厂务设施中央监控系统设计指引

1、Facility Monitoring and Control SystemDesign Guide厂务设施中央监控系统设计指引技术手册高科技项目/仪电组目 录1.01.0 系統簡介系統簡介.3 31.1 系統用途.31.2 主要設備.31.3 控制功能.52.02.0 設計準則設計準則.5 53.03.0 設計步驟及注意事項設計步驟及注意事項 .7 73.1 建立廠務監控系統架構圖.73.2 依設備需求製作控制系統之 I/O LIST.93.3 繪製各系統設備之控制流程(概念)圖 .103.4 選擇相關軟體 .103.5 控制器與儀器平面配置圖.113.6 廠務監控系統規範書.113.7 儀

2、器規範書.123.8 完成廠務監控系統圖面設計與規範 .123.9 圖面設計與規範書之校核、審定與核准.123.10圖面設計與規範書確認.131.0系统简介1.1 系统用途半导体电子厂厂务系统之中央监控系统，是提供半导体电子厂房洁净的工作环境及稳定与安全的 Utility 供应系统，使工厂生产线运作顺利，维持高良率。负责供应半导体电子厂之洁净的厂房环境维护及制程上所需之各系统之厂务公用设施，称为“厂务系统”，每个厂务系统大都会有自己独立之监控系统(统称为 SCADA，Supervisory Control And Data Acquisition System) 例如 Mep SCADA、Cl

3、ean Room SCADA、Power SCADA、WWT SCADA、DIW SCADA.等。中央监控系统(FMCS)，简单的说是将许多不同系统性质之监控子系统(SCADA)，进行信息之整合，进而形成一个单一且功能强大的全厂厂务管理系统，成为有效的管理信息，做为厂务系统操作者与管理阶层的有效工具。1.2 主要设备厂务监控系统，主要之设备如下：1. 控制器 PLC (Program Logic Controller)可程控器 DDC (Direct Digital Controller)直接数字控制器 SLC (Single Loop Controller)单回路控制器 DCS (Distr

4、ibution Control System)分布式控制系统目前半导体电子厂之 FMCS 架构大都 以 PLC 或空调用 DDC为 Base 较多。2. 监控平台人机界面(Human Machine Interface，HMI)广义而言，只要是提供操作者与机器设备沟通、操作，控制及管理的工具接口，都算人机界面(HMI)，例如传统的控制盘，Mimic Board，Annunciation，控制台 Operation Console.等。 在 FMCS 系统, 所有以往的操控接口都可在计算机上执行，因此对现代的中央监控系统而言，HMI 指的是透过 PC 及图控软件所执行的厂务监控设施。一般人机界面

5、包括: 监控计算机(Engineer、Operator and Other Viewer Station) 服务器(Data、Alarm、Web or Others Server) 系统软件 喷墨或雷色彩色打印机(Trend，Historian) 针式打印机(Alarm) 网络集线器(Switch Hub) 其他(警报系统) 3. 通讯网络(Communication Network) 通讯系统标准化 目前 PLC 之通讯网络发展，皆以标准之模块化通讯协议(Protocol) ，取代以往透过(Gate Way)程序编译之软件方式。 通讯网络模块(Communication Module)之网络

6、阶层。-信息层(Information Layer)-控制层(Control Layer)-设备层(Device Layer)4. 系统软件PLC 系统软件，目前大多建立在 Windows 工作环境依其功能/用途可分为: PC 作业环境软件 PLC 编辑软件 FMCS 图控软件 Server 软件 其他驱动程序/软件5. 传输媒体(Physical Media)电缆 信息层/控制层-二芯对绞线(Twisted Pair)-同轴电缆(Coaxial Cable)-光纤电缆(Fiber Optic Cable) 设备层二芯对绞线 (Twisted Pair)6. 现场仪器设备 装置于电子厂房各厂务

7、系统之现场管线(Pipe or Duct)、容器(Vessel)、水槽(Tank)、集水坑(Pit)或其他机械设备上之压力、温度、湿度、露点、焓值、差压、流量及液位之仪器开关(Switch)、传送器 (Transmitter)及现场传感器(Sensor/Element)等。 控制阀类对制程上流体之差压(压力)、温度、湿度、露点、焓值、流量、液位等，做适当之节流或 ON/OFF 之控制。1.3 控制功能FMCS/Scada 功能在 FMCS 系统，所有的操控接口都可在计算机上执行，因此透过HMI 之监控计算机(Engineer、Operator and Other Viewer Station)

8、及图控软件所执行的厂务监控功能如下：控制- 各系统制程上之 Pump 、Fan 运转、设备启停、控制阀开关及压力、差压、温度、湿度、露点、焓值、流量、液位.等之闭回路、开回路、逻辑连锁、批次及警报设定等之控制。2. 监视/数据收集-各系统制程管线及设备上之(压力、差压、温度、湿度、露点、焓值、流量、液位等)数据及马达、设备运转、控制阀开关状态及警报等之数据收集、指示、记录及监视等。3. 监视/分析-各系统制程参数、设备运转及启停、控制阀开关.等之运转参数，可随时 Real time 作为报表记录、历史趋势图(Historian 、Trend 、 Log)等，并作为日后维修、校正及异常分析。2.

9、0设计准则2.1 厂务监控系统之控制器架构设计，并无一定之标准，应以 ITB 之要求及业主意见为考虑依据。1. 一般大型晶圆厂或 LCD 之厂务监控大都是 PLC 为 Base。2. 一般模块厂 LCM 或组装厂，则是以 DDC 架构，也有只用 DDC或 SLC 之现场控制功能。3. 其他亦有 PLC+DDC(如华东 S2)或是 DCS+PLC(如台朔光电PDP-I 厂)。4. 另外必须考虑是否有 Redundant 之需求及 Redundant 之方式。2.2 现场仪器设备除了业主 ITB 之要求外，应考虑制程用途，作适当选择工业级或依一般商业用之空调仪器设备及控制阀类。2.3 仪器电源(如

10、 110 VAC、24 VDC or 24 VAC)及信号(如 420mADC or 010 VDC)之种类规划，除了业主 ITB 之要求外，亦应将控制器型式(PLC or DDC)与仪器电源合并考虑。2.4 本作业应依据下列适用之档、标准及法规1. 本作业依据之文件：业主技术规书厂务监控(FMCS)系统及仪器设备相关部分项目有关会议记录及备忘录当地国家标准及电气法规仪控设计工作指导书厂区建物位置平面图机电设备平面配置图危险区域划分图机电仪控界面及电源单线图电缆线槽配置平面图控制器及仪器设备厂家数据等2. 本作业依据之标准及法规NEMA 国际电气制造商协会(National Electrica

11、l Manufacturers Association)ANSI 美国国家标准(American National Standard Institute)NEC 国际电气法规(National Electrical Codes)ISA 美国仪表协会(Instrument Society Codes)UL 保险商实验所(Underwriters Laboratories)DIN 德国工业标准(Deutshes Intiitute Fur Normung e.v.)ASME 美国机械工程协会(American Society of Testing Materials)ASTM 美国材料测试协会(A

12、merican Society of Testing Materials)IEC 国际电机协会(International Electromechanical Commission)IEEE 电机及电子工程协会(Institute or Electrical and Electronic Engineers)CNS 中国国家标准(China National Standard)3.0设计步骤及注意事项中央监控系统(FMCS)规划设计工作，需依据业主 ITB 之要求、技术规书及仪控设计工作指导书，逐步完成项目工作围之厂务中央监控系统之设计工作，包含下述步骤3.1 建立厂务监控系统架构图1. 选择

13、控制器型式 PLC、DDC、DCS or SLC 或多种控制器组合为厂务监控(FMCS)系统之架构。如附件： PLC 控制系统之架构图(附件一) DDC 控制系统之架构图(附件二) DCS + PLC 控制系统之架构图(附件三) PLC + DDC 控制系统之架构图(附件四)2. 控制器之数量需依系统、功能及位置考虑： 不同系统之控制器要独立(如 Clean Room HVAC、MEP、DIW、WWT、Process Exhaust等控制器应分开)。 如仪器或机械设备在相距很远之 Building 宜选用 Remote I/O Panel or 小型 PLC(如 A-B Micrologic1

14、000/1500)。3. 是否有 Redundant 之规要求？Redundant 之方式为何？ (CPU & Power Supply) Redundant (CPU、Power Supply & Communication) Redundant4. 或是其他 Backup 方式？ PLC + SLC (Backup Panel) PLC+DDC (Backup Panel) (附件五) PLC (Redundant)+SLC (Backup Panel)5. 选择适当之模块a. 网络通讯(Protocol)模块 一般 PLC or DCS 与 FMCS/HMI 图控之信息层

15、都可具备 Ethernet 之网络通讯接口及 TCP/IP 之通讯协议(Protocol)模块。 PLC 与 HMI 图控之网络通讯接口，也可以控制层(如Modbus or A-B 之 D-H+)连接之网络架构。 PLC 与 PLC or Remote I/O Panel 之控制层连接，则是以各厂牌之通讯协议(Protocol)模块而定(如 Siemens之 Profidbus、Modicon 之 Modubus 或 A-B 之ControlNet or D-H+等)。 各 DDC 厂家之 HMI 图控通讯接口，则较为封闭，不开放连接其他厂牌之 DDC or PLC 控制器。 PLC + DD

16、C 之架构，需考虑在 PLC 架构平台之 HMI 图控(如 Intouch or iFix)，DDC 则要注意需有 Ethernet之通讯接口整合器。 电力监控之数字电表(Power Meter)数量之 RS-485/Modbus 模块需求量。 其他独立系统与 FMCS/HMI 图控之信息层，必需具备Ethernet 之网络通讯接口及 TCP/IP 之通讯协议(Protocol)模块。b. I/O 模块 Analogue Input & Output Modules 需配合现场仪器之信号需求，一般是 420mADC or 010 VDC。 Digital Output Modules

17、需有 Isolated Relay，Input Signal 需要求为 Dry Contact。6. 决定 HMI 之设备功能及数量 监控计算机要考虑 Engineer、View 及 Alarm、WEB 及SQL 等 Server 之功能及数量。 其他相关设备，视业主之需求，如 Hard Copy Printer(Color Jet or Laser type)、Alarm Printer(Matrix type)、Hub、Annunciation Panel等。7. 选择传输媒体a. 一般之传输媒体电缆： 二芯对绞线(Twisted Pair)-费用便宜,传输效果佳 同轴电缆(Coaxial

18、 Cable)-费用次之,传输效果更佳 光纤电缆(Optic Fiber Cable)-费用贵,传输效果优异b. 控制器之信息层与控制层需视距离远近与传输数据之负载量而定。 一般小厂之监控系统，距离近与传输数据之负载不大，可采用二芯对绞线(Twisted Pair)。 大厂之信息层传输数据负载大，则可考虑选用光纤电缆(Optic Fiber Cable)，控制层如距离不远，一般都选用二芯对绞线(Twisted Pair)。c. 现场仪器与控制器 I/O 模块之设备层，目前都是用二芯对绞线 (Twisted Pair)，仿真讯号需加遮蔽网(Shield)。3.2 依设备需求制作控制系统之 I/O

19、 List1. 依 P&ID 流程图之仪器及机械设备之种类、功能及数量，计算I/O 点数。(附件七)2. 依马达/泵之控制方式，计算 I/O 点数。 1 x Do for Pump On/Off (Maintain Contact) 2 x Do for Pump On and Off (Pulse Signal)3. 依马达控制阀(MOV)之控制方式，计算 I/O 点数。 1 x Do for Motor Valve Open/Close (Spring Return or 利用一个 Do 之输出 Relay a/b 接点控制 Motor Valve Open and Close)

20、2 x Do for Motor Valve Open and Close (Pulse Signal)4. 被控制设备是否有其他回馈信号? 变频器是否有其他回馈信号(如电流、频率等) 比例式控制阀是否有其他回馈信号(如 Opening % Signal) On/Off 式控制阀是否有其他回馈信号(如 Open/Close Limit Switches)5. 电气组提供高低压盘(如 ACB/VCB、AVR、ATS、UPS 及Diesel Generator 等)之电力监控需求。6. 注意 ITB 之要求及技术规上 Spare I/O 及 Panel 之 Spare Space 需求量。3.3

21、绘制各系统设备之控制流程(概念)图1. 依业主 ITB、技术规之要求及机械各系统之流程图或 P&ID 图，绘制监控系统之控制流程(概念)图。(如附件八)2. 须注意各制程机械设备、相关仪器及控制阀之信号种类及数量需求，并将它表示于控制系统流程(概念)图上。3. 如为各系统 Package 之控制设备(盘)或仪器，应以”Note” 加以注明”Scope by Xxx”，以区分工程围。4. 仪器设备之编号(Tag No.)应标写于控制流程(概念)图面上，如相似之设备(如空调箱)上之仪器可以表格制作表示之，如无法完全表示于图面上，应于规上统一仪器编号之规则与方法。5. 决定 PLC、DDC

22、or DCS 控制系统之电力需求a. PLC or DCS 电力需求为 110 or 220 VAC 50 or 60Hz(依当地电力系统而定)。b. PLC or DCS 之 I/O 模块电力需求为 24 VDC，可提供二线式仪器之 24 VDC Loop Power。c. DDC 电力需求大多为 24VAC(现场 DDC 盘电源可提供空调仪器 24 VAC Power 需求)。d. PLC Remote I/O Panel 或 DDC Panel 需可提供现场仪器(24 VDC、24VAC、110/220 VAC 50/60 Hz)之电力需求。3.4 选择相关软件1. 依业主 ITB 或技

23、术规之要求，选择适当之图控软件。2. 所有系统使用之软件(含系统操作、逻辑编写、图控软件等)都必须具有合法。3. 目前电子厂较常用之图控软件为 Intouch 或 iFix。4. 如业主无特殊要求或规定，则以与控制器同厂牌之 Package 图控软件为优先考虑，如 Siemens 之 WinCC、A-B 之 Rsview S.E或 GE 之 Cimplicity等。5. 需依工作站之功能区分发展(Develop)版(for Engineer Station)与执行(Run time)版(for View / Control Station)。6. 如业主规要求专业 Server 软件，则需另外

24、规划 SQL 或其他Server 软件(一般 Develop 版图控软件，也可以做 Server 功能)。7. 其他相关软件，如 PC 之操作系统 Win 2000 or XP Professional、Office、Printer Driver等。3.5 控制器与仪器平面配置图 (除非业主 ITB 有此要求，否则一般都是由施工承商绘制平面施工图)1. 依机械各系统之管线设备平面图，修改并绘制监控系统之控制器与仪器位置与编号(Tag No.)。2. 上述之图面，套上电气组提供之 Cable Tray 配置图。3. 最后加上监控系统之控制器与仪器间之电缆与电管需求，完成厂务监控系统之控制器与仪器

25、平面配置图。4. 需注意电管之规格材质，一般是屋外使用 RSG 管，屋使用EMT 管，预埋使用 PVC 管。3.6 厂务监控系统规书厂务监控系统规书，至少应包括下列项目： 工程说明 工程围 工程接口(包括承包商职责) 品管 厂商图面、文件提送(必须包括工程细部施工与竣工图面) 运送、储存与装卸 系统架构与功能说明 设备功能与规格(包括控制器、工作站、服务器、外围设备、系统软件、UPS 供电设备等) 执行计划(包括工程计划、安装施工、测试与验收、教育训练、维护与保固)3.7 仪器规书一般仪器规书，至少应包括下列项目： 工程说明 工程围 工程接口(包括承包商职责) 品管 厂商图面、文件提送(必须包括工程细部施工与竣工图面) 运送、储存与装卸 仪器设备通则说明 仪器设备功能与规格 执行计划(包括安装施工、测试与校正、仪器命名、教育训练、维护与保固)3.8 完成厂务监控系统图面设计与规厂务监控系统的设计图说(Design Output)须包括下列部分或全部之图面或档1系统架构图2输入输出表(I/O List)3各系统设备控制流程(概念)图4控制器与仪器平面位置图(如果业主 ITB 有此要求)5规书6材料表3.9 图面设计与规书之校核、审定与核准图面设计与规书完成后根据所列项目及其权责划分由设计工程师审查