PLC在8.5代TFT-LCD項目FMCS中的應用

楊峰

【摘要】 本文以國內最大的8.5代TFT-LCD工廠FMCS為實列，介紹傳統PLC產品在建造超大型電子工廠廠務系統中的整合應用。

【關鍵詞】 PLC FMCS TFT-LCD

一、FMCS概述

傳統的石油、化工、冶金等行業，自動化控制系統一般都是各自車間配備專門一套DCS、PLC控制系統；而在TFT-LCD行業，由于控制區域廣、調節系統多、管理方式集中等原因，需要利用成熟的PLC系統在同一個系統平臺下滿足大型電子工業廠房集中監控的要求，于是FMCS便由傳統的PLC擴展而來。

二、 FMCS功能介紹

FMCS（Facility Management Control System）-廠務監控系統，主要功能包括兩個方面：

1、PLC控制功能

a、潔凈室控制系統維持無塵室的潔凈度、 溫度、濕度、壓力、新風量等參數，為生產提供安全可靠的環境。監控對象有空調新風機組、 排風機組、 洗滌塔、干盤管、 FFU、FAB內的壓力、溫度、濕度等。

b、冷凍水控制系統為空調、 盤管、 熱交換器等一系列設施提供冰水。它主要監控對象為冷凍機、 水泵、 水溫、流量、管道壓力、閥門、 及其它設備。

c、冷卻水控制系統包括冷卻塔通過冷卻水的循環將冷凍機與壓縮機產生的熱量排放到外部環境中。為確保生產要求，要對供水壓力與流量、冷卻水水溫進行控制。

d、熱水控制系統對熱水系統監控主要涉及空壓機熱回收利用溫度控制和燃氣鍋爐的通信、水溫、水泵、熱水的壓力監控。

2、其它子系統的接入

基于PLC光纖環網接入其他廠務系統，如：電力監控SCADA系統、工藝真空系統、清掃真空系統、壓縮空氣系統、純水制備系統、廢水處理系統、大宗氣體系統、特氣系統、化學品供應系統、酸堿毒廢氣處理系統、有機廢氣處理系統、一般排風、工藝冷卻水、POU、特氣偵測系統、以及重要單機設備參數的采集監控。

三、FMCS的特點

通過上面的介紹，可以看出FMCS在完成常規PLC控制以外，需要集成眾多子系統，所以此系統要求具有穩定性強、數據吞吐量大、集成度高的特點，以實現傳統工業自動化到適應未來電子制造控制的提升，其主要特點如下：

1、自身控制系統：本項目TFT-LCD 8.5代線的生產工藝相當先進，廠房的規模大，對生產環境求愈加苛刻，需保證潔凈間環境以保證產品良率，廠務系統所控制的潔凈室的溫濕度（設計要求無塵室的溫度變化在±2℃，相對濕度的變化在±5%），水系統的溫度、壓力、流量要求也極為嚴格，不允許任何大的波動，因此此次采用了羅克韋爾高端的ControlLogix-1756系列PLC來完成潔凈間、水系統的控制?？刂破鞑捎脗鹘y的電源、PLC控制器、通訊等硬冗余，以確保高可靠性。

2、網絡結構：FMCS依托PLC固有網絡采用分層分布式結構的監控系統，按控制級別分為四層：

a、第一層為現場設備層，包括各類溫度、壓力、流量、物位、成份等儀表及調節閥、變頻器，實現對現場儀表數據的采集和執行機構的閉環控制。

b、第二層為控制層，采用羅克韋爾設計的ControlNet網絡，用以連接PLC控制器到遠程IO站，此主干網設計為雙線冗余，A、B網同時傳送實時可靠的現場設備層數據。當故障發生時，網絡可實現無擾動、無滯后的自動切換，同時產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，實現對底層設備的數據采集，下發控制命令，監視現場控制情況的功能?？刂凭WControlNet的冗余配置，采用不同路徑的冗余網絡配置，ControlLogix同時偵聽兩條網絡上的信息，而選擇其中信息質量更好的網絡信息，極大地提高了網絡的可靠性，其具有以下特點：

c、第三層為信息層：采用EtherNet/IP工業以太網，為環形拓撲結構，網絡的傳輸速率設計為 1000Mbps，此網絡不但接入控制層所有PLC控制器以外，還利用網絡余量接入第三方子系統，此層網絡的穩定性和擴展性極為重要，主要用單模光纖與管理級交換機構成。

d、第四層為管理層：該層分為現場子系統管理和全廠管理，管理層包括操作站、工程師站、冗余主服務器、冗余OPC服務器、數據庫服務器等，全廠管理是監視和管理中心，負責整個系統協調運行和綜合管理。（圖1）

四、FMCS配置說明

FMCS系統采用羅克韋爾自動化公司的14套冗余的ControlLogix控制器、配套121臺Remote ControlLogix IO站、冗余機架及冗余I/O電源、冗余的控制網絡ControlNet、9785個I/O信號硬點來實現；在各個分廠配有14套PLC控制盤柜的VersaView觸摸屏上設置1臺操作員站；FMCS控制室設6臺冗余的HMI服務器，2臺冗余OPC服務器、1臺HISTORIAN實時歷史數據庫服務器，1臺PEMS能源管理服務器，2臺工程師站、11臺操作員站，其中6臺操作員站作為自身潔凈間、水系統的控制，另外5臺操作員站兼做工藝冷卻水、酸堿有毒排氣、有機排氣、一般工藝設備排氣、POU這五套獨立控制子系統的工程師站，其它子系統與重要單機設備參數皆由OPC、Modbus完成數據采集。

五、結語

FMCS是將廠務設施各系統的監控資料利用Ethernet、控制器、通訊設備等集成至中央監控設備，形成全廠監控系統，便于互通全廠信息、提升整體管理績效、降低投資運行成本。而成熟的PLC產品為此類大型電子廠房FMCS系統提供了穩定、優秀的基礎平臺，本項目采用羅克韋爾自動化PLC產品作為本項目的系統解決方案，其先進的產品特性和開放的技術使得FMCS的先進、穩定和可靠性得到充分保證。