半导体行业危险气体监控系统的设计

1 引言

　　在化工企业或半导体生产企业，往往在生产加工过程中要使用各种毒性或危险性气体，比如可燃性气体ph3、b2h6;腐蚀性气体cl2，hbr，nf3等等，这些气体的贮存和运输必须遵守严格的标准。在生产车间使用这些气体的过程中，可能会出现气体泄漏的意外情况，当某些气体浓度达到一定的标准或压强超过一定的标准时，往往会发生爆炸或导致危及人生安全的恶劣后果。因此对这些危险性气体必须建立一套完整的监测系统，达到有效的控制和具备良好的预警功能，以保证生产的正常进行以及人财物的安全。本文将重点讨论在半导体生产行业中对危险性气体的监控系统的分析与设计。

2 气体监控系统的基本需求分析

　　对毒性或危险性气体，在与之作用的过程中必须严格遵守相关的标准和规定，对其设计和施工也必须符合一定的标准和规范，最基本的要求如下：（1）根据气体的特性，分区存放;（2）输送过程中抽气管道需具有耐腐蚀性，传送管道需具有一定的耐压、耐腐蚀性;（3）各种气体储存室和工作室以及气瓶柜都应该安装相应的监测器件监测气体浓度或压力;（4）各个仪器具有报警功能，且有较高的灵敏度;（5）位于防爆区的监测器件需具有防爆功能;（6）为了实现系统的集成，各个监测器件需具有开放式接口等等。

　　在某晶片厂中，由于工艺的需要，要用有毒或危险性气体，为了对气体系统进行统一的监控，防止发生意外事故。需要监测的项目有晶片制造过程中使用的危险性气体、有机溶剂是否存在泄漏，以及工作环境中氧气的浓度，以及气瓶柜的状态等等，要求监控系统在气体出现泄漏时，根据设定值来判断发生泄漏的区域，并发出警示信号或执行连锁停机操作，当险情时通过广播传达紧急疏散信息。

3 气体监控系统设计

　　3.1 网络设计

　　在气体监控系统中，涉及到信息监控中心、plc控制柜、现场的各种监测仪器、报警灯以及广播系统几个部分。目前而言，现场各种监测仪器以及其使用的电源线、报警器控制线以及与气瓶柜监测系统的plc的线路、紧急按钮都集中连接到plc控制柜中;信息监控中心与plc控制柜通过线路连接，实现监控数据的采集。据此分析，这拓扑个监控系统的网络如图1所示。其中，气体监测器、地震仪以及紧急按钮的信号是作为plc的输入信号，而报警灯、广播系统以及气瓶柜监控系统的信号是plc的输出信号，监控软件部分和plc通讯是双向的。大致的工作流程是：plc实时采集气体监测器的测量值，并判断是否达到了低值报警和高值报警的范围。如果达到低值报警范围，控制报警黄色灯亮，并在监控画面上显示报警的区域以及产生报警的气体监测器的位置;如果达到高值报警条件，控制报警红色灯亮，并发出报警声音，同时相应的广播系统发出语音广播信息，在监控画面上显示报警的区域以及产生报警的气体监测器的位置，按要求输出关闭相关气瓶柜的信号。如果发生地震，plc会采集位于不同位置的三个地震仪的检测数据，通过比较确认地震的等级，根据地震等级不同，控制相应的报警灯、广播系统以及关闭气瓶柜。在紧急的情况下，可以通过紧急按钮来控制某个区域设备的关停。

　　3.2 监控软件功能设计

　　通过对整个气体监控系统的需求分析，设备的状态信息以及控制动作需要在组态画面中实现。同时考虑到系统将来集成的需求，在组态软件上，选择了美国wonderware公司的intouch产品。该产品由数个组件所组成，完成可视化、获取数据、扩充外接组件/系统、历史趋势、事件处理、报警记录、报表和分析，它是一个可提供快速创建一个复杂且功能强大的操作界面的灵活工具，并易于升级。

在气体监控系统中，监控软件主要完成以下几方面的功能：

　　l 区域监控

　　l 设备监控

　　l 地震仪监控

　　l 报警灯测试

　　l 广播测试

　　l 历史警报查询

　　l 安全管理

（1）区域监控：根据厂区的简单平面结构图，实现分区域的状态监控;如果某个区域发生气体泄漏，该区域应该通过颜色的变化以及闪烁效果提示应急工作人员，各个区域应该有该区域的详细的平面效果图，而且需要在图中标示气体检测器的位置，发生毒气泄漏的时候，监控画面中相应的检测器应该通过颜色的变化来提示应急人员的具体泄漏位置。针对每一个气体检测器都可以进行参数的查看，而且可以查看该气体检测器的曲线图。

　　（2）检测设备监控：主要是实现气体监控系统中检测设备的监控，通过检测设备的监控，了解该检测设备目前的运行状况以及故障状态，以便及时的采取维修措施，同时根据需要可以设定某些检测设备的状态，比如报警的使能或禁止。

　　（3） 地震仪监控：反映3个位置的地震仪的状态。

（4）报