摘 要: 要實(shí)現(xiàn)微電子潔凈廠房的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，離不開與之配套的電力、空調(diào)、通風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)、廢 氣處理系統(tǒng)、純水系統(tǒng)、中溫冷凍水系統(tǒng)、壓縮空氣、特氣及大宗氣體純化等外圍條件保障系統(tǒng)。在微 電子廠房廠務(wù)管理中應(yīng)用計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)(FMCS)可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)各系統(tǒng)及成套設(shè)備的集中監(jiān) 控管理，通過(guò)統(tǒng)一的通信接口和通信協(xié)議，連接相關(guān)系統(tǒng)和成套設(shè)備所提供的盤柜，并將其關(guān)鍵數(shù)據(jù) 集成到 FMCS 系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行監(jiān)視與控制、故障報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。通過(guò)此系統(tǒng)， 廠務(wù)管理人員在中控室即可準(zhǔn)確掌握 FAB 及 CUB 內(nèi)各動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有利于維護(hù)系統(tǒng)及生產(chǎn) 環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合和協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　關(guān)鍵詞：潔凈廠房;廠務(wù)管理;計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)

　　1 引 言

　　以某微電子產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目為背景，論述計(jì)算機(jī)集中 監(jiān)控系統(tǒng)(Facility Management and Control System, FMCS)在微電子潔凈廠房工程中的應(yīng)用。該 FMCS 系統(tǒng)由監(jiān)控工作站、系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè) 備、現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制柜、遠(yuǎn)程 I/O 柜、各類儀表、閥門等 組成。

　　實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)空調(diào)、通風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)、廢氣處 理系統(tǒng)、中溫冷凍水系統(tǒng)、壓縮空氣、氣體純化等進(jìn) 行集中監(jiān)控管理，并以圖形方式顯示所監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)顯示系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)和故障 情況[1]。此外，系統(tǒng)還將通過(guò)統(tǒng)一的通信接口和通信 協(xié)議，連接相關(guān)系統(tǒng)和成套設(shè)備所提供的盤柜，并將 其關(guān)鍵數(shù)據(jù)集成到 FMCS 系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行監(jiān)視與控制、故障報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

　　2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　該 FMCS 系統(tǒng)由兩層組成，上層用于監(jiān)控管理 的系統(tǒng)，下層用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和控制的系統(tǒng)，通過(guò) 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，以光纖環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接成一個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)[2] 。 FMCS 控制基于智能的分布系統(tǒng)和獨(dú)立控制 器，控制器工作在多任務(wù)多用戶環(huán)境，控制網(wǎng)絡(luò)為 基于 TCP/IP 的工業(yè)以太網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線采用 Profibus DP、Modbus 等標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議[3] 。系統(tǒng)以圖形方式顯 示所監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，故障報(bào)警將被優(yōu)先顯示。監(jiān)控系統(tǒng)由 FMCS 控制工作站、現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制 柜、遠(yuǎn)程 I/O 柜，各類儀表、傳感器、閥門等組成。

　　本 項(xiàng)目自控系統(tǒng) FMCS，其監(jiān)控點(diǎn)包括硬接線 I/O 通道 連接的廠務(wù)系統(tǒng)的儀表、閥門和傳感器信號(hào)，以及通 過(guò)以太網(wǎng)和 OPC 接口，連接其他系統(tǒng)和設(shè)備所提供 的數(shù)據(jù)。上層監(jiān)控管理系統(tǒng)包括服務(wù)器、監(jiān)控電腦、打 印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。系統(tǒng)配置 1 套上位監(jiān)控管理軟件，2 臺(tái)冗余式 服務(wù)器，用于 PLC 控制器及各系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集 和儲(chǔ)存。

　　本項(xiàng)目 FMCS 監(jiān)控點(diǎn)包括硬接線 I/O 通道 連接的廠務(wù)系統(tǒng)的儀表、閥門和傳感器信號(hào)，以及 通過(guò)以太網(wǎng)和 OPC 接口，連接其他系統(tǒng)和成套設(shè)備 所提供的數(shù)據(jù)，其監(jiān)控類型包括 AI-模擬量輸入通 道(4～20mA)、AO-模擬量輸出通道(4～20mA)、DI-開 關(guān)量輸入模塊(24V DC)、DO-開關(guān)量輸出通道(24V DC，0.5A 配繼電器隔離)、集成系統(tǒng)包 OPC Item 數(shù)據(jù)和 History Logs 數(shù)據(jù)。要求防爆區(qū)域的信號(hào)必須經(jīng) 過(guò)安全柵接入 PLC。每個(gè)輸出通道必須保持自己傳 輸值的安全性，即可以自動(dòng)執(zhí)行檢驗(yàn)控制器和輸出 卡間的通信超時(shí)。當(dāng)控制器故障或通信超時(shí)時(shí)，輸出 通道可以根據(jù)組態(tài)保持在最后一次的輸出值或輸出 一個(gè)預(yù)先設(shè)定的安全值[4] 。

　　下層現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)則用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的系統(tǒng)由控 制器、傳感器、變送器、執(zhí)行器及線路工程等組成，應(yīng) 用于空調(diào)機(jī)組、一般排風(fēng)、低溫冷凍水系統(tǒng)、中溫冷 凍水系、PCW 系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、一般給排水系統(tǒng)、鍋 爐系統(tǒng)等。 各設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)/裝置由設(shè)備成套提供， FMCS 負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集及部分控制，設(shè)備 的監(jiān)控系統(tǒng)/裝置應(yīng)提供通用的接口，要求冷水機(jī) 組、空氣壓縮機(jī)、吸附干燥器、真空燃?xì)忮仩t等機(jī)組 提供 MODBUS 接口。

　　各系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)/裝置由系統(tǒng)成套提供， FMCS 負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集及控制，系統(tǒng)包的 監(jiān)控系統(tǒng)/裝置應(yīng)提供通用的接口，要求溶劑回收系 統(tǒng)、廢水提升系統(tǒng)、FFU 系統(tǒng)、大宗氣體及純化氣系 統(tǒng)、工藝真空系統(tǒng)、純水系統(tǒng)等提供 OPC 接口。上述 系統(tǒng)所有運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)通過(guò)通訊上傳至 FMCS[5] 。

　　3 系統(tǒng)硬件及軟件

　　3.1 硬件配置

　　系統(tǒng)采用 PLC 控制，所有的硬接線點(diǎn)可以通過(guò) PLCs 監(jiān)視并/或者控制。系統(tǒng)中每個(gè) PLC 都是完全 獨(dú)立的控制器，利用所有固件和軟件，在獨(dú)立的基 礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全部控制。其中 CUB 和 FAB 空調(diào)機(jī)房 PLC 采用冗余控制器(不接受軟件冗余)，F(xiàn)AB 其他 部位 PLC 可采用非冗余控制器[6]。 PLCs 控制器和遠(yuǎn)程 I/O 之間，采用光纖進(jìn)行通 信連接以抑制干擾和預(yù)防雷擊，且所有硬件模塊應(yīng) 滿足 ISA-S71.04 G3 防腐標(biāo)準(zhǔn)。

　　系統(tǒng) PCs 在滿足系 統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上采用主流穩(wěn)定的規(guī)格配置。 FMCS 網(wǎng)絡(luò)采用冗余網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的本地集線 器/交換機(jī)要求帶通風(fēng)設(shè)施，以免過(guò)熱。網(wǎng)絡(luò)配置管 理器采用 RJ-45 以太網(wǎng)適配器，放在有門的接線盒 里，包括盒和集線器之間的線路。 為了集成系統(tǒng)包和設(shè)備包的數(shù)據(jù)，F(xiàn)MCS 系統(tǒng) 至少應(yīng)支持以下通信協(xié)議和接口：OPC DA&AE、 OLE - DB、Modbus RTU&TCP、Profibus DP&PA、IEC 61850、Profinet I/O、Hart 等。

　　3.2 系統(tǒng)軟件

　　控制系統(tǒng)軟件，可以定義多級(jí)別用戶、密碼保 護(hù)、安全保證。包含全面制圖功能、報(bào)警管理、實(shí)時(shí) 和歷史記錄，并提供實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)。 FMCS 軟件采用統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)，統(tǒng)一的數(shù)據(jù) 庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：PLC 控制程序編程和下裝、 圖形編輯工具、IEC61131-3 編程語(yǔ)言、數(shù)據(jù)點(diǎn)配置 和管理、系統(tǒng)診斷和設(shè)備管理、歷史趨勢(shì)、報(bào)警和報(bào) 表組態(tài)等[7-8]。

　　電路論文投稿刊物：《軟件和集成電路》創(chuàng)刊于1984年，是由中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部主管、賽迪工業(yè)和信息化研究院主辦的一份IT專業(yè)媒體。旨在推動(dòng)計(jì)算機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用，推動(dòng)我國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)的建立和發(fā)展，促進(jìn)軟件應(yīng)用社會(huì)化、軟件開發(fā)工程化、軟件成果商品化和軟件經(jīng)營(yíng)企業(yè)化等方面的工作更好開展。

　　4 結(jié) 束 語(yǔ)

　　在微電子潔凈廠房工程中應(yīng)用 FMCS 系統(tǒng)，實(shí) 現(xiàn)了將廠務(wù)設(shè)施相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備的數(shù)據(jù)整合集成至 中央監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控及信息共享， 降低了廠務(wù)運(yùn)維成本及管理難度，有效提升了廠務(wù)管理水平。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 秦建東, 李玲. 集成電路制造的超潔凈工程分析[J]. 集成電路應(yīng)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, 劉昌華. 廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)在南京中電熊貓液晶項(xiàng) 目中的應(yīng)用[J]. 通信與廣播電視, 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 系統(tǒng)在集成電路工廠中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)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 剛