一、背景介绍：
　　项目总建筑面积16970㎡。用于安装60台ASF长晶炉及3条FAB生产线，配套10KV供电专线及其它动力辅助设施，实现年产500万片2inch 蓝宝石衬底材料的生产能力。
　　为完善厂务系统，提升水、电、气等设备运行的可靠性，保障蓝宝石晶体生长和加工等主工艺流程的安全与稳定。通过对现有厂务系统的所有信号进行数据采集，将各系统设备的运行状态和实时数据传输到主控制室，并通过组态软件进行检测、分析和控制，以实现系统设备的集中调度与监控。

二、系统要求：
　　对厂务生产的工艺流程、运行维护、供耗输出等关键生产执行指标数据，进行以PLC/OPC数据采集、HMI人机接口和SCADA远程图控以及移动终端现场作业四项技术为基础的远程实时组态采集监控，从而实现对生产数据流的管理。
　　实现数据显示、远程控制、故障报警、数据归档、分析报表等五项主要功能。
　　a.显示: 包括对实时生产数据的分层分系统区域选择和单系统按工艺流进行设备监控，同时监控显示应支持分屏和多线程展示。
　　b.控制：包括对水泵、冰机、风机、空调箱等设备的远程启停，调速，设置系统运行的重要 参数和工作模式等。
　　c. 报警：包括对实时生产数据变量按照报警阀值规则进行监测，提供UI和声光报警，并制作打印相关报警文档记录。
　　d．归档：包括对实时生产数据全部进行归档，能够对主要设备进行历史记录和趋势图形的查询展示，并能够对历史记录进行周期存储。
　　e. 分析: 包括对水、电、风、气等部分的能耗管理，生成报表。

三、系统特点：
　　1、整个系统控制分散，系统由两期厂房组成，距离300多米，同时厂房分成4层，覆盖距离远。
　　2、采集的数据量大，涉及到十几个系统，包括高压系统、低压TM1-TM6系统、CDA系统、HE气系统、排气系统、空调系统、PCW系统、冰水系统、百级无尘室系统等，信息点达到了4000多个。
　　3、数据涉及的通讯协议种类多，包括Modbus协议、自由口协议、OPC协议。同时还有硬接点，单独的模拟量数据采集，局部的PLC控制器接入等，因此需要的采集方式多样。
　　4、数据实时性和稳定性要求高。晶体在生长过程中对环境的要求很高，温度、压力、水质等指标的过低过高都会导致晶体破坏。而这些因素跟其他系统的运行状况是密切相关的，及时地发现问题，解决问题可以有效避免这些损失。

四、解决方案：
　　根据现场的情况，采用上位WINCC7.0监控软件，光纤环网通讯，下位机多种方式采集现场数据，水系统通过OPC服务传输，仪表和其他能够提供RS485接口的设备通过腾控可编程网关TG900P采集数据。其他分布式终端设备通过PLC及其远程IO模块采集数据。
　　本监控系统采用分层分布式结构，即设备层，通讯层与监控层，拓扑图如下所示：

　　设备层：
　　①　电气系统仪表：高压、低压、变压器、发电机、UPS五类配电区域的仪表数量较多，且只有RS485通讯接口，不能直接接入网络。此处采用北京腾控科技的网关TG900P对仪表数据集中管理，然后通过网口（MODBUS TCP）将数据传输到环网中。TG900P有3个串口，每个串口可连接32个仪表，为了保证数据传输速率，现场实际连接都没有超过6个。
　　②　PLC控制器：干燥机、制氮机、污水处理站以及纯水处理站都由现场PLC控制。
　　③　OPC服务：以空调、PCW、冷却水、冰水、热水、RO水与DI水等为主要对象的暖通系统，由27个DDC控制器单独控制，并在暖通机房有监控触摸屏，这些数据再通过以太网OPC服务传输到到监控室。
　　④　零散IO数据：针对特气仪表检测值、排风排气系统分布状态，采用分布式扩展终端，通过PLC模块采集传输数据，分布的IO模块使用腾控科技SDP模块通讯。腾控科技SDP模块是工业级高性能PROFIBUS-DP从站，集DP接口与I/O与一体。
　　通讯层：
　　光纤环网通过交换机把分散在现场各机柜中的采集设备集中采集，同时远传至监控层，完成设备层和监控层之间的数据交互。
　　网关采集设备TG900P将Modbus总线数据转化成以太网传输，分散的IO模块数据传输至PLC，光电收发器将OPC服务器连接至交换机。
　　监控层：
　　中央监控计算机含操作员站及工程师站2个工作站，两站间互为热备冗余，支持多线程操作，含1个VGA输出接口(用于外部大屏幕分屏展示)。中央监控计算机基于以太网联网，通过人机界面下达各种调度指令和工艺参数设定，并能够把现场采集的实时工况和工艺参数数据，处理制作成生产管理报表、故障实时报表和设备运行历史变化趋势曲线等。

五、部分监控界面展示：

高压系统

低压系统

CDA系统

HE气系统

空调系统

污水系统

PCW系统

冰水系统

六、方案特点：
　　1、采用集散型结构多种采集方式柔性捏合一起，相互无干扰，数据采集完整，几乎涵盖了厂房所有有价值的信息。网关TG900P的使用使得系统开放性好、易于扩展。同时采集设备使用率最大化，节约了成本。
　　2、网络采用标准的工业以太网光纤环网通信，安全性高。光纤环网可以防止光纤网络中任何一条连接线断掉，影响连接中的一个区域所带来的网络安全隐患。它能防止一处连接发生故障而影响整体网络，使网络处于冗余模式。同时网络交换机使用MOXA EDS系列，它是目前最先进的网络拓扑结构，它的自愈性功能好，具有生存力强，网络传输稳定和可靠性高等优点。
　　3、监控软件WINCC监控管理功能强大、实时采集显示运行工况及有关数据，画面逼真，动感强。
　　4、上位机双机冗余，可靠性好。运行期间相互监控，可以及时发现对法是否故障，如果一台服务器故障，另一台自动切换到状态，保证了数据的完整性和控制的稳定性。当故障的服务器正常投入后，故障期间的归档数据会自动复制到故障恢复后的服务器。
　　5、Web发布，远程可以通过浏览器访问上位机WINCC的画面。
　　6、完善的数据库功能，方便查询历史数据、追溯报警状态。

七、结论：
　　本文所述的监控系统在实际运行中收到了良好效果，做到了监控管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展。随着对厂房信息集成要求越来越高，该类型的系统在厂房信息化管理中的应用将更加广泛。

附：本解决方案由北京瑞科华创科技有限公司设计完成，如需了解方案更多信息或技术交流，请访问北京瑞科华创科技有限公司网站：http://www.bjrkhc.com/