA&AE、OLE-DB、Modbus RTU&TCP、Profibus DP&PA、IEC 61850、Profinet I/O、Hart等。

3.2 系统软件

控制系统软件，可以定义多级别用户、密码保护、安全保证。包含全面制图功能、报警管理、实时和历史记录，并提供实时过程数据。

FMCS软件采用统一的系统平台，统一的数据库，可以实现以下功能：PLC控制程序编程和下装、图形编辑工具、IEC61131-3编程语言、数据点配置和管理、系统诊断和设备管理、历史趋势、报警和报表组态等[7-8]。

控制器与I/O硬件状态在用户界面中的显示如图3所示。

图3 控制器与I/O硬件状态显示

4 结束语

在微电子洁净厂房工程中应用FMCS系统，实现了将厂务设施相关系统、设备的数据整合集成至中央监控设备，实现了多系统联网监控及信息共享，降低了厂务运维成本及管理难度，有效提升了厂务管理水平。