FMCS在洁净厂房工程上的应用
分类：电子论文 发表时间：2020-09-12 19:08
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摘 要: 要实现微电子洁净厂房的正常运转，离不开与之配套的电力、空调、通风、排风系统、废 气处理系统、纯水系统、中温冷冻水系统、压缩空气、特气及大宗气体纯化等外围条件保障系统。在微 电子厂房厂务管理中应用计算机集中监控系统(FMCS)可实现对建筑内各系统及成套设备的集中监 控管理，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。通过此系统， 厂务管理人员在中控室即可准确掌握 FAB 及 CUB 内各动力设备运行状态，有利于维护系统及生产 环节的紧密结合和协调运转。
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] 。 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。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。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]。
电路论文投稿刊物：《软件和集成电路》创刊于1984年，是由中华人民共和国工业和信息化部主管、赛迪工业和信息化研究院主办的一份IT专业媒体。旨在推动计算机在我国的应用，推动我国软件产业的建立和发展，促进软件应用社会化、软件开发工程化、软件成果商品化和软件经营企业化等方面的工作更好开展。
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。
参考文献：
[1] 秦建东, 李玲. 集成电路制造的超洁净工程分析[J]. 集成电路应用, 2018, 35(1):58-61. QIN Jiandong, LI Ling. Study on ultra clean room for integrated circuit manufacturing[J]. Applications of IC, 2018, 35(1):58-61.
[2] 薛首文, 刘昌华. 厂务监控系统在南京中电熊猫液晶项 目中的应用[J]. 通信与广播电视, 2011(3):40-43. XUE Shouwen, LIU Changhua. FMCS application in G6 TFT-LCD project of Nanjing CEC-PANDA[J]. Communication and Audio and Video, 2011(3):40-43.
[3] 姚虹. FMCS 系统在集成电路工厂中的应用[J]. 中国西部 科技, 2011, 10(9):16-17. YAO Hong. Application of FMCS system in integrated circuit factory[J]. Science and Technology of West China, 2011, 10(9):16-17.
作者：姚 刚
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