某薄膜太阳能电池板的自控设计

【摘 要】简单介绍某薄膜太阳能电池板自动控制系统的控制内容及系统组成。

【关键词】自动控制系统；PLC；现场仪表；工厂管理控制系统

【Abstract】Simple introduction of the automatic control system control content and system composition in a film solar panels

【Key word】automatic control system；PLC；Field instruments；FMCS

某薄膜太阳能电池板生产基地，主要由主厂房、动力站、研发楼、氢氮站、硅烷站、门卫室、废弃物回收站等组成，总建筑面积约为74621平方米。主厂房为洁净厂房。

为保障工厂运行所必需的能源供应、环境控制、安全保护要求和适应现代化控制、管理的要求，需要建立全厂自动控制系统；对全厂的能源、环境、动力等设备群进行集中监视、控制和管理；同时收集、记录、保存及管理各系统中重要信息及资料，达到科学管理、节能管理及综合报警处理的目的。

自动控制系统的设计以保证生产所需要的高可靠性、高运行平稳性、高精度和高灵活性为目标。

本工程的自动控制系统的控制内容包括：空压系统（空压机、干燥机、空压机冷却水泵、储气罐）、工艺冷却水系统、空调系统（洁净间MAU系统、非洁净间MAU系统、AHU系统、RCU系统、一般排风系统）、冷却水系统（冷却水系统及相应水泵和罐）、冷冻水系统（冷水机组、冷却塔及相应的水泵）、废水处理系统（WWT）、纯水系统（DI）、PE-CVD排风系统、气体系统（特种气体系统、大宗气体系统）、电力系统监控及数据采集系统、VESDA系统、FFU系统。

其中冷冻水系统、气体系统、废水处理系统、纯水系统、PE-CVD系统为系统包，具体设计由相应的供应商负责，并提供与FMCS通讯接口。各冷水机组、冷冻机、干燥机自带控制系统，并通过RS-485与I/O的通信单元进行通信。

根据建设单位的要求，电力系统监控及数据采集系统、VESDA系统及FFU系统独立成系统，不接入FMCS系统。

MIS机房和PABX机房采用机房专用空调机组，其自控系统由机组自身配备,并通过RS-485与I/O的通信单元进行通信。

自动控制系统采用集散型控制系统方案。系统由现场仪表、现场控制器或控制子系统及工厂管理控制系统组成。自动控制系统的控制中心与消防控制中心共用主厂房一层的消防控制中心。在其中设置了全厂控制系统的集中监控工作站及若干套承包商系统的监视工作站。

根据建设单位要求，各工作站具体负责的系统如下：

OS1工作站负责的系统：空调系统、PE-CVD排风系统；

OS2工作站负责的系统：纯水系统、工艺冷却水系统、废水系统；

OS3工作站负责的系统：空压系统、冷冻水系统、气体系统、冷却水系统；

FMCS的系统架构图如下：

FFU控制系统如下：

1、现场仪表：

仪表主要有各种信号检测用传感器（如：温度传感器、湿度传感器、压力传感器等）以及隔离、变送装置（如：隔离变压器、压力变送器、 液位变送器等）和执行机构（如调节阀、电磁阀等）。

仪表和控制设备的防护等级在户外要达到IP6X，在危险性环境中的仪表和配线需防爆并遵循相关电气规范的要求。

控制装置（阀门、风阀、执行器等）应有失效安全性能，以确保故障时系统处于安全状态。

2、现场控制器：本自动控制系统选用控制精度高，实时性好的工业级PLC。

PLC具有如下的功能：

2.1 具有直接数字控制和程序逻辑控制功能，并具有联网协同工作的功能，在完成初始化、控制程序下载后，具有独立的工作能力，可脱离中央操作站独立执行控制任务。

2.2 应具有下述基本软件功能：比例、比例+积分、比例+积分+微分、开/关、时间加权、顺序、算术、逻辑比较、计数器等，对于复杂控制要求的应用场所，还应提供高级控制算法。

2.3 本身故障时，能自动旁路脱离网络，并在主控/分控计算机上及时报警并显示，不至影响整个网络的正常工作，故障排除后能自动投入运行。

2.4 应具有操作面板或标准的通信接口，以便现场编程或修改其控制参数，同时不影响PLC和整个网络的正常运行。

2.5 程序可通过控制室操作站编写后下载，也可在现场便携式操作终端或笔记本电脑上编写。

2.6 应具有数据通信接口，可接入便携式操作终端或笔记本电脑，同时具备电源故障保护功能，在系统长时间断电后应保证不会丢失数据，来电后能恢复正常工作，无须重新下载程控或编程。

PLC系统配置冗余的CPU、电源和PLC系统总线，各远程I/O机架的通信单元和模块不冗余。

PLC盘需具备远程I/O的功能，远程I/O可以在距离处理器200米处安装，具有多路、环或星的拓朴形式。

PLC与上位机的通信采用Ethernet，各单元子系统与PLC（FMCS）通讯采用MODBUS或DP。

所有的I/O至少预留10%的备用量。

3、现场控制子系统：

现场控制子系统即可对控制对象进行独立控制，又可在FMCS的指挥下协调控制。所有现场控制子系统均采用国际通用现场总线标准，并同时支持Ethernet TCP／IP协议。现场控制子系统包含在各个承包商的范围内，并由承包商负责实施，每套控制子系统都需配套遵循同一协议的监控接口。

4、工厂管理控制系统（FMCS）：

FMCS是采用管理控制及数据采集通用监控操作系统软件的PC机系统，也是一个完全分布式的全智能系统。其主干网为工业快速以太网。FMCS管理控制中心可对全厂各子系统和设备进行集中监控和管理。

网络建立起各种控制设备间的数据通信，其中包括：个人计算机（PC）、现场控制器（PLC）、人机接口（HMI）、数据服务器、网络打印 机和各种控制装置等。网络通过增加HUB和路由器进行扩展。网络将是全集成的，采用模块化设计，由分布的可独立工作的硬件和软件组成， 各装置有清楚定义的路径，以便网络的发展和升级。

工厂管理控制系统的要求如下：

系统需对所有的设备实行集中的综合管理，控制系统须对各机电设备的运行、安全使用状况及节能等实现综合自动监控和管理。

系统管理员在屏幕上可通过设备资源管理器直接看到所联的网络的物理结构、网络层次和各设备的工作情况，满足操作权限管理和监测内容的直观性。

系统操作软件必须是实时、多任务处理，国际流行的中文，动画，图形功能的操作平台，并设定不同级别的操作、管理、控制权限。

系统软件应兼容Windows 2003、Windows XP等操作系统。能快速进行信息检索，并对信息点参数进行查询、修改、控制等。

采用服务器/浏览器(Server/Browser)，基于Web的系统架构。任何支持Web标准的(包括Internet Explore或Netscape Navigator)设备都可以成为一个全功能的操作接口。控制器间支持使用开放式的总线协议来通信。

该系统有自诊断功能，对系统和设备的故障进行分类，并给出报警，系统维护人员根据报警能讯速查到故障的部位类型，迅速对故障进行排除。

记录和打印发生事件的时间、地点和故障现象，能对设备的运行情况和运行时间进行统计，制定维护计划。

对监控设备工作状态、运行参数、运行记录、报警记录等作模拟实时显示、遥控、打印报表、存档，并定期打印各种汇总报告。

通过全厂的自动控制系统，可以提供最佳的能源供应方式，达到节约能源和减少运行成本的目的