GE系列Genius I/O 在天津MOTOROLA MOS17實(shí)現(xiàn)潔凈室和超純水工藝控制

　　GE智能設(shè)備（上海）有限公司 潘慰

Motorola mos17 位于天津西青開(kāi)發(fā)區(qū)，Cleanroom 5000平方米, 周產(chǎn)6000片8英寸WAFER, 分別有M1,M2, M2.5, M3, M5.5的潔凈度區(qū)域。項(xiàng)目于1999年啟動(dòng)，2000年STARTUP，2002年五月下線第一片WAFER。2004年MOTOROLA以股份方式轉(zhuǎn)讓給中芯國(guó)際SMIC運(yùn)營(yíng)。

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(gè)CPU，構(gòu)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(qū)Temp 68+/-0.5 DegF, Humidity 45%+/-1.5 。

　　系統(tǒng)解決方案與實(shí)施

　　1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

FMCS由兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其一是全廠共享的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，連接HMI/SCADA server/client, PLC cpu 機(jī)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(shè)計(jì)方案，區(qū)別在于回風(fēng)是通過(guò)sub-fab還是通過(guò)gray zone；回風(fēng)通過(guò)sub-fab意味著經(jīng)過(guò)處理的潔凈空氣損失的多，需要加大新風(fēng)機(jī)組的數(shù)量和能力，能量消耗的多，在pressurized zone入口處設(shè)置氣囊包通過(guò)鼓漲程度微調(diào)fab靜壓；回風(fēng)通過(guò)gray zone，即fab中的設(shè)備后臺(tái)區(qū)，回到FAN deck層的RAH單元，經(jīng)過(guò)處理的潔凈空氣損失的少，較少耗能，RAH單元風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率經(jīng)過(guò)建廠時(shí)的壓力平衡整定后運(yùn)行中只需微調(diào)MAH主風(fēng)道上的壓力設(shè)定值就可控制fab靜壓。MOS17選擇了后者的設(shè)計(jì)方案。在穩(wěn)定靜壓和50％~100% zone 過(guò)濾的情況下，潔凈度就穩(wěn)定了，以下內(nèi)容詳細(xì)討論FAB的溫度，濕度，靜壓，酸堿排風(fēng)的控制。

　　溫度

參與溫度控制的環(huán)節(jié)有MAH, RAH, LON sensor。MAH環(huán)節(jié)中外部空氣從入到出依次經(jīng)過(guò)預(yù)加熱，變頻風(fēng)機(jī)，一級(jí)冷水，二級(jí)冷水，加濕，再加熱盤(pán)管，其中和Fab 溫度控制有關(guān)的只是一級(jí)冷水和再加熱盤(pán)管。當(dāng)外部空氣絕對(duì)濕度很低（通常是冬季），濕度控制落在加濕區(qū)間，不需要一級(jí)冷水的配合時(shí)，調(diào)高一級(jí)冷水出風(fēng)的溫度設(shè)定值可以節(jié)能；再加熱盤(pán)管是MAH中與FAB溫度控制有關(guān)的唯一始終工作的單元，保持出風(fēng)溫度高于SPEC 1 Deg F左右，交由每個(gè)BAY的RAH單元冷水盤(pán)管閥門(mén)控制最終送風(fēng)溫度；每個(gè)white bay 墻上設(shè)置的幾個(gè)LON sensor 溫度值和心跳數(shù)直接以LON的標(biāo)準(zhǔn)格式傳遞給相應(yīng)區(qū)域的LNSdde server，經(jīng)由HMI/SCADA平均值計(jì)算后傳遞給相應(yīng)LNSdde server網(wǎng)絡(luò)下的RAH單元，微調(diào)送風(fēng)的設(shè)定值，心跳有問(wèn)題時(shí)（說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)信息不刷新）保持上一次的合理區(qū)間溫度值作為反饋process value (pv)；同時(shí)每組RAH的冷水閥開(kāi)度也傳遞給LNSdde server，由HMI/SCADA獲取并平均值運(yùn)算，用于微調(diào)MAH送風(fēng)溫度的設(shè)定值，保持冷水閥的開(kāi)度在相對(duì)精確線性響應(yīng)的40％~80%區(qū)間工作。每臺(tái)MAH由獨(dú)立的系列90-30 PLC控制。

由于Netdde 的技術(shù)微軟并無(wú)持續(xù)的操作系統(tǒng)支持，dde server電腦上的軟件版本和操作系統(tǒng)的升級(jí)必須慎重。

　　濕度

SPEC中濕度的概念是相對(duì)濕度，對(duì)照表可以查到Dewpoint, RH, Temperature之間的關(guān)系，當(dāng)溫度變化時(shí)即使Dewpoint（露點(diǎn)溫度，即絕對(duì)濕度，反映空氣中水分的絕對(duì)數(shù)量）不變，RH仍然有變化。相對(duì)濕度的控制是通過(guò)控制Dewpoint的濕度環(huán)節(jié)和穩(wěn)定溫度環(huán)節(jié)的共同作用下實(shí)現(xiàn)的。

與濕度控制有關(guān)的環(huán)節(jié)是MAH的一級(jí)冷水，二級(jí)冷水，加濕，fab的Dewpoint變送器。Dewpoint變送器內(nèi)容傳遞的途徑和溫度的Lon sensor一樣，用于reset MAH出口的Dewpoint設(shè)定值。PLC的應(yīng)用程序一定要考慮HMI/SCADA冗余的PC出現(xiàn)問(wèn)題重啟時(shí)所有數(shù)據(jù)可能初始化的情況，即發(fā)現(xiàn)Lon sensor無(wú)心跳或數(shù)值明顯不合理時(shí)有相應(yīng)的應(yīng)用程序考慮，建廠時(shí)曾出現(xiàn)過(guò)一次所有加濕器滿負(fù)荷工作的情況，經(jīng)三天掃風(fēng)處理才使FAB恢復(fù)正常，損失很大。

在PLC中濕度控制的PID只有一個(gè)，split控制，即0~50 時(shí)加濕器工作，50~100 時(shí)除濕工作，除濕的具體實(shí)現(xiàn)再有兩個(gè)PID回路，一為二級(jí)冷水（Glycol chill water）,一為一級(jí)冷水，二級(jí)冷水PID根據(jù)濕度PID輸出調(diào)節(jié)閥門(mén)，閥門(mén)開(kāi)度值去調(diào)整一級(jí)冷水的出口溫度設(shè)定點(diǎn)，目的在于充分利用一級(jí)冷水將空氣的溫度降低到接近露點(diǎn)從而避免二級(jí)冷水的需求反復(fù)變化，同時(shí)可以節(jié)能。

壓力

壓力的控制主要是MAH之間協(xié)調(diào)的問(wèn)題，雖然所有的MAH都是獨(dú)立的VFD，但VFD控制信號(hào)只能來(lái)至于一個(gè)PID回路，如果每個(gè)VFD根據(jù)主風(fēng)道的PT自行調(diào)整輸出，運(yùn)行一天或兩天時(shí)間后一定會(huì)有一臺(tái)MAH慢慢停機(jī)，因?yàn)楦髯訮ID運(yùn)算時(shí)某臺(tái)VFD降速時(shí)別的并行運(yùn)行的VFD會(huì)提速補(bǔ)償，使得降速的繼續(xù)降，提速的繼續(xù)提。

　　實(shí)現(xiàn)PLC CPU間通訊的方式很多，現(xiàn)場(chǎng)采取的是最有風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)，Lon sensor – Lnsdde server – HMI/SCADA – PLC。中間環(huán)節(jié)太多，使得將來(lái)的運(yùn)行維護(hù)有風(fēng)險(xiǎn)。可以對(duì)比酸堿排風(fēng)工藝的通訊實(shí)現(xiàn)方式：Genius I/O 獲取公共的壓力信號(hào)，通過(guò)Genius網(wǎng)絡(luò)共享給所有CPU，顯然這個(gè)方式簡(jiǎn)單直接。

　　酸堿排風(fēng)

　　工藝設(shè)備的機(jī)組容量設(shè)計(jì)為N+1方式，保證一臺(tái)機(jī)組故障或預(yù)防性維護(hù)時(shí)滿足生產(chǎn)需求，控制要求任何時(shí)候都保證主風(fēng)道的負(fù)壓穩(wěn)定，避免工藝設(shè)備停機(jī)。

　　Genius 網(wǎng)絡(luò)一方面通過(guò)IO信息共享壓力信號(hào)給所有的機(jī)組，另一方面通過(guò)全局?jǐn)?shù)據(jù)共享CPU之間的信息如，VFD命令，機(jī)組運(yùn)行情況等。設(shè)置Master, first slave, second slave 身份，Master 機(jī)組計(jì)算PID并將VFD速度命令給所有機(jī)組，當(dāng)Master 故障或預(yù)防性維護(hù)時(shí) first slave 承擔(dān)這個(gè)工作，依次類推。

　　其它工藝如冷水機(jī)組等不再詳述，按工藝設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)。

　　8臺(tái)冷水機(jī)組和2臺(tái)GLYCOL冷水機(jī)組以及鍋爐的監(jiān)視和各級(jí)泵由系列90-30PLC控制；

　　空氣壓縮機(jī)，工藝?yán)渌O(shè)備，由系列90-30PLC控制相應(yīng)機(jī)組；

　　超純水由4套系列90-30結(jié)合Genius I/O控制；

　　廢水處理及市政水供應(yīng)也由相應(yīng)的系列90-30控制；

　　化學(xué)品供應(yīng)的監(jiān)控由系列90-70雙機(jī)實(shí)現(xiàn)，HMI/SCADA為Proficy HMI/SCADA–CIMPLICITY。

　　YORK冷水機(jī)組順控時(shí)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(shí)現(xiàn)但日后的維護(hù)修改比較麻煩，如果使用PACSystems RX3i系統(tǒng)的CMM002/004組態(tài)方式實(shí)現(xiàn)free protocol則利于維護(hù)，當(dāng)然這是后話了。

　　實(shí)施結(jié)果

　　Invensys使用GE 產(chǎn)品，組織協(xié)調(diào)多國(guó)分包商，按工期、高質(zhì)量成功實(shí)施了FMCS系統(tǒng)。作為單一廠址1萬(wàn)多IO點(diǎn)的大型監(jiān)控項(xiàng)目，集成了HMI/SCADA,PLC,LON等多方面的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體生產(chǎn)的zero down time要求。

　　關(guān)于GE智能平臺(tái)

　　GE智能平臺(tái)是一個(gè)提供高新技術(shù)的企業(yè)，它為世界各地的用戶提供用于自動(dòng)化控制和嵌入式領(lǐng)域的軟硬件產(chǎn)品、服務(wù)以及專業(yè)技術(shù)。我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€(gè)獨(dú)特的、靈活的、超可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，使得他們?cè)诎茉础⑺幚怼⑾M(fèi)品、國(guó)防以及通訊等領(lǐng)域，獲得持續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。GE智能平臺(tái)總部設(shè)在美國(guó)弗吉尼亞州的夏洛茨維爾，是GE企業(yè)解決方案業(yè)務(wù)集團(tuán)的一員。需獲取更多詳情，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.ge-ip.com。

　　關(guān)于GE企業(yè)解決方案

　　GE企業(yè)解決方案通過(guò)提供集成的解決方案幫助客戶提升生產(chǎn)力和收益，這些解決方案涵蓋了傳感器和無(wú)損檢測(cè)、安防和生命安全技術(shù)、電力系統(tǒng)保護(hù)和控制以及工廠自動(dòng)化和Embedded計(jì)算系統(tǒng)。企業(yè)解決方案的高科技、高增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)包括傳感與檢測(cè)技術(shù)，安防，數(shù)字能源和智能平臺(tái)。世界各地60多個(gè)國(guó)家的17000多名員工為客戶解決各種問(wèn)題。