PLC在8.5代TFT-LCD项目FMCS中的应用

杨峰

【摘要】 本文以国内最大的8.5代TFT-LCD工厂FMCS为实列，介绍传统PLC产品在建造超大型电子工厂厂务系统中的整合应用。

【关键词】 PLC FMCS TFT-LCD

一、FMCS概述

传统的石油、化工、冶金等行业，自动化控制系统一般都是各自车间配备专门一套DCS、PLC控制系统；而在TFT-LCD行业，由于控制区域广、调节系统多、管理方式集中等原因，需要利用成熟的PLC系统在同一个系统平台下满足大型电子工业厂房集中监控的要求，于是FMCS便由传统的PLC扩展而来。

二、 FMCS功能介绍

FMCS（Facility Management Control System）-厂务监控系统，主要功能包括两个方面：

1、PLC控制功能

a、洁净室控制系统维持无尘室的洁净度、 温度、湿度、压力、新风量等参数，为生产提供安全可靠的环境。监控对象有空调新风机组、 排风机组、 洗涤塔、干盘管、 FFU、FAB内的压力、温度、湿度等。

b、冷冻水控制系统为空调、 盘管、 热交换器等一系列设施提供冰水。它主要监控对象为冷冻机、 水泵、 水温、流量、管道压力、阀门、 及其它设备。

c、冷却水控制系统包括冷却塔通过冷却水的循环将冷冻机与压缩机产生的热量排放到外部环境中。为确保生产要求，要对供水压力与流量、冷却水水温进行控制。

d、热水控制系统对热水系统监控主要涉及空压机热回收利用温度控制和燃气锅炉的通信、水温、水泵、热水的压力监控。

2、其它子系统的接入

基于PLC光纤环网接入其他厂务系统，如：电力监控SCADA系统、工艺真空系统、清扫真空系统、压缩空气系统、纯水制备系统、废水处理系统、大宗气体系统、特气系统、化学品供应系统、酸碱毒废气处理系统、有机废气处理系统、一般排风、工艺冷却水、POU、特气侦测系统、以及重要单机设备参数的采集监控。

三、FMCS的特点

通过上面的介绍，可以看出FMCS在完成常规PLC控制以外，需要集成眾多子系统，所以此系统要求具有稳定性强、数据吞吐量大、集成度高的特点，以实现传统工业自动化到适应未来电子制造控制的提升，其主要特点如下：

1、自身控制系统：本项目TFT-LCD 8.5代线的生产工艺相当先进，厂房的规模大，对生产环境求愈加苛刻，需保证洁净间环境以保证产品良率，厂务系统所控制的洁净室的温湿度（设计要求无尘室的温度变化在±2℃，相对湿度的变化在±5%），水系统的温度、压力、流量要求也极为严格，不允许任何大的波动，因此此次采用了罗克韦尔高端的ControlLogix-1756系列PLC来完成洁净间、水系统的控制。控制器采用传统的电源、PLC控制器、通讯等硬冗余，以确保高可靠性。

2、网络结构：FMCS依托PLC固有网络采用分层分布式结构的监控系统，按控制级别分为四层：

a、第一层为现场设备层，包括各类温度、压力、流量、物位、成份等仪表及调节阀、变频器，实现对现场仪表数据的采集和执行机构的闭环控制。

b、第二层为控制层，采用罗克韦尔设计的ControlNet网络，用以连接PLC控制器到远程IO站，此主干网设计为双线冗余，A、B网同时传送实时可靠的现场设备层数据。当故障发生时，网络可实现无扰动、无滞后的自动切换，同时产生诊断信息显示通道故障。ControlNet的千米传输速率为5Mbps。该层包括可完成单元层操作的软件和硬件，实现对底层设备的数据采集，下发控制命令，监视现场控制情况的功能。控制网ControlNet的冗余配置，采用不同路径的冗余网络配置，ControlLogix同时侦听两条网络上的信息，而选择其中信息质量更好的网络信息，极大地提高了网络的可靠性，其具有以下特点：

c、第三层为信息层：采用EtherNet/IP工业以太网，为环形拓扑结构，网络的传输速率设计为 1000Mbps，此网络不但接入控制层所有PLC控制器以外，还利用网络余量接入第三方子系统，此层网络的稳定性和扩展性极为重要，主要用单模光纤与管理级交换机构成。

d、第四层为管理层：该层分为现场子系统管理和全厂管理，管理层包括操作站、工程师站、冗余主服务器、冗余OPC服务器、数据库服务器等，全厂管理是监视和管理中心，负责整个系统协调运行和综合管理。（图1）

四、FMCS配置说明

FMCS系统采用罗克韦尔自动化公司的14套冗余的ControlLogix控制器、配套121台Remote ControlLogix IO站、冗余机架及冗余I/O电源、冗余的控制网络ControlNet、9785个I/O信号硬点来实现；在各个分厂配有14套PLC控制盘柜的VersaView触摸屏上设置1台操作员站；FMCS控制室设6台冗余的HMI服务器，2台冗余OPC服务器、1台HISTORIAN实时历史数据库服务器，1台PEMS能源管理服务器，2台工程师站、11台操作员站，其中6台操作员站作为自身洁净间、水系统的控制，另外5台操作员站兼做工艺冷却水、酸碱有毒排气、有机排气、一般工艺设备排气、POU这五套独立控制子系统的工程师站，其它子系统与重要单机设备参数皆由OPC、Modbus完成数据采集。

五、结语

FMCS是将厂务设施各系统的监控资料利用Ethernet、控制器、通讯设备等集成至中央监控设备，形成全厂监控系统，便于互通全厂信息、提升整体管理绩效、降低投资运行成本。而成熟的PLC产品为此类大型电子厂房FMCS系统提供了稳定、优秀的基础平台，本项目采用罗克韦尔自动化PLC产品作为本项目的系统解决方案，其先进的产品特性和开放的技术使得FMCS的先进、稳定和可靠性得到充分保证。