1、半導體廠廠務系統自動化劉聖元大綱l控制系統分類l半導體廠內自動化系統區分l無塵室自動化系統簡介l半導體廠務系統簡介l廠務監控系統設計l廠務系統自動化整合 l廠務系統管理lQ & A控制系統分類lDCS (Distributed Control System)lPLC (Programmable Logic Controller)lPAC (Programmable Application Controller) PC-BasedDCS 架構圖lDCS 系統分散系統集中控制資料/資訊集中整合整合度高系統封閉,PLC 架構圖lPLC 系統分散系統分散控制需整合系統統整各系統介面較多資料須整合系統整
2、合管理系統封閉, 但現行系統多有開放的架構與介面PACPAClPAC 系統類似於 PC-Based 的控制器各個系統模組化設計, 提高可信賴度可用 PLC 開發語言與高階語言開發程式應用度更高可建立資料庫介面開放PC-BasedlPC-Based controller整合受控系統的訊號於 PC 板上一般利用通訊方式控制系統如 VFD 的控制圖示的PC-Based 控制器具有 Serial Port 及 DI/O 控制接點, 可控制少量硬體點半導體廠內自動化系統區分l辦公室自動化系統lModule自動化系統lFacility 自動化系統MIS - OfficeOffice AutomationC
3、IM - FABModule AutomationFMCS - FacilityFacility Automationl辦公室自動化系統建立辦公室網路系統辦公室PC及周邊設備(如印表機,繪圖機,掃瞄器,)管理文件系統, 如郵件, 申請, 簽核, 公佈欄ERP 企業資源管理企業入口網站廠區網路連線廠區防火牆管理lModule 自動化系統建立CIM 網路系統 ( FAB 內相關網路)l建立EAP 網路連線, 擷取 Tool 資訊 MES (Manufacture Executing System)l設定與執行製造流程執行lTool 現況監控, 如Run, PM, Warm S/D, Cold S/
4、DAPC (Advanced Process Control)l收集即時製程參數, 監控Tool狀態lUPC (Pump/Local Scrubber) 資料收集監控EIM (Engineering Information Management)l收集測試及實驗數據進行SPC分析及各種統計手法lModule 自動化系統 (續)AMHS (Automated Material Handling System)lTool 間 Lot 自動化傳送l設定最佳路徑, 自動化傳輸設備應用程式lEAP (Equipment Application Program)一個介於無塵室內設備與CIM系統之間的界面透
5、過介面自設備取得資料以提供相關資訊系統應用降低現場人員的負擔與AMHS整合, 達成無塵室完全自動化EAP SystemAPC,MES, AMHSlEAP 介面圖EAP 透過半導體設備通用的介面與機台交換資料lHSMSlSECSIIlGEMl其他 SEMI 所訂定的 ProtocolToolToolToolAPsSECSIIEAPAPCMESEIMAMHSlSECSII 一種固定格式的通訊協定, 讓設備與EAP之間可以交換訊息lHSMS - High Speed SECS Message Service一種透過TCP/IP (Ethernet) 介面, 讓EAP與設備間可高速交換訊息的通訊協定l
6、GEM General Equipment Model驅動設備於各式狀況下去進行特定的動作這個標準對於EAP來說定義著設備點的狀況l其他 SEMI 標準Carrier Management, Process Job Management, Control Job Management, Carrier Handoff半導體廠務系統簡介l半導體廠務系統簡介主要系統l水處理系統l電力系統l氣體供應系統l化學供應系統l機電與附屬系統l無塵室控制系統半導體廠務系統簡介附屬系統l火警探測防護系統l極早期偵煙探測系統l廣播系統l門禁系統lCCTV 影像監視系統l地震偵測系統lLED 電子看板系統lLAU
7、區域警報系統lSMS 簡訊系統l電話系統半導體廠務系統簡介-水處理系統l水處理系統DI (UPW)lDI 前段處理系統lDI 中段處理系統lDI 後段處理系統Reclaim 水處理系統廢水處理系統半導體廠務系統簡介-電力系統l電力系統GIS 氣體絕緣系統MTRU 主變壓器單元EPS 緊急發電系統CPS 動態不斷電系統HV/LV 高低壓盤供電系統半導體廠務系統簡介-氣體供應系統l氣體供應系統Gas Cabinet / Gas Rack 系統VMB (Valve Manifold Box) / VMP (Valve Manifold Panel) 系統Bulk Gas Supply SystemC
8、QC (Continuous Quality Control)偵測器系統lVertex MDA 紙帶式毒氣偵測器lDrager Detector 電化學式毒氣偵測器半導體廠務系統簡介-化學供應系統l化學供應系統一般化學品供應系統POU 分配系統Slurry 供應系統SC-1 供應系統半導體廠務系統簡介-機電與附屬系統l機電與附屬系統冰水系統PCW 系統PV 系統HV 系統柴油供應系統天然氣供應系統一般空調系統半導體廠務系統簡介-無塵室系統l無塵室系統MAU (Modular air handling unit)TT/HT (Temperature / Humidity)Exhaust (AEX
9、, BEX, VEX, GEX)FFU (Fan Filter Unit)FID (Flame Ionization Detector,揮發性有機廢氣分析設備, VOC, ACID) 廠務監控系統設計l廠務系統設計之目的提供製程設備適當的無塵室環境及中央供應系統l水系統提供品質穩定並符合需求的去離子水供應廠務系統/Module Tooll電力系統提供穩定電力供應廠務系統/Module Tooll氣化系統提供品質穩定並符合需求氣體及化學品供應Module Tooll空調系統控制穩定的無塵室環境, 包括溫度/溼度之穩定控制提供Module Tool製程之後續處理, 如廢水/廢液/廢氣提供未來擴充之
10、空間與需求提供舒適之辦公環境廠務監控系統設計Module Tool 設計與需求設計與需求Facility 系統依據系統依據 Tool/Facility 設計功能設計功能建立功能需求表建立功能需求表Facility 依據設計功能設計設備依據設計功能設計設備建立設備需求表建立設備需求表設備整體規劃與系統介面協調設備整體規劃與系統介面協調依據功能需求依據功能需求/設備設計設備設計 I/O建立建立I/O需求需求 MatrixA廠務監控系統設計監控規劃監控規劃控制器架構控制器架構, 網路架構網路架構, 圖控架構圖控架構 監控設計監控設計控制器程式設計控制器程式設計, 圖控程式設計圖控程式設計, 資料庫需
11、求資料庫需求, 報表規劃報表規劃 初步測試初步測試I/O 點對點測試點對點測試功能測試與驗證功能測試與驗證連動測試連動測試系統上線系統上線A廠務監控系統設計-設計例l設計例特殊氣體供應系統 (Special Gas Supply)lModule Tool 提供需求, 由 Central 供應之氣體種類 本例以 5%B2H6 之需求為例lFacility 依據需求Gas Type設計系統功能, 含 Life Safety System 此氣體供應系統包含主供應端備援 需監控氣瓶櫃/VMB之狀態 氣瓶櫃/VMB之Shutdown/Fault狀態, 必須要有絕對之正確性 Tool點供應端需要壓力狀態
12、, 無須壓力值回傳 由主供應端, 分配端, 系統可供應八個 Tool點 此氣體為毒性氣體, 需要有偵測/連鎖安全機制設計廠務監控系統設計-設計例l建立需求之氣瓶櫃/氣瓶架, VMB/VMP, 偵測器設備 氣瓶櫃設計為雙供應端, 氣瓶櫃/VMB狀態監控採用通訊設計 需監控氣瓶櫃/VMB之Shutdown/Fault狀態, 以硬體點設計 Tool 點需要有Pressure Switch (PS) 依據 Tool 需求, 建立 VMB, 每個 VMB 可供應 8 個 Tool 點 此系統為毒性氣體, 需要使用 Vertex MDA 偵測器 毒氣警報系統需要使用到 LED 顯示, 蜂鳴器, 警示燈,
13、廣播系統, 緊急狀態需要及時發送簡訊至相關人員 PHSl建立 I/O Matrix 依據氣瓶櫃/VMB需監控項目設計監控點位 氣瓶櫃/VMB之Shutdown/Fault狀態使用 PLC 之 DI 設計 Tool 點之 Pressure Switch 採用通訊設計, 有一個監控點廠務監控系統設計-設計例 毒氣偵測點位包含 Tool Exhaust 點, 無塵室環境點, VMB Exhaust 點, 氣瓶櫃 Exhaust 點, Vertex MDA 之輸出連接到 PLC, 並提供通訊點可監測狀態 毒氣偵測連動需求需 Shutdown 上層供應端, 被Shutdown之設備為氣瓶櫃, VMB,
14、需要有 DO 點 毒氣系統連動需要推動廣播系統, 有一個 DO 點 毒氣系統連動需要推動蜂鳴器, 警示燈, 有兩個 DO 點 緊急警報需要發送簡訊, 需有通訊介面廠務監控系統設計-設計例監控規劃l氣瓶櫃/VMB/TS/Vertex MDA監控/簡訊發送系統需要 Ethernet 網路, 氣瓶櫃/VMB/TS/Vertex MDA監控使用 OPC 介面整合 簡訊發送系統利用圖控與簡訊資料庫整合l氣瓶櫃/VMB硬體點/各連動系統需要 PLC DI/O 點lVertex MDA控制需要 Profibus 連線lPLC 架構設計為 RedundantlPLC 系統直接與 PA 整合介面l氣瓶櫃/VMB
15、 & TS/Vertex MDA 分別設計圖控畫面及流程畫面整合整體系統廠務監控系統設計-設計例監控設計lPLC 程式設計lI/O Server 設計/設定 PLC 通訊設定 OPC 通訊設定l圖控程式設計lAlarm Log 資料庫設定l工業用資料庫資料設定資料收集I/O 點對點測試功能連動測試系統上線廠務監控系統設計l分層架構【Level-0】設備層：包含了廠務各系統之相關設備, 例如馬達、泵浦、閥、Detector、Sensor, 【Level-1】控制層：本層含括各類型的控制器,如PLC、Micro Controller、VFD、MMI、控制用PC【 Level-2】監控層：當作控制器
16、與圖控系統間之閘道與圖控系統用以提供使用者適當的操作介面,如I/O Server、SCADA、HMI【Level-3】管理層：用以管理整個廠務監控系統、儲存資料及與其他資訊系統之閘道伺服器廠務監控系統設計l監控系統複聯廠務監控系統設計l樹狀網路架構廠務監控系統設計l環狀網路架構廠務監控系統設計l主要系統之監控架構水處理監控系統電力監控系統氣體監控系統化學監控系統MEP 監控系統無塵室監控系統廠務系統自動化整合l廠務系統整合規劃Siemens PLC 採用 Ethernet 網路連線整合, 利用Applicom Card 將PLC資料與上層圖控進行資料收集與交換, 如水處理監控、氣體系統監控、化
17、學系統監控、MEP系統監控、無塵室系統監控其他PLC, AB SLC-500、Omron PLC 採用 Ethernet 網路連線, 使用 Intouch Drive 進行整合, 如 Slurry 系統, SC-1 系統, 因系統採用套裝方式銷售, 特定PLC, 採用 serial port (RS485/232)連線, 利用 Serial Port to Ethernet 並採用 I/O Driver 進行整合,如 EPS 系統, 因系統採用套裝方式銷售, 廠務系統自動化整合lOPC Drive整合, OPC (Open Connectivity)係由主要資訊廠商如Microsoft, HP
18、, Epson, 等共同制定的標準用以整合各類型封閉系統, 若能提供 OPC 協定則可進行整合Power SCADA 提供OPC Server,則透過圖控所提供之 OPC Client 可進行連線Fire, VESDA : 透過三惟科技所撰寫之 OPC Server, 則透過圖控所提供之 OPC Client 可進行連線氣體系統之 Gas Cabinet, Gas Rack, VMB, Vertex MDA 等由原廠商提供 OPC Server,則透過圖控所提供之 OPC Client 可進行連線廠務系統自動化整合l資料庫應用整合LED, 與 CIM Stock 系統整合提供 Stock 資訊
19、PHS-SMS提供資料庫介面, 可由圖控系統直接整合應用 l專用 Drive 整合開發CCTV系統透過開發專用 ActivX元件以提供圖控系統彙總應用l外部資訊系統整合應用依據各類不同需求進行資料交換整合開發廠務系統自動化整合-ERClERC廠務系統自動化整合-CCTVlCCTV廠務系統自動化整合-SMSlSMS廠務系統自動化整合-LEDlLED廠務系統自動化整合-ITM廠務系統自動化整合廠務系統管理l權限控管採用 Windows Domain 管理l工業資料庫採用工業用資料庫 InSQL即時收及製程資訊lAlarm管理重大 Alarm 之自動簡訊傳送透過 IE 查詢各系統 Alarm Log
20、透過 IE 查詢各系統 Alarm Log 之相關統計分析廠務系統管理l管理自動化鋼瓶存量資訊自動傳送物料管理部門鋼瓶可用週期預估, 警示自動郵件傳送鋼瓶更換管理系統, 結合 ERP 系統Module Tool PM與氣體偵測器系統整合, 透過 CIM資訊系統與圖控之整合品質監控系統傳送品管單位報表系統Web化, 提供更便捷之資訊廠務監控系統l網域整合管理半導體廠務系統簡介-水處理系統半導體廠務系統簡介-水處理系統半導體廠務系統簡介-水處理系統半導體廠務系統簡介-電力系統半導體廠務系統簡介-電力系統半導體廠務系統簡介-電力系統半導體廠務系統簡介-氣體供應系統半導體廠務系統簡介-氣體供應系統半導
21、體廠務系統簡介-氣體供應系統半導體廠務系統簡介-氣體供應系統半導體廠務系統簡介-化學供應系統半導體廠務系統簡介-化學供應系統半導體廠務系統簡介-化學供應系統半導體廠務系統簡介-機電與附屬系統半導體廠務系統簡介-機電與附屬系統半導體廠務系統簡介-機電與附屬系統半導體廠務系統簡介-機電與附屬系統半導體廠務系統簡介-無塵室系統半導體廠務系統簡介-無塵室系統半導體廠務系統簡介-無塵室系統廠務監控系統設計-設計例廠務監控系統設計-設計例廠務監控系統設計-設計例廠務監控系統設計-設計例廠務監控系統設計-設計例廠務監控系統設計-設計例廠務監控系統設計-設計例廠務監控系統設計-設計例System Integr
22、ationl系統架構需求分析l硬體架構分析規劃l應用功能需求分析l應用功能架構規畫系統架構需求分析l系統架構需求分析Discrete Process?lSequence? State? On/Off? Transfer Lines, Motor, SwitchlImplement method PLC IPC , IOContinuous Process?lPiping monitoring? Tank? Temperature / Pressure / Flow rate / Level ? DCSHybrid Control System (PLC & DCS, PAC)系統架構需求分析l
23、符合系統控制功能的要求l單一廠牌產品能符合需求, 降低成本?l系統本身具有之整合能力, 與其他系統之整合能力?l系統架構資料層控制層現場層硬體架構分析規劃l系統需求需要建構哪些層別現場設備分布l硬體線 ? 通訊線 ?系統控制l控制邏輯規劃監視與操控l畫面規劃l系統操作需求l系統設定規畫資料收集與分析l資料庫規劃l資料分析系統l使用介面規劃系統架構參考-SiemenslLayersSCADA (ProfiNet)Control Layer (ProfiBus)Field lASlHardwire系統架構參考-ABlLayersSCADA EthernetControl Layer - Contr
24、olNetField Layer lDH+lFoundation FieldbuslCAN BuslHardwire系統架構參考-AdventechlEthernet overallMore integration devices / interfacelSCADA (opertaion)Stations, C/S, Redundant, InternetlControl Control functionsRIOP2PIntegration with other systemsRedundantlFieldEquipment functions, interface, communicationExamplelFacility System硬體架構分析規劃l信號種類 : AIO, DIO , 通訊, 影像 ?l距離考量l通訊方式 : 硬體線路, RS232, RS485/422, Ethernet, Wireless, l佈線方式 : 線槽規劃, 配管 (EMT, 防爆, 防蝕?)l佈線種類通訊線, 信號線, 電力線 (干擾問題)l區域條件溫度, 壓力, 接地, 干擾,
