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摘要：薄膜太阳能电池由于其特有的属性在我国得到了广泛应用。因此，本文针对薄膜太阳能电池工厂中使用的FMCS系统结构进行深入分析，并就其在薄膜太阳能电池工厂中的具体应用位置进行详细说明，如空调系统、压缩空气系统、冷水系统及排风系统。希望通过本文研究助力薄膜太阳能电池工厂更好地运用FMCS系统，促进工厂生产优化。
关键词：薄膜太阳能；电池工厂；FMCS系统
Application Research of FMCS System in Thin Film Solar Cell Factory
Zhang Kui,Zhang Xiaodong,Deng Peng,He Shaofei
(Tangshan Xinlian Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Tangshan Hebei,063200)
Abstract:Thinfilm solar cells have been widely used in my country due to their unique properties.Therefore,this paper conducts an in-depth analysis of the structure of the FMCS system used in thin-film solar cell factories,and describes its specific application locations in thin-film solar cell factories,such as air conditioning systems,compressed air systems,chilled water systems,and exhaust systems.It is hoped that the research in this paper can help thin-film solar cell factories to better use the FMCS system and promote the optimization of factory production.
Key words:thinfilm solar energy;battery factory;FMCS system
一、引言
目前，FMCS自控系统普遍应用于我国薄膜太阳能电池工厂的生产中，具有十分显著的优势。受全球气候变暖大环境影响，人们对新型节能资源有了正确的认知和广泛的使用，太阳能就是其中最为重要的一种新型节能资源。薄膜太阳能电池对基板的要求及它的可挠性促成了它的广泛应用，在薄膜太阳能电池的生产中，使用FMCS系统能够提高生产效率，使生产更加便捷。
二、FMCS系统的结构和优点
FMCS系统即自动控制系统，其安装部位是薄膜太阳能电池工厂的中央控制室，主要利用DCS集散控制系统设置DDC现场控制器来进行分建筑、分区域的数据采集，并开展有针对性的控制。FMCS系统能对整个薄膜太阳能电池生产设备进行整体监控，并利用图形实时显示出监控得出的数据利用图形，如此，既直观又清晰，又能及时指出生产设备中可能存在的安全隐患，以保证设备的正常运转。
设立FMCS系统时，需在薄膜太阳能电池生产的中央控制室安装控制电脑，依托集成霍尼韦尔自控系统，通过RS485总线连接DDC现场控制器，以实现对生产过程的全方位监控。对于DDC现场控制器的选择，最好使用霍尼韦尔EXCEL50系统，该系统能精确采集生产设备的通信数据及传感器的信号，并对采集到的数据进行分析计算，根据计算结果调节设备，进而完成自动控制工作[1]。
FMCS系统在对薄膜太阳能电池生产进行自动控制时，会分成两部分，上层部分用于系统监控，下层部分用于数据采集和控制，这两层结构可通过工业以太网交换机连接成为一个大的系统网络。FMCS自动控制系统对薄膜太阳能生产的控制基于智能的分布系统及独立的控制器，在多任务和多用户的环境下，可通过工业以太网进行控制，并采用标准通信协议对现场进行总线控制。FMCS自动控制系统能够运用图像形式对薄膜太阳能电池生产的全过程进行监控，对设备的运行状况进行监督，从而保证在出现故障时能及时报警。整个监控系统由中央控制站、DDC现场控制器、远程I/O柜、各类仪表及传感器和阀门组成。
由于薄膜太阳能电池生产设备较为先进，因此对生产的要求很高，而FMCS自动控制系统不仅拥有先进的技术，在实际应用中也拥有强大的功能。FMCS自动控制系统在对薄膜太阳能电池生产进行自动控制时，使用基于国际标准通信协议及总线设备的通信设备，能保障FMCS自动控制系统的安全性。在实际控制中，FMCS系统使用的控制手段是模块式控制，这样的控制方法不仅更加便利，而且能为之后的系统升级留下充足空间。
三、研究在薄膜太阳能电池工厂中FMCS系统的具体应用
薄膜太阳能电池工厂的控制十分复杂，这主要是因为薄膜太阳能电池的生产系统分类较多，并且在整个生产流程中，既要保证所有的子系统都能够独立运行，又要保证所有的子系统联通在一个整体系统中，因此，薄膜太阳能电池工厂的FMCS自动控制系统采用双向结构设计。FMCS自动控制系统在薄膜太阳能电池工厂中的控制主要体现在以下几点。
(一)监控空调系统
FMCS系统可应用于薄膜太阳能电池工厂的空调系统，包含十一组循环空调机组和三组新风空调机组。薄膜太阳能电池的生产厂房里装有温度与湿度传感器，厂房空调上安有电动阀门，当场房内的温度通过温度传感器传送到DDC现场控制器后，DDC会对温度数据进行计算。根据数据显示的送风温度及预先设定好的温差值，PID调节器能对温度进行调节，保证温度维持在一个恒定的范围内。做好这一切工作后，DDC现场控制器会对所有数据进行收集与整合，并将最终的数据传送到霍尼韦尔EXCEL5000自控系统中，然后依托自控系统返回的数据对生产厂房内的压力变化进行分析，使用PID调节器控制风速，做好厂房内空调风量的控制。
FMCS自控系统对空调系统的监控主要表现在生产厂房内部的温度湿度、空调风机的自动状态、空调过滤器的畅通状态、空调风机的运行状态、生产水盘管的表面温度及对空调风机的运行控制。FMCS系统有一个极大的优势，就是其能在冬、夏季自由转换。控制系统对风管的温度控制主要是通过冷水阀和热水阀的控制来实现，在夏季，空调机组采用的运行方式是新风加回风的双向模式，这种运行方式能根据室内外的温差负荷进行送风量调整。FMCS系统会控制新风阀，以保证最小的新风量维持不变。在冬季，如果室温过高无法满足温度要求，FMCS控制系统会适当调小热水阀的开度，如果此项举措仍不能降低室温，系统则会相应地加大送风量，由阀门管控改为对新风比的管控，以此实现室温调节。
在对室内风量温度进行调节时，需要注意厂房内湿度的数值，先比对回风湿度与厂房内预先设定好的湿度，再调节加湿阀开关，以此满足厂房对湿度的要求。FMCS自动控制系统能对厂房内的新风机组出风口湿度进行测定，然后结合厂房内大气湿度的测定结果，决定是执行夏季模式或执行冬季模式。夏季模式可通过制冷除湿来控制新风空调出风口的湿度，冬季模式则可通过热水加热来控制新风空调出风口的湿度。
FMCS自动控制系统能对新风开度进行控制，这项控制取决于厂房内部的二氧化碳含量。在厂房内设置二氧化碳测试传感器，如果厂房内二氧化碳含量过高，传感器就会将数据通过PID运算传送到中央控制器，然后由中央控制器调大新风阀的开放程度；如果厂房内部二氧化碳含量降低到标准以下，中央控制系统则会相应调小新风阀的开放程度。由于对新风的控制会影响厂房内的温、湿度，因此还需要同时进行冷水机组和DDC处理器的同步监测和控制。
FMCS控制系统对送风机与新风阀进行了连接，也对防冻开关与电动的二通阀进行了连接，这一举措能够在保证空调风机停止运转时同步关闭新风阀，并有效控制回风的温度，切实达到节能目的。
(二)压缩空气系统自控
在FMCS自动控制系统下，薄膜太阳能电池生产设备中的压缩空气系统简称CDA，其包含三台空气压缩机、三台风冷冷干机、两台再生干燥机及不计其数的过滤器。FMCS自控系统在对压缩空气系统进行自动控制时，主要显示压缩空气干管的压力数据、空压机系统的自动运行状态薄膜太阳能电池生产设备的运行状态。同时，压缩空气系统自控能对压缩空气的干管露点进行报警，并检测一系列设备的运行状态等。
FMCS自控系统依托空压机的联控器对压缩空气系统控制，该系统可以运用联控器对空压机进行联控，通过压缩空气的压力数据反馈得出三台空压机的运行状态，以便对其进行科学控制，维持压缩空气的压力稳定值。当FMCS自动控制系统在压缩空气干管时的内部压力过低，则会自动进行报警，并在监控系统的监控屏幕上显示报警信号。通过报警信号的指示，维修人员能够及时对压缩空气系统进行维修[2]。同样，当压缩空气系统中的相关设备出现故障时，FMCS自动控制系统会对故障点进行提示，以便维修人员及时对其进行维护修复。
(三)监视冷水系统
薄膜太阳能电池生产的冷水系统主要由四台水冷式冷水机组、八台循环泵及八台冷却塔组成。FMCS自动控制系统在监控冷水系统时，主要对水冷式冷水机组进行监控，监控的对象是冷水机组的运行状态及运行时产生的参数。以冷水机组运行参数为参考，FMCS自动控制系统能根据薄膜太阳能电池生产的规定要求，对水冷式冷水机组、循环泵及冷却塔进行连通控制，并通过这种连通控制掌握所有设备的运转状态。其间，主要掌控的内容有设备运转的情况，自动状态与手动状态的切换显示及供水和回水的温度。对于水流压力的检测和水流温度的检测，当压力过大、过低或温度过高、过低时，FMCS自动控制系统会自动报警。
FMCS自动控制系统对薄膜太阳能电池生产的冷水控制系统进行监控，能起到节能作用。FMCS自动控制系统可根据控制系统检测传回的冷水供、回水温度及流量对其进行计算，将实际的冷负荷值直观地呈现出来，并根据这个冷负荷值明确应使用几台冷水机组。在冷水系统中，所有的冷水机组启动均按照累计运行时间顺序进行，换言之，累计运行时间较少的冷水机组先进行启动，累计运行时间较长的则先保持停机状态。这种方式能保证各机组运行时间的平均，维持各机组最佳的运行状态。同时，这种方式能有效延长各机组的使用寿命，使薄膜太阳能电池生产处于一个稳定状态[3]。
(四)控制排风系统
FMCS自动控制系统的排风系统主要分为两种，一种是一般排风，另一种是工艺排风。在排风系统中，一般排风使用的是三台普通排风机，其中两台用于正常运转，一台用于备用。在排风系统运行时，如果有一台排风机出现故障，DDC现场控制器就会自动启动备用排风机，同时对故障排风机的信息进行监控报警，并将报警信号显示在FMCS自动控制系统的监控屏幕上，方便维修人员及时发现故障与问题，并对故障原因进行分析。备用排风机的存在是为了保证在另外运转的两台排风机出现故障时排风工作仍旧能正常运作，使薄膜太阳能电池的生产线不会中断。另外，排风设备在运行过程中如果由自动模式突然转为手动模式，系统就会报警；当送风机的运行风速不达标时，系统也会报警，这有助于问题的及时解决。
工艺排风使用两台排风机，但这两台排风机的运行状态是同步的，工艺排风能通过控制变频器实现对风机转速的控制。在工艺排风中，DDC现场控制器会在排风管道上安装一个压力传感器，在设备运行时，风从排风管道中经过，压力传感器会测得实时数据，并将这些数据传送到中央控制系统，然后由中央控制系统根据实时数据对排风压力进行调控，优化变频器的频率，保证排风压力的稳定性。(五)实现连锁工作模式连锁工作模式一方面指的是排风机与送风机之间的相互连锁，当送风机出现故障时，系统就会进行故障报警。针对由于人为操作不当而引起的停机，或者排风机由于连锁反应停止运转，送风机就会在连锁反应的带动下停止运转的情况出现。另一方面指的是新风阀与送风机之间的连锁，当送风机由于人为操作不当或机器故障而停止运转时，新风阀就会在连锁反应的影响下关闭。
还有一种连锁模式是加热阀、加湿阀与送风机之间的连锁工作。其具体表现为送风机出现上述故障时，加热阀与加湿阀都会关闭。
最后一种连锁工作模式是冷水机组、冷却水阀及冷水阀三者之间的连锁。冷冻水阀与冷却水阀掌管着冷水机组的开启情况，当设备运行时，无论是冷冻水阀还是冷却水阀，如果任意一方发生故障停机，冷水机组都会在连锁反应的影响下自行安全关闭。
四、结论
综上所述，在薄膜太阳能电池生产中，FMCS系统能够极大限度地提高生产效率，并节省人工成本，减少工作人员的工作量。FMCS系统的先进性和科学性能够帮助薄膜太阳能电池开展更加高效、高质量的生产，为我国薄膜太阳能电池的使用打下坚实的基础。
【参考文献】
[1]马杰.FMCS系统在微电子产业工程项目中的应用实践[J].现代信息科技，2021(10).
[2]吴红忠，张胜军.空压系统节能改造[J].氯碱工业，2020(8).
[3]姚刚.FMCS在洁净厂房工程上的应用[J].微处理机，2020(3).
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