半導(dǎo)體電子廠房氣體檢測(cè)及監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高三壘

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究 河北石家莊 050051

1 氣體檢測(cè)及監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)描述

氣體檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)（GDS/GMS）是生命安全系統(tǒng)（LSS）的一部分。該系統(tǒng)集成了氣體泄漏警報(bào)、安全組合以及各種氣體設(shè)備的重要運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視功能。其配有氣體檢測(cè)器，以檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的危險(xiǎn)氣體是否泄漏。

為了提高系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性，GDS/GMS是冗余配置，它的所在位置是在氣化控制室中。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)，供電是雙回路電源（市電+固定電源）；網(wǎng)絡(luò)或電源出現(xiàn)故障將在系統(tǒng)中設(shè)置警報(bào)并使用另一網(wǎng)絡(luò)或其他電源。人機(jī)交互客戶(hù)端分別在發(fā)電廠的中央控制室和生產(chǎn)廠的氣化控制室以及行政大樓的安全控制室中[1]。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)架

詳細(xì)的系統(tǒng)架構(gòu)分為兩部分：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖和PLC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。下圖顯示了數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，其中包括兩個(gè)工程師站（ES），兩個(gè)操作員站（OS），兩組冗余的I/O服務(wù)器（I/OSERVER）和一組冗余的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)跟數(shù)據(jù)收集與監(jiān)控相連。

1.3 系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分

1.3.1 可編程邏輯控制器（PLC）

GDS/GMS它們一個(gè)涵蓋了4000多個(gè)硬接線I/O點(diǎn)，布置兩組PLC設(shè)備，每組由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)電源進(jìn)行供電，完成了整廠所有可編程邏輯控制器的把控邏輯以及聯(lián)合功能和監(jiān)視性能。

1.3.2 人機(jī)界面

GDS/GMS在廠房的中心控制室和生產(chǎn)車(chē)間氣化控制室以及行政樓里安保控制室里都布置了操作點(diǎn)，可以直接對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和操作，同時(shí)在氣化控制室里布置了兩個(gè)工程師站點(diǎn)，能夠直接對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和程序的編程等。

2 氣體檢測(cè)器的選擇及設(shè)計(jì)

2.1 可燃和有毒氣體檢測(cè)器設(shè)置原則

根據(jù)石化可燃?xì)怏w檢測(cè)規(guī)范GB50493-2009和有毒氣體報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范，可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)儀的設(shè)置原則如下：

當(dāng)可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，可燃?xì)怏w的濃度可能達(dá)到25%LEL，但是當(dāng)有毒氣體無(wú)法達(dá)到最大允許濃度時(shí)，將安裝可燃?xì)怏w檢測(cè)器。當(dāng)有毒或含有可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，有毒氣體的濃度可能達(dá)到最大允許濃度，但是當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度不能達(dá)到25%LEL時(shí)，應(yīng)安裝有毒氣體檢測(cè)儀。

當(dāng)兩者同時(shí)存在時(shí)，可燃?xì)怏w濃度可能達(dá)到25%LEL，有毒氣體的濃度也可能達(dá)到最高容許濃度時(shí)，分別設(shè)置可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)器。

在同時(shí)存在可燃?xì)怏w和有毒氣體的情況下，可燃?xì)怏w的濃度可以達(dá)到25%LEL，有毒氣體的濃度可以達(dá)到最大允許濃度時(shí)，可以分別對(duì)它們?cè)O(shè)置檢測(cè)器。

當(dāng)相同的氣體可燃且有毒時(shí)，僅安裝有毒氣體檢測(cè)器。

2.2 檢測(cè)的氣體種類(lèi)及檢測(cè)原理

氣體種類(lèi)中使用的13種有毒或可燃?xì)怏w，按照規(guī)定設(shè)置了不同類(lèi)型的檢測(cè)器，和在控制系統(tǒng)里設(shè)置兩級(jí)警報(bào)。

有毒氣體檢測(cè)原理：分為電化學(xué)、紅外、定點(diǎn)電解以及隔膜離子電極等。

電化學(xué)類(lèi)型：將擴(kuò)散氣體的電極浸入普通電解液中，通常是濃酸溶液或鹽溶液，方便在工作電極和負(fù)電極間進(jìn)行離子導(dǎo)電。根據(jù)電池的特定類(lèi)型不一樣，被測(cè)氣體會(huì)在工作電極的表面上被氧化或還原該反應(yīng)改變了基于參考電極的工作電極的位置。連接到電池的電子驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)與所測(cè)量的氣體濃度成比例的標(biāo)準(zhǔn)在工作電極和對(duì)比電極之間傳輸電流，從而反映所測(cè)量的氣體濃度[2]。

催化燃燒類(lèi)型：當(dāng)可燃?xì)怏w/空氣混合物經(jīng)過(guò)熱催化劑的表面時(shí)，它將燃燒。燃燒釋放的熱量將改變鉑線圈的電阻值，該線圈在標(biāo)準(zhǔn)電橋電路中用作溫度計(jì)來(lái)使用和測(cè)量。電阻值的變化表示周?chē)諝庵斜粶y(cè)氣體的濃度，可以顯示在氣體檢測(cè)器上。根據(jù)氣體檢測(cè)儀的安裝區(qū)域，有必要考慮防護(hù)等級(jí)和防爆要求。如果安裝在室外開(kāi)放區(qū)域，則應(yīng)選擇室外類(lèi)型或添加防護(hù)罩；如果安裝在防爆區(qū)域，則必須根據(jù)不同的防爆等級(jí)選擇相應(yīng)的防爆產(chǎn)品[3]。

3 與其他系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能

3.1 與公共廣播系統(tǒng)（CCTV）的聯(lián)動(dòng)

當(dāng)GDS檢測(cè)到氣體泄漏時(shí)，它會(huì)向CCTV發(fā)送泄漏信號(hào)，然后CCTV在整個(gè)工廠廣播警報(bào)并疏散人員。

3.2 與廠務(wù)設(shè)施管理與控制系統(tǒng)（FMCS）的聯(lián)動(dòng)

當(dāng)GDS檢測(cè)到氣體泄漏時(shí)，它將泄漏信號(hào)發(fā)送給FMCS，F(xiàn)MCS會(huì)激活相應(yīng)區(qū)域中的緊急排氣風(fēng)扇以進(jìn)行緊急排氣，以確保及時(shí)釋放氣體。

3.3 與火警系統(tǒng)（FAS）的聯(lián)動(dòng)

當(dāng)工廠區(qū)域內(nèi)的建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，F(xiàn)áS將向GDS發(fā)送信號(hào)，GDS將自動(dòng)關(guān)閉建筑物中的天然氣運(yùn)輸設(shè)備。

以上討論證明，用于半導(dǎo)體電子工廠的氣體檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)證是可行和可靠的。根據(jù)工藝和生產(chǎn)要求，分析使用的可燃?xì)怏w和有毒氣體的種類(lèi)和使用的領(lǐng)域、相關(guān)的工藝設(shè)備以及設(shè)備之間的關(guān)系；根據(jù)氣體種類(lèi)找出不同氣體的檢測(cè)原理和傳感器種類(lèi)；根據(jù)不同領(lǐng)域的功能要求，確定操作站和工程師站的數(shù)量和位置等；