一、背景介紹：
項目總建筑面積16970㎡。用于安裝60臺ASF長晶爐及3條FAB生產(chǎn)線，配套10KV供電專線及其它動力輔助設(shè)施，實現(xiàn)年產(chǎn)500萬片2inch 藍寶石襯底材料的生產(chǎn)能力。
為完善廠務(wù)系統(tǒng)，提升水、電、氣等設(shè)備運行的可靠性，保障藍寶石晶體生長和加工等主工藝流程的安全與穩(wěn)定。通過對現(xiàn)有廠務(wù)系統(tǒng)的所有信號進行數(shù)據(jù)采集，將各系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂剖�，并通過組態(tài)軟件進行檢測、分析和控制，以實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的集中調(diào)度與監(jiān)控。
二、系統(tǒng)要求：
對廠務(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(zhí)行指標(biāo)數(shù)據(jù)，進行以PLC/OPC數(shù)據(jù)采集、HMI人機接口和SCADA遠程圖控以及移動終端現(xiàn)場作業(yè)四項技術(shù)為基礎(chǔ)的遠程實時組態(tài)采集監(jiān)控，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)流的管理。
實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、遠程控制、故障報警、數(shù)據(jù)歸檔、分析報表等五項主要功能。
a.顯示: 包括對實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分層分系統(tǒng)區(qū)域選擇和單系統(tǒng)按工藝流進行設(shè)備監(jiān)控，同時監(jiān)控顯示應(yīng)支持分屏和多線程展示。
b.控制：包括對水泵、冰機、風(fēng)機、空調(diào)箱等設(shè)備的遠程啟停，調(diào)速，設(shè)置系統(tǒng)運行的重要 參數(shù)和工作模式等。
c. 報警：包括對實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)變量按照報警閥值規(guī)則進行監(jiān)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：包括對實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)全部進行歸檔，能夠?qū)χ饕O(shè)備進行歷史記錄和趨勢圖形的查詢展示，并能夠?qū)v史記錄進行周期存儲。
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(tǒng)特點：
1、整個系統(tǒng)控制分散，系統(tǒng)由兩期廠房組成，距離300多米，同時廠房分成4層，覆蓋距離遠。
2、采集的數(shù)據(jù)量大，涉及到十幾個系統(tǒng)，包括高壓系統(tǒng)、低壓TM1-TM6系統(tǒng)、CDA系統(tǒng)、HE氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、PCW系統(tǒng)、冰水系統(tǒng)、百級無塵室系統(tǒng)等，信息點達到了4000多個。
3、數(shù)據(jù)涉及的通訊協(xié)議種類多，包括Modbus協(xié)議、自由口協(xié)議、OPC協(xié)議。同時還有硬接點，單獨的模擬量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)實時性和穩(wěn)定性要求高。晶體在生長過程中對環(huán)境的要求很高，溫度、壓力、水質(zhì)等指標(biāo)的過低過高都會導(dǎo)致晶體破壞。而這些因素跟其他系統(tǒng)的運行狀況是密切相關(guān)的，及時地發(fā)現(xiàn)問題，解決問題可以有效避免這些損失。
四、解決方案：
根據(jù)現(xiàn)場的情況，采用上位WINCC7.0監(jiān)控軟件，光纖環(huán)網(wǎng)通訊，下位機多種方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，水系統(tǒng)通過OPC服務(wù)傳輸，儀表和其他能夠提供RS485接口的設(shè)備通過騰控可編程網(wǎng)關(guān)TG900P采集數(shù)據(jù)。其他分布式終端設(shè)備通過PLC及其遠程IO模塊采集數(shù)據(jù)。
本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即設(shè)備層，通訊層與監(jiān)控層，拓撲圖如下所示：
設(shè)備層：
�、佟‰姎庀到y(tǒng)儀表：高壓、低壓、變壓器、發(fā)電機、UPS五類配電區(qū)域的儀表數(shù)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(shù)據(jù)集中管理，然后通過網(wǎng)口（MODBUS TCP）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)網(wǎng)中。TG900P有3個串口，每個串口可連接32個儀表，為了保證數(shù)據(jù)傳輸速率，現(xiàn)場實際連接都沒有超過6個。
�、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(xiàn)場PLC控制。
③ OPC服務(wù)：以空調(diào)、PCW、冷卻水、冰水、熱水、RO水與DI水等為主要對象的暖通系統(tǒng)，由27個DDC控制器單獨控制，并在暖通機房有監(jiān)控觸摸屏，這些數(shù)據(jù)再通過以太網(wǎng)OPC服務(wù)傳輸?shù)降奖O(jiān)控室。
�、堋×闵O數(shù)據(jù)：針對特氣儀表檢測值、排風(fēng)排氣系統(tǒng)分布狀態(tài)，采用分布式擴展終端，通過PLC模塊采集傳輸數(shù)據(jù)，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)通過交換機把分散在現(xiàn)場各機柜中的采集設(shè)備集中采集，同時遠傳至監(jiān)控層，完成設(shè)備層和監(jiān)控層之間的數(shù)據(jù)交互。
網(wǎng)關(guān)采集設(shè)備TG900P將Modbus總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)傳輸，分散的IO模塊數(shù)據(jù)傳輸至PLC，光電收發(fā)器將OPC服務(wù)器連接至交換機。
監(jiān)控層：
中央監(jiān)控計算機含操作員站及工程師站2個工作站，兩站間互為熱備冗余，支持多線程操作，含1個VGA輸出接口(用于外部大屏幕分屏展示)。中央監(jiān)控計算機基于以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，通過人機界面下達各種調(diào)度指令和工藝參數(shù)設(shè)定，并能夠把現(xiàn)場采集的實時工況和工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，處理制作成生產(chǎn)管理報表、故障實時報表和設(shè)備運行歷史變化趨勢曲線等。
五、部分監(jiān)控界面展示：
高壓系統(tǒng)
低壓系統(tǒng)
CDA系統(tǒng)
HE氣系統(tǒng)
空調(diào)系統(tǒng)
污水系統(tǒng)
PCW系統(tǒng)
冰水系統(tǒng)
六、方案特點：
1、采用集散型結(jié)構(gòu)多種采集方式柔性捏合一起，相互無干擾，數(shù)據(jù)采集完整，幾乎涵蓋了廠房所有有價值的信息。網(wǎng)關(guān)TG900P的使用使得系統(tǒng)開放性好、易于擴展。同時采集設(shè)備使用率最大化，節(jié)約了成本。
2、網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)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)中任何一條連接線斷掉，影響連接中的一個區(qū)域所帶來的網(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。同時網(wǎng)絡(luò)交換機使用MOXA EDS系列，它是目前最先進的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，它的自愈性功能好，具有生存力強，網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定和可靠性高等優(yōu)點。
3、監(jiān)控軟件WINCC監(jiān)控管理功能強大、實時采集顯示運行工況及有關(guān)數(shù)據(jù)，畫面逼真，動感強。
4、上位機雙機冗余，可靠性好。運行期間相互監(jiān)控，可以及時發(fā)現(xiàn)對法是否故障，如果一臺服務(wù)器故障，另一臺自動切換到狀態(tài)，保證了數(shù)據(jù)的完整性和控制的穩(wěn)定性。當(dāng)故障的服務(wù)器正常投入后，故障期間的歸檔數(shù)據(jù)會自動復(fù)制到故障恢復(fù)后的服務(wù)器。
5、Web發(fā)布，遠程可以通過瀏覽器訪問上位機WINCC的畫面。
6、完善的數(shù)據(jù)庫功能，方便查詢歷史數(shù)據(jù)、追溯報警狀態(tài)。
七、結(jié)論：
本文所述的監(jiān)控系統(tǒng)在實際運行中收到了良好效果，做到了監(jiān)控管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展。隨著對廠房信息集成要求越來越高，該類型的系統(tǒng)在廠房信息化管理中的應(yīng)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(shè)計完成，如需了解方案更多信息或技術(shù)交流，請訪問北京瑞科華創(chuàng)科技有限公司網(wǎng)站：http://www.bjrkhc.com/
