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生產線，配套10KV供電專線及其它動力輔助設施，實現年產500萬片2inch 藍寶石襯底材料的生產能力。
　　為完善廠務系統，提升水、電、氣等設備運行的可靠性，保障藍寶石晶體生長和加工等主工藝流程的安全與穩定。通過對現有廠務系統的所有信號進行數據采集，將各系統設備的運行狀態和實時數據傳輸到主控制室，并通過組態軟件進行檢測、分析和控制，以實現系統設備的集中調度與監控。

二、系統要求：
　　對廠務生產的工藝流程、運行維護、供耗輸出等關鍵生產執行指標數據，進行以PLC/OPC數據采集、HMI人機接口和SCADA遠程圖控以及移動終端現場作業四項技術為基礎的遠程實時組態采集監控，從而實現對生產數據流的管理。
　　實現數據顯示、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: 包括對實時生產數據的分層分系統區域選擇和單系統按工藝流進行設備監控，同時監控顯示應支持分屏和多線程展示。
　　b.控制：包括對水泵、冰機、風機、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：包括對實時生產數據變量按照報警閥值規則進行監測，提供UI和聲光報警，并制作打印相關報警文檔記錄。
　　d．歸檔：包括對實時生產數據全部進行歸檔，能夠對主要設備進行歷史記錄和趨勢圖形的查詢展示，并能夠對歷史記錄進行周期存儲。
　　e. 分析: 包括對水、電、風、氣等部分的能耗管理，生成報表。

三、系統特點：
　　1、整個系統控制分散，系統由兩期廠房組成，距離300多米，同時廠房分成4層，覆蓋距離遠。
　　2、采集的數據量大，涉及到十幾個系統，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、百級無塵室系統等，信息點達到了4000多個。
　　3、數據涉及的通訊協議種類多，包括Modbus協議、自由口協議、OPC協議。同時還有硬接點，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、數據實時性和穩定性要求高。晶體在生長過程中對環境的要求很高，溫度、壓力、水質等指標的過低過高都會導致晶體破壞。而這些因素跟其他系統的運行狀況是密切相關的，及時地發現問題，解決問題可以有效避免這些損失。

四、解決方案：
　　根據現場的情況，采用上位WINCC7.0監控軟件，光纖環網通訊，下位機多種方式采集現場數據，水系統通過OPC服務傳輸，儀表和其他能夠提供RS485接口的設備通過騰控可編程網關TG900P采集數據。其他分布式終端設備通過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、發電機、UPS五類配電區域的儀表數量較多，且只有RS485通訊接口，不能直接接入網絡。此處采用北京騰控科技的網關TG900P對儀表數據集中管理，然后通過網口（MODBUS TCP）將數據傳輸到環網中。TG900P有3個串口，每個串口可連接32個儀表，為了保證數據傳輸速率，現場實際連接都沒有超過6個。
　�、凇�PLC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PLC控制。
　�、邸�OPC服務：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，這些數據再通過以太網OPC服務傳輸到到監控室。
　�、堋×闵�IO數據：針對特氣儀表檢測值、排風排氣系統分布狀態，采用分布式擴展終端，通過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模塊是工業級高性能PROFIBUS-DP從站，集DP接口與I/O與一體。
　　通訊層：
　　光纖環網通過交換機把分散在現場各機柜中的采集設備集中采集，同時遠傳至監控層，完成設備層和監控層之間的數據交互。
　　網關采集設備TG900P將Modbus總線數據轉化成以太網傳輸，分散的IO模塊數據傳輸至PLC，光電收發器將OPC服務器連接至交換機。
　　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)。中央監控計算機基于以太網聯網，通過人機界面下達各種調度指令和工藝參數設定，并能夠把現場采集的實時工況和工藝參數數據，處理制作成生產管理報表、故障實時報表和設備運行歷史變化趨勢曲線等。

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：
　　1、采用集散型結構多種采集方式柔性捏合一起，相互無干擾，數據采集完整，幾乎涵蓋了廠房所有有價值的信息。網關TG900P的使用使得系統開放性好、易于擴展。同時采集設備使用率最大化，節約了成本。
　　2、網絡采用標準的工業以太網光纖環網通信，安全性高。光纖環網可以防止光纖網絡中任何一條連接線斷掉，影響連接中的一個區域所帶來的網絡安全隱患。它能防止一處連接發生故障而影響整體網絡，使網絡處于冗余模式。同時網絡交換機使用MOXA EDS系列，它是目前最先進的網絡拓撲結構，它的自愈性功能好，具有生存力強，網絡傳輸穩定和可靠性高等優點。
　　3、監控軟件WINCC監控管理功能強大、實時采集顯示運行工況及有關數據，畫面逼真，動感強。
　　4、上位機雙機冗余，可靠性好。運行期間相互監控，可以及時發現對法是否故障，如果一臺服務器故障，另一臺自動切換到狀態，保證了數據的完整性和控制的穩定性。當故障的服務器正常投入后，故障期間的歸檔數據會自動復制到故障恢復后的服務器。
　　5、Web發布，遠程可以通過瀏覽器訪問上位機WINCC的畫面。
　　6、完善的數據庫功能，方便查詢歷史數據、追溯報警狀態。

七、結論：
　　本文所述的監控系統在實際運行中收到了良好效果，做到了監控管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發展。隨著對廠房信息集成要求越來越高，該類型的系統在廠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科技有限公司設計完成，如需了解方案更多信息或技術交流，請訪問北京瑞科華創科技有限公司網站：http://www.bjrkhc.com/