FMCS在洁净厂房工程上的应用

　　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。

　　关键词：洁净厂房;厂务管理;计算机集中监控系统

　　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(FacilityManagementandControlSystem,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。

　　电路论文投稿刊物：中国集成电路(月刊)创刊于1992年，是由中国信息产业部主管，中国半导体行业协会/集成电路设计分会主办的全国性专业电子刊物。自创刊以来，一直致力于IC市场应用分析，介绍先进的IC设计、制造、封装工艺和技术以及先进的组织形式和管理经验。在业界形成了一定影响和良好口碑，并随中国集成电路产业一同成长。

　　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ProfibusDP、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(24VDC)、DO-开关量输出通道(24VDC，0.5A配继电器隔离)、集成系统包OPCItem数据和HistoryLogs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-S71.04G3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：OPCDA&AE、OLE-DB、ModbusRTU&TCP、ProfibusDP&PA、IEC61850、ProfinetI/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]。

　　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.QINJiandong,LILing.Studyonultracleanroomforintegratedcircuitmanufacturing[J].ApplicationsofIC,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.XUEShouwen,LIUChanghua.FMCSapplicationinG6TFT-LCDprojectofNanjingCEC-PANDA[J].CommunicationandAudioandVideo,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.YAOHong.ApplicationofFMCSsysteminintegratedcircuitfactory[J].ScienceandTechnologyofWestChina,2011,10(9):16-17.

　　作者：姚刚