半導體廠 廠務系統自動化 劉聖元

大綱 控制系統分類 半導體廠內自動化系統區分 無塵室自動化系統簡介 半導體廠務系統簡介 廠務監控系統設計 廠務系統自動化整合 廠務系統管理 Q & A

控制系統分類 DCS (Distributed Control System) PLC (Programmable Logic Controller) PAC (Programmable Application Controller) PC-Based

DCS 架構圖

DCS 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

PLC 系統 分散系統 分散控制 需整合系統統整各系統 介面較多 資料須整合系統整合管理 系統封閉, 但現行系統多有開放的架構與介面

PAC

PAC PAC 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-Based PC-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 辦公室自動化系統 Module自動化系統 Facility 自動化系統 MIS - Office Office Automation CIM - FAB Module Automation FMCS - Facility Facility Automation

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

Module 自動化系統 建立CIM 網路系統 ( FAB 內相關網路) 建立EAP 網路連線, 擷取 Tool 資訊 MES (Manufacture Executing System) 設定與執行製造流程執行 Tool 現況監控, 如Run, PM, Warm S/D, Cold S/D APC (Advanced Process Control) 收集即時製程參數, 監控Tool狀態 UPC (Pump/Local Scrubber) 資料收集監控 EIM (Engineering Information Management) 收集測試及實驗數據進行SPC分析及各種統計手法

Module 自動化系統 (續) AMHS (Automated Material Handling System) Tool 間 Lot 自動化傳送 設定最佳路徑, 自動化傳輸

設備應用程式 EAP (Equipment Application Program) 一個介於無塵室內設備與CIM系統之間的界面 透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 APC,MES,… AMHS EAP System

EAP 介面圖 EAP 透過半導體設備通用的介面與機台交換資料 HSMS SECSII GEM 其他 SEMI 所訂定的 Protocol EIM AMHS MES SECSII EAP Tool Tool Tool APs APC

HSMS - High Speed SECS Message Service SECSII 一種固定格式的通訊協定, 讓設備與EAP之間可以交換訊息 HSMS - 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 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 其他 SEMI 標準 Carrier Management, Process Job Management, Control Job Management, Carrier Handoff

半導體廠務系統簡介 半導體廠務系統簡介 主要系統 水處理系統 電力系統 氣體供應系統 化學供應系統 機電與附屬系統 無塵室控制系統

半導體廠務系統簡介 附屬系統 火警探測防護系統 極早期偵煙探測系統 廣播系統 門禁系統 CCTV 影像監視系統 地震偵測系統 LED 電子看板系統 LAU 區域警報系統 SMS 簡訊系統 電話系統

半導體廠務系統簡介-水處理系統 水處理系統 DI (UPW) Reclaim 水處理系統 廢水處理系統 DI 前段處理系統

半導體廠務系統簡介-電力系統 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 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 System CQC (Continuous Quality Control) 偵測器系統 Vertex MDA – 紙帶式毒氣偵測器 Drager 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 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 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 無塵室系統 MAU (Modular air handling unit) TT/HT (Temperature / Humidity) Exhaust (AEX, 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 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 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 Tool 電力系統提供穩定電力供應廠務系統/Module Tool 氣化系統提供品質穩定並符合需求氣體及化學品供應Module Tool 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 提供未來擴充之空間與需求 提供舒適之辦公環境

Facility 系統依據 Tool/Facility 設計功能 廠務監控系統設計 Module Tool 設計與需求 Facility 系統依據 Tool/Facility 設計功能 建立功能需求表 Facility 依據設計功能設計設備 建立設備需求表 依據功能需求/設備設計 I/O 建立I/O需求 Matrix 設備整體規劃與系統介面協調 A

控制器程式設計, 圖控程式設計, 資料庫需求, 報表規劃 廠務監控系統設計 A 監控規劃 控制器架構, 網路架構, 圖控架構 監控設計 控制器程式設計, 圖控程式設計, 資料庫需求, 報表規劃 初步測試 I/O 點對點測試 功能測試與驗證 連動測試 系統上線

廠務監控系統設計-設計例 設計例 特殊氣體供應系統 (Special Gas Supply) Module Tool 提供需求, 由 Central 供應之氣體種類 本例以 5%B2H6 之需求為例 Facility 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, 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 建立需求之氣瓶櫃/氣瓶架, VMB/VMP, 偵測器設備 建立 I/O Matrix 氣瓶櫃設計為雙供應端, 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, 廣播系統, 緊急狀態需要及時發送簡訊至相關人員 PHS 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, 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 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 氣瓶櫃/VMB硬體點/各連動系統需要 PLC DI/O 點 Vertex MDA控制需要 Profibus 連線 PLC 架構設計為 Redundant PLC 系統直接與 PA 整合介面 氣瓶櫃/VMB & 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 I/O 點對點測試 功能連動測試 系統上線 PLC 程式設計 I/O Server 設計/設定 OPC 通訊設定 圖控程式設計 Alarm Log 資料庫設定 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 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 監控系統複聯

廠務監控系統設計 樹狀網路架構

廠務監控系統設計 環狀網路架構

廠務監控系統設計 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 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 OPC Drive整合, OPC (Open Connectivity)係由主要資訊廠商如Microsoft, HP, 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 資料庫應用整合 專用 Drive 整合開發 外部資訊系統整合應用 LED, 與 CIM Stock 系統整合提供 Stock 資訊 PHS-SMS提供資料庫介面, 可由圖控系統直接整合應用 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 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-ERC ERC

廠務系統自動化整合-CCTV CCTV

廠務系統自動化整合-SMS SMS

廠務系統自動化整合-LED LED

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 權限控管 工業資料庫 Alarm管理 採用 Windows Domain 管理 採用工業用資料庫 InSQL即時收及製程資訊 透過 IE 查詢各系統 Alarm Log 透過 IE 查詢各系統 Alarm Log 之相關統計分析

廠務系統管理 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 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

半導體廠務系統簡介-氣體供應系統

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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

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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

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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

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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 Integration

系統架構需求分析 硬體架構分析規劃 應用功能需求分析 應用功能架構規畫

系統架構需求分析 系統架構需求分析 Discrete Process? Continuous Process? Sequence? State? On/Off? Transfer Lines, Motor, Switch Implement method PLC IPC , IO Continuous Process? Piping monitoring? Tank? Temperature / Pressure / Flow rate / Level ? DCS Hybrid Control System (PLC & DCS, PAC)

系統架構需求分析 符合系統控制功能的要求 單一廠牌產品能符合需求, 降低成本? 系統本身具有之整合能力, 與其他系統之整合能力? 系統架構 資料層 控制層 現場層

硬體架構分析規劃 系統需求需要建構哪些層別 現場設備分布 硬體線 ? 通訊線 ? 系統控制 控制邏輯規劃

監視與操控 畫面規劃 系統操作需求 系統設定規畫 資料收集與分析 資料庫規劃 資料分析系統 使用介面規劃

系統架構參考-Siemens

Layers SCADA (ProfiNet) Control Layer (ProfiBus) Field AS Hardwire

系統架構參考-AB

Layers SCADA – Ethernet Control Layer -- ControlNet Field Layer DH+ Foundation Fieldbus CAN Bus Hardwire

系統架構參考-Adventech Ethernet overall More integration devices / interface

SCADA (opertaion) Control Field Stations, C/S, Redundant, Internet Control functions RIO P2P Integration with other systems Redundant Field Equipment functions, interface, communication

Example Facility System …

硬體架構分析規劃 信號種類 : AIO, DIO , 通訊, 影像 ? 距離考量 通訊方式 : 硬體線路, RS232, RS485/422, Ethernet, Wireless, 佈線方式 : 線槽規劃, 配管 (EMT, 防爆, 防蝕?) 佈線種類 通訊線, 信號線, 電力線 (干擾問題) 區域條件 溫度, 壓力, 接地, 干擾,