一、背景介紹:
項目總建筑面積16970㎡。用于安裝60臺ASF長(cháng)晶爐及3條FAB生產(chǎn)線(xiàn),配套10KV供電專(zhuān)線(xiàn)及其它動(dòng)力輔助設施,實(shí)現年產(chǎn)500萬(wàn)片2inch 藍寶石襯底材料的生產(chǎn)能力。
為完善廠(chǎng)務(wù)系統,提升水、電、氣等設備運行的可靠性,保障藍寶石晶體生長(cháng)和加工等主工藝流程的安全與穩定。通過(guò)對現有廠(chǎng)務(wù)系統的所有信號進(jìn)行數據采集,將各系統設備的運行狀態(tài)和實(shí)時(shí)數據傳輸到主控制室,并通過(guò)組態(tài)軟件進(jìn)行檢測、分析和控制,以實(shí)現系統設備的集中調度與監控。
二、系統要求:
對廠(chǎng)務(wù)生產(chǎn)的工藝流程、運行維護、供耗輸出等關(guān)鍵生產(chǎn)執行指標數據,進(jìn)行以PLC/OPC數據采集、HMI人機接口和SCADA遠程圖控以及移動(dòng)終端現場(chǎng)作業(yè)四項技術(shù)為基礎的遠程實(shí)時(shí)組態(tài)采集監控,從而實(shí)現對生產(chǎn)數據流的管理。
實(shí)現數據顯示、遠程控制、故障報警、數據歸檔、分析報表等五項主要功能。
a.顯示: 包括對實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據的分層分系統區域選擇和單系統按工藝流進(jìn)行設備監控,同時(shí)監控顯示應支持分屏和多線(xiàn)程展示。
b.控制:包括對水泵、冰機、風(fēng)機、空調箱等設備的遠程啟停,調速,設置系統運行的重要 參數和工作模式等。
c. 報警:包括對實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據變量按照報警閥值規則進(jìn)行監測,提供UI和聲光報警,并制作打印相關(guān)報警文檔記錄。
d.歸檔:包括對實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據全部進(jìn)行歸檔,能夠對主要設備進(jìn)行歷史記錄和趨勢圖形的查詢(xún)展示,并能夠對歷史記錄進(jìn)行周期存儲。
e. 分析: 包括對水、電、風(fēng)、氣等部分的能耗管理,生成報表。
三、系統特點(diǎn):
1、整個(gè)系統控制分散,系統由兩期廠(chǎng)房組成,距離300多米,同時(shí)廠(chǎng)房分成4層,覆蓋距離遠。
2、采集的數據量大,涉及到十幾個(gè)系統,包括高壓系統、低壓TM1-TM6系統、CDA系統、HE氣系統、排氣系統、空調系統、PCW系統、冰水系統、百級無(wú)塵室系統等,信息點(diǎn)達到了4000多個(gè)。
3、數據涉及的通訊協(xié)議種類(lèi)多,包括Modbus協(xié)議、自由口協(xié)議、OPC協(xié)議。同時(shí)還有硬接點(diǎn),單獨的模擬量數據采集,局部的PLC控制器接入等,因此需要的采集方式多樣。
4、數據實(shí)時(shí)性和穩定性要求高。晶體在生長(cháng)過(guò)程中對環(huán)境的要求很高,溫度、壓力、水質(zhì)等指標的過(guò)低過(guò)高都會(huì )導致晶體破壞。而這些因素跟其他系統的運行狀況是密切相關(guān)的,及時(shí)地發(fā)現問(wèn)題,解決問(wèn)題可以有效避免這些損失。
四、解決方案:
根據現場(chǎng)的情況,采用上位WINCC7.0監控軟件,光纖環(huán)網(wǎng)通訊,下位機多種方式采集現場(chǎng)數據,水系統通過(guò)OPC服務(wù)傳輸,儀表和其他能夠提供RS485接口的設備通過(guò)騰控可編程網(wǎng)關(guān)TG900P采集數據。其他分布式終端設備通過(guò)PLC及其遠程IO模塊采集數據。
本監控系統采用分層分布式結構,即設備層,通訊層與監控層,拓撲圖如下所示:
設備層:
、佟‰姎庀到y儀表:高壓、低壓、變壓器、發(fā)電機、UPS五類(lèi)配電區域的儀表數量較多,且只有RS485通訊接口,不能直接接入網(wǎng)絡(luò )。此處采用北京騰控科技的網(wǎng)關(guān)TG900P對儀表數據集中管理,然后通過(guò)網(wǎng)口(MODBUS TCP)將數據傳輸到環(huán)網(wǎng)中。TG900P有3個(gè)串口,每個(gè)串口可連接32個(gè)儀表,為了保證數據傳輸速率,現場(chǎng)實(shí)際連接都沒(méi)有超過(guò)6個(gè)。
、凇LC控制器:干燥機、制氮機、污水處理站以及純水處理站都由現場(chǎng)PLC控制。
、邸PC服務(wù):以空調、PCW、冷卻水、冰水、熱水、RO水與DI水等為主要對象的暖通系統,由27個(gè)DDC控制器單獨控制,并在暖通機房有監控觸摸屏,這些數據再通過(guò)以太網(wǎng)OPC服務(wù)傳輸到到監控室。
、堋×闵O數據:針對特氣儀表檢測值、排風(fēng)排氣系統分布狀態(tài),采用分布式擴展終端,通過(guò)PLC模塊采集傳輸數據,分布的IO模塊使用騰控科技SDP模塊通訊。騰控科技SDP模塊是工業(yè)級高性能PROFIBUS-DP從站,集DP接口與I/O與一體。
通訊層:
光纖環(huán)網(wǎng)通過(guò)交換機把分散在現場(chǎng)各機柜中的采集設備集中采集,同時(shí)遠傳至監控層,完成設備層和監控層之間的數據交互。
網(wǎng)關(guān)采集設備TG900P將Modbus總線(xiàn)數據轉化成以太網(wǎng)傳輸,分散的IO模塊數據傳輸至PLC,光電收發(fā)器將OPC服務(wù)器連接至交換機。
監控層:
中央監控計算機含操作員站及工程師站2個(gè)工作站,兩站間互為熱備冗余,支持多線(xiàn)程操作,含1個(gè)VGA輸出接口(用于外部大屏幕分屏展示)。中央監控計算機基于以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng),通過(guò)人機界面下達各種調度指令和工藝參數設定,并能夠把現場(chǎng)采集的實(shí)時(shí)工況和工藝參數數據,處理制作成生產(chǎn)管理報表、故障實(shí)時(shí)報表和設備運行歷史變化趨勢曲線(xiàn)等。
五、部分監控界面展示:
高壓系統
低壓系統
CDA系統
HE氣系統
空調系統
污水系統
PCW系統
冰水系統
六、方案特點(diǎn):
1、采用集散型結構多種采集方式柔性捏合一起,相互無(wú)干擾,數據采集完整,幾乎涵蓋了廠(chǎng)房所有有價(jià)值的信息。網(wǎng)關(guān)TG900P的使用使得系統開(kāi)放性好、易于擴展。同時(shí)采集設備使用率最大化,節約了成本。
2、網(wǎng)絡(luò )采用標準的工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)通信,安全性高。光纖環(huán)網(wǎng)可以防止光纖網(wǎng)絡(luò )中任何一條連接線(xiàn)斷掉,影響連接中的一個(gè)區域所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò )安全隱患。它能防止一處連接發(fā)生故障而影響整體網(wǎng)絡(luò ),使網(wǎng)絡(luò )處于冗余模式。同時(shí)網(wǎng)絡(luò )交換機使用MOXA EDS系列,它是目前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構,它的自愈性功能好,具有生存力強,網(wǎng)絡(luò )傳輸穩定和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
3、監控軟件WINCC監控管理功能強大、實(shí)時(shí)采集顯示運行工況及有關(guān)數據,畫(huà)面逼真,動(dòng)感強。
4、上位機雙機冗余,可靠性好。運行期間相互監控,可以及時(shí)發(fā)現對法是否故障,如果一臺服務(wù)器故障,另一臺自動(dòng)切換到狀態(tài),保證了數據的完整性和控制的穩定性。當故障的服務(wù)器正常投入后,故障期間的歸檔數據會(huì )自動(dòng)復制到故障恢復后的服務(wù)器。
5、Web發(fā)布,遠程可以通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)上位機WINCC的畫(huà)面。
6、完善的數據庫功能,方便查詢(xún)歷史數據、追溯報警狀態(tài)。
七、結論:
本文所述的監控系統在實(shí)際運行中收到了良好效果,做到了監控管理逐步向自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展。隨著(zhù)對廠(chǎng)房信息集成要求越來(lái)越高,該類(lèi)型的系統在廠(chǎng)房信息化管理中的應用將更加廣泛。
附:本解決方案由北京瑞科華創(chuàng )科技有限公司設計完成,如需了解方案更多信息或技術(shù)交流,請訪(fǎng)問(wèn)北京瑞科華創(chuàng )科技有限公司網(wǎng)站:http://www.bjrkhc.com/