GE系列Genius I/O 在天津MOTOROLA MOS17實現潔凈室和超純水工藝控制

　　GE智能設備（上海）有限公司 潘慰

Motorola mos17 位于天津西青開發區，Cleanroom 5000平方米, 周產6000片8英寸WAFER, 分別有M1,M2, M2.5, M3, M5.5的潔凈度區域。項目于1999年啟動，2000年STARTUP，2002年五月下線第一片WAFER。2004年MOTOROLA以股份方式轉讓給中芯國際SMIC運營。

全廠使用GE PLC，包括系列90-70, 系列90-30 PLC, Genius I/O，Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY, 約50個CPU，構成FMCS (Facility Management and Control System)的主體部分。

　　Cleanroom SPEC: Temperature 68+/-2 DegF, Humidity 45%+/-3 ，其中M1 區Temp 68+/-0.5 DegF, Humidity 45%+/-1.5 。

　　系統解決方案與實施

　　1. 系統結構

FMCS由兩層網絡構成，其一是全廠共享的以太網網絡，連接HMI/SCADA server/client, PLC cpu 機架，LnsDDE server；其二是LON net 和Genius net, Lon net 連接Lon格式的變送器和 DDE server，Genius net用于PLC cpu之間以及cpu和Genius I/O之間的通訊。

　　2. 工藝控制

芯片廠的主廠房分四層:FAN deck, pressurized zone, fab, sub-fab。通常有兩種設計方案，區別在于回風是通過sub-fab還是通過gray zone；回風通過sub-fab意味著經過處理的潔凈空氣損失的多，需要加大新風機組的數量和能力，能量消耗的多，在pressurized zone入口處設置氣囊包通過鼓漲程度微調fab靜壓；回風通過gray zone，即fab中的設備后臺區，回到FAN deck層的RAH單元，經過處理的潔凈空氣損失的少，較少耗能，RAH單元風機運行頻率經過建廠時的壓力平衡整定后運行中只需微調MAH主風道上的壓力設定值就可控制fab靜壓。MOS17選擇了后者的設計方案。在穩定靜壓和50％~100% zone 過濾的情況下，潔凈度就穩定了，以下內容詳細討論FAB的溫度，濕度，靜壓，酸堿排風的控制。

　　溫度

參與溫度控制的環節有MAH, RAH, LON sensor。MAH環節中外部空氣從入到出依次經過預加熱，變頻風機，一級冷水，二級冷水，加濕，再加熱盤管，其中和Fab 溫度控制有關的只是一級冷水和再加熱盤管。當外部空氣絕對濕度很低（通常是冬季），濕度控制落在加濕區間，不需要一級冷水的配合時，調高一級冷水出風的溫度設定值可以節能；再加熱盤管是MAH中與FAB溫度控制有關的唯一始終工作的單元，保持出風溫度高于SPEC 1 Deg F左右，交由每個BAY的RAH單元冷水盤管閥門控制最終送風溫度；每個white bay 墻上設置的幾個LON sensor 溫度值和心跳數直接以LON的標準格式傳遞給相應區域的LNSdde server，經由HMI/SCADA平均值計算后傳遞給相應LNSdde server網絡下的RAH單元，微調送風的設定值，心跳有問題時（說明現場信息不刷新）保持上一次的合理區間溫度值作為反饋process value (pv)；同時每組RAH的冷水閥開度也傳遞給LNSdde server，由HMI/SCADA獲取并平均值運算，用于微調MAH送風溫度的設定值，保持冷水閥的開度在相對精確線性響應的40％~80%區間工作。每臺MAH由獨立的系列90-30 PLC控制。

由于Netdde 的技術微軟并無持續的操作系統支持，dde server電腦上的軟件版本和操作系統的升級必須慎重。

　　濕度

SPEC中濕度的概念是相對濕度，對照表可以查到Dewpoint, RH, Temperature之間的關系，當溫度變化時即使Dewpoint（露點溫度，即絕對濕度，反映空氣中水分的絕對數量）不變，RH仍然有變化。相對濕度的控制是通過控制Dewpoint的濕度環節和穩定溫度環節的共同作用下實現的。

與濕度控制有關的環節是MAH的一級冷水，二級冷水，加濕，fab的Dewpoint變送器。Dewpoint變送器內容傳遞的途徑和溫度的Lon sensor一樣，用于reset MAH出口的Dewpoint設定值。PLC的應用程序一定要考慮HMI/SCADA冗余的PC出現問題重啟時所有數據可能初始化的情況，即發現Lon sensor無心跳或數值明顯不合理時有相應的應用程序考慮，建廠時曾出現過一次所有加濕器滿負荷工作的情況，經三天掃風處理才使FAB恢復正常，損失很大。

在PLC中濕度控制的PID只有一個，split控制，即0~50 時加濕器工作，50~100 時除濕工作，除濕的具體實現再有兩個PID回路，一為二級冷水（Glycol chill water）,一為一級冷水，二級冷水PID根據濕度PID輸出調節閥門，閥門開度值去調整一級冷水的出口溫度設定點，目的在于充分利用一級冷水將空氣的溫度降低到接近露點從而避免二級冷水的需求反復變化，同時可以節能。

壓力

壓力的控制主要是MAH之間協調的問題，雖然所有的MAH都是獨立的VFD，但VFD控制信號只能來至于一個PID回路，如果每個VFD根據主風道的PT自行調整輸出，運行一天或兩天時間后一定會有一臺MAH慢慢停機，因為各自PID運算時某臺VFD降速時別的并行運行的VFD會提速補償，使得降速的繼續降，提速的繼續提。

　　實現PLC CPU間通訊的方式很多，現場采取的是最有風險的一個，Lon sensor – Lnsdde server – HMI/SCADA – PLC。中間環節太多，使得將來的運行維護有風險?？梢詫Ρ人釅A排風工藝的通訊實現方式：Genius I/O 獲取公共的壓力信號，通過Genius網絡共享給所有CPU，顯然這個方式簡單直接。

　　酸堿排風

　　工藝設備的機組容量設計為N+1方式，保證一臺機組故障或預防性維護時滿足生產需求，控制要求任何時候都保證主風道的負壓穩定，避免工藝設備停機。

　　Genius 網絡一方面通過IO信息共享壓力信號給所有的機組，另一方面通過全局數據共享CPU之間的信息如，VFD命令，機組運行情況等。設置Master, first slave, second slave 身份，Master 機組計算PID并將VFD速度命令給所有機組，當Master 故障或預防性維護時 first slave 承擔這個工作，依次類推。

　　其它工藝如冷水機組等不再詳述，按工藝設計要求實現。

　　8臺冷水機組和2臺GLYCOL冷水機組以及鍋爐的監視和各級泵由系列90-30PLC控制；

　　空氣壓縮機，工藝冷水設備，由系列90-30PLC控制相應機組；

　　超純水由4套系列90-30結合Genius I/O控制；

　　廢水處理及市政水供應也由相應的系列90-30控制；

　　化學品供應的監控由系列90-70雙機實現，HMI/SCADA為Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY。

　　YORK冷水機組順控時要求使用YORK LINK protocol，系列90-30的方式是使用PCM模塊BASIC編程，可以實現但日后的維護修改比較麻煩，如果使用PACSystems RX3i系統的CMM002/004組態方式實現free protocol則利于維護，當然這是后話了。

　　實施結果

　　Invensys使用GE 產品，組織協調多國分包商，按工期、高質量成功實施了FMCS系統。作為單一廠址1萬多IO點的大型監控項目，集成了HMI/SCADA,PLC,LON等多方面的技術，實現了半導體生產的zero down time要求。

　　關于GE智能平臺

　　GE智能平臺是一個提供高新技術的企業，它為世界各地的用戶提供用于自動化控制和嵌入式領域的軟硬件產品、服務以及專業技術。我們為用戶提供一個獨特的、靈活的、超可靠的技術基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防以及通訊等領域，獲得持續的競爭優勢。GE智能平臺總部設在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾，是GE企業解決方案業務集團的一員。需獲取更多詳情，請訪問www.ge-ip.com。

　　關于GE企業解決方案

　　GE企業解決方案通過提供集成的解決方案幫助客戶提升生產力和收益，這些解決方案涵蓋了傳感器和無損檢測、安防和生命安全技術、電力系統保護和控制以及工廠自動化和Embedded計算系統。企業解決方案的高科技、高增長的業務包括傳感與檢測技術，安防，數字能源和智能平臺。世界各地60多個國家的17000多名員工為客戶解決各種問題。