基于PLC的半导体洁净室空调控制系统的设计与应用

发布时间：2017-07-08 21:17

  本文关键词：基于PLC的半导体洁净室空调控制系统的设计与应用

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【摘要】：在半导体行业中,洁净室的作用在于控制半导体产品所接触大气的洁净度及温湿度,使产品能够在一个良好的环境空间中生产、制造,而合格的洁净室参数指标皆通过控制洁净室空调系统来实现,因此设计一套技术先进、运行稳定可靠且维护方便的空调控制系统便成为建造半导体晶圆厂洁净室时需要考虑的关键问题。本论文来源于国内某300mm半导体晶圆制造厂的FMCS(厂务中央监控系统)项目,提出了基于PLC的分布式控制系统在半导体洁净室技术中的实际应用方案,通过设置合理的控制算法,准确、实时的对温湿度及正压差等洁净室参数进行控制,减少其波动对生产工艺的影响,节能减排,并获得良好的经济效益。在控制方案中,结合焓湿图进行温湿度解耦,确定露点温度为洁净室控制指标并选取合理的露点温度计算方法；优化新风空调的空气处理过程,采用完全除湿模式,避免了在季节更替时期由加湿和除湿模式的频繁切换所产生的扰动,并设计了基于PID串级控制的露点温度控制模式；结合洁净室生产设备的工艺布局,采用PID串级控制实现正压差控制并提出新风空调机组的群控策略,保证洁净室新风量的持续稳定供应。控制方案中的PLC下位机系统采用罗克韦尔公司的ControlLogix体系结构,PLC处理器主机架和控制层网络采用双冗余结构设计,实现了控制系统硬件故障下的无扰切换,程序设计做到了结构化和标准化；SCADA上位机系统采用GE Cimplicity(服务器／客户端)分布式网络架构及冗余设计,利用OPC通信的方式,实现多任务处理及多用户访问；短信报警系统能够将控制系统硬件故障、大型设备故障和洁净室参数超标等报警信息以短信的方式及时发送给操作维护人员进行紧急处理,增强了对现场设备的监控并缩短了故障响应时间。此系统自投运以来,运行状况良好,洁净室各参数波动均控制在允许范围之内,完全满足设计要求。
【关键词】：洁净室 温湿度控制 PID串级控制 PLC SCADA
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN305;TB657.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外发展现状10-12
• 1.3 论文背景及研究的意义12-14
• 2 洁净室建造结构及空调系统的构成14-22
• 2.1 洁净室分类14-15
• 2.2 空气洁净度等级划分15
• 2.3 洁净室空调系统15-22
• 2.3.1 新风系统16-19
• 2.3.2 排风系统19-20
• 2.3.3 冷热源水系统20-22
• 3 洁净室空调系统的控制策略22-41
• 3.1 温湿度相关背景知识22-24
• 3.1.1 湿空气22
• 3.1.2 干球温度与湿球温度22-23
• 3.1.3 绝对湿度与相对湿度23
• 3.1.4 含湿量23
• 3.1.5 露点温度23
• 3.1.6 焓23-24
• 3.1.7 焓湿图24
• 3.2 新风空调机组湿空气处理的基本热力学过程24-25
• 3.2.1 等湿加热24-25
• 3.2.2 等焓加湿25
• 3.2.3 降温除湿25
• 3.3 湿度控制25-31
• 3.3.1 温湿度解耦25
• 3.3.2 湿度控制分区25-27
• 3.3.3 露点控制及空气处理过程27-31
• 3.4 温度控制31-33
• 3.5 压差控制33-34
• 3.6 新风空调机组群控策略34-36
• 3.7 PID控制36-41
• 3.7.1 PID控制器36-37
• 3.7.2 PID参数整定37-39
• 3.7.3 数字式PID控制算法39-40
• 3.7.4 串级控制40-41
• 4 PLC控制系统设计41-70
• 4.1 PLC发展及特点41-42
• 4.2 PLC控制系统硬件设计42-49
• 4.2.1 ControlLogix系统简介42
• 4.2.2 硬件设备选型42-49
• 4.3 硬件规划组态49-57
• 4.3.1 PLC冗余机架配置49-50
• 4.3.2 ControlNet网络结构50-52
• 4.3.3 远程I/O组态52-53
• 4.3.4 变频器组态53-55
• 4.3.5 ControlNet网络规划55-57
• 4.4 程序设计57-70
• 4.4.1 程序结构57-58
• 4.4.2 任务及中断设置58-59
• 4.4.3 编程方式59
• 4.4.4 程序功能59-61
• 4.4.5 数据结构61-63
• 4.4.6 用户自定义指令63-68
• 4.4.7 Peer to Peer网络通信68-70
• 5 上位机系统设计70-87
• 5.1 FMCS系统功能简介70-71
• 5.2 上位机网络架构71-73
• 5.3 Cimplicity 8.2简介73
• 5.4 OPC通信技术73-75
• 5.5 上位机项目包配置75-80
• 5.5.1 冗余服务器配置75-76
• 5.5.2 通讯设置76-78
• 5.5.3 上位机点配置78-79
• 5.5.4 操作权限配置79-80
• 5.6 画面编辑80-81
• 5.7 报警配置81-83
• 5.8 数据存储83-85
• 5.9 短信报警系统85-87
• 6 现场运行效果87-90
• 结论90-91
• 参考文献91-93
• 致谢93-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 翁寿松;摩尔定律与半导体设备[J];电子工业专用设备;2002年04期

2 高宏岩;毕丽君;王毅;;基于OPC技术的上位机与PLC之间的通信[J];可编程控制器与工厂自动化;2006年05期

3 韩继国;;2013半导体产业兼并收购高潮迭起[J];集成电路应用;2013年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 陈行忠;模糊控制在半导体厂洁净室温湿度控制中的应用[D];上海交通大学;2010年

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本文编号：536339