厂务设施中央监控系统设计指引

WORD23/23WORDFacilityMonitoringandControlSystemDesignGuide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TOC\f\h\z1.0系統簡介31.1系統用途31.2主要設備31.3控制功能52.0設計準則53.0設計步驟与注意事項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/OList93.3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tc”1.0系統簡介”1.1 系统用途tc"1.1 系統用途"\l2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与稳定与安全的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与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，SupervisoryControlAndDataAcquisitionSystem)例如MepSCADA、CleanRoomSCADA、PowerSCADA、WWTSCADA、DIWSCADA….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tc"1.2 主要設備"\l2厂务监控系统，主要之设备如下：控制器PLC(ProgramLogicController)可程控器DDC(DirectDigitalController)直接数字控制器SLC(SingleLoopController)单回路控制器DCS(DistributionControlSystem)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。监控平台﹕人机界面(HumanMachineInterface，HMI)广义而言，只要是提供操作者与机器设备沟通、操作，控制与管理的工具接口，都算人机界面(HMI)，例如传统的控制盘，MimicBoard，Annunciation，控制台OperationConsole...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与图控软件所执行的厂务监控设施。一般人机界面包括:监控计算机(Engineer、OperatorandOtherViewerStation)服务器(Data、Alarm、WeborOthersServer)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(SwitchHub)其他(警报系统)通讯网络(CommunicationNetwork)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(GateWay)程序编译之软件方式。通讯网络模块(CommunicationModule)之网络阶层。信息层(InformationLayer)控制层(ControlLayer)设备层(DeviceLayer)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/软件传输媒体(PhysicalMedia)—电缆信息层/控制层二芯对绞线(TwistedPair)同轴电缆(CoaxialCable)光纤电缆(FiberOpticCable)设备层二芯对绞线(TwistedPair)现场仪器设备装置于电子厂房各厂务系统之现场管线(PipeorDuct)、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、流量与液位之仪器开关(Switch)、传送器(Transmitter)与现场传感器(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tc"1.3 控制功能"\l2FMCS/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、OperatorandOtherViewerStation)与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、控制阀开关与压力、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、批次与警报设定…等之控制。监视/数据收集-各系统制程管线与设备上之(压力、差压、温度、湿度、露点、焓值、流量、液位…等)数据与马达、设备运转、控制阀开关状态与警报…等之数据收集、指示、记录与监视等。监视/分析-各系统制程参数、设备运转与启停、控制阀开关….等之运转参数，可随时Realtime作为报表记录、历史趋势图(Historian、Trend、Log)等，并作为日后维修、校正与异常分析。2.0 设计准则tc"2.0 設計準則"厂务监控系统之控制器架构设计，并无一定之标准，应以ITB之要求与业主意见为考虑依据。一般大型晶圆厂或LCD之厂务监控大都是PLC为Base。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。其他亦有PLC+DDC(如华东S2)或是DCS+PLC(如台朔光电PDP-I厂)。另外必须考虑是否有Redundant之需求与Redundant之方式。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与控制阀类。仪器电源(如110VAC、24VDCor24VAC)与信号(如4~20mADCor0~10VDC)之种类规划，除了业主ITB之要求外，亦应将控制器型式(PLCorDDC)与仪器电源合并考虑。本作业应依据下列适用之档、标准与法规﹕本作业依据之文件：业主技术规书－厂务监控(FMCS)系统与仪器设备相关部分项目有关会议记录与备忘录当地国家标准与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／仪控界面与电源单线图电缆线槽配置平面图控制器与仪器设备厂家数据等本作业依据之标准与法规﹕NEMA国际电气制造商协会(NationalElectricalManufacturer’sAssociation)ANSI 美国国家标准(AmericanNationalStandardInstitute)NEC 国际电气法规(NationalElectricalCodes)ISA 美国仪表协会(InstrumentSocietyCodes)UL 保险商实验所(UnderwritersLaboratories)DIN 德国工业标准(DeutshesIntiituteFurNormunge.v.)ASME 美国机械工程协会(AmericanSocietyofTestingMaterials)ASTM美国材料测试协会(AmericanSocietyofTestingMaterials)IEC 国际电机协会(InternationalElectromechanicalCommission)IEEE 电机与电子工程协会(InstituteorElectricalandElectronicEngineers)CNS 中国国家标准(ChinaNationalStandard)3.0 设计步骤与注意事项tc"3.0 設計步驟与注意事項"中央监控系统(FMCS)规划设计工作，需依据业主ITB之要求、技术规书与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tc"3.1 建立廠務監控系統架構圖"\l2选择控制器型式PLC、DDC、DCSorSLC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)控制器之数量需依系统、功能与位置考虑：不同系统之控制器要独立(如CleanRoomHVAC、MEP、DIW、WWT、ProcessExhaust…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RemoteI/OPanelor小型PLC(如A-BMicrologic1000/1500)。是否有Redundant之规要求？Redundant之方式为何？(CPU&PowerSupply)Redundant(CPU、PowerSupply&Communication)Redundant或是其他Backup方式？PLC+SLC(BackupPanel)PLC+DDC(BackupPanel)(附件五)PLC(Redundant)+SLC(BackupPanel)选择适当之模块网络通讯(Protocol)模块一般PLCorDCS与FMCS/HMI图控之信息层都可具备Ethernet之网络通讯接口与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ModbusorA-B之D-H+)连接之网络架构。PLC与PLCorRemoteI/OPanel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ControlNetorD-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DDCorPLC控制器。PLC+DDC之架构，需考虑在PLC架构平台之HMI图控(如IntouchoriFix)，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(PowerMeter)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之网络通讯接口与TCP/IP之通讯协议(Protocol)模块。I/O模块AnalogueInput&OutputModules需配合现场仪器之信号需求，一般是4~20mADCor0~10VDC。DigitalOutputModules需有IsolatedRelay，InputSignal需要求为DryContact。决定HMI之设备功能与数量监控计算机要考虑Engineer、View与Alarm、WEB与SQL等Server之功能与数量。其他相关设备，视业主之需求，如HardCopyPrinter(ColorJetorLasertype)、AlarmPrinter(Matrixtype)、Hub、AnnunciationPanel…等。选择传输媒体一般之传输媒体—电缆：二芯对绞线(TwistedPair)-费用便宜,传输效果佳同轴电缆(CoaxialCable)-费用次之,传输效果更佳光纤电缆(OpticFiberCable)-费用贵,传输效果优异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(TwistedPair)。大厂之信息层传输数据负载大，则可考虑选用光纤电缆(OpticFiberCable)，控制层如距离不远，一般都选用二芯对绞线(TwistedPair)。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(TwistedPair)，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/OListtc"3.2 依設備需求製作控制系統之I/OList"\l2依P&ID流程图之仪器与机械设备之种类、功能与数量，计算I/O点数。(附件七)依马达/泵之控制方式，计算I/O点数。1xDoforPumpOn/Off(MaintainContact)2xDoforPumpOnandOff(PulseSignal)依马达控制阀(MOV)之控制方式，计算I/O点数。1xDoforMotorValveOpen/Close(SpringReturnor利用一个Do之输出Relaya/b接点控制MotorValveOpenandClose)2xDoforMotorValveOpenandClose(PulseSignal)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/CloseLimitSwitches)电气组提供高低压盘(如ACB/VCB、AVR、ATS、UPS与DieselGenerator等)之电力监控需求。注意ITB之要求与技术规上SpareI/O与Panel之SpareSpace需求量。3.3 绘制各系统设备之控制流程(概念)图tc"3.3 繪製各系統設備之控制流程(概念)圖"\l2依业主ITB、技术规之要求与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)须注意各制程机械设备、相关仪器与控制阀之信号种类与数量需求，并将它表示于控制系统流程(概念)图上。如为各系统Package之控制设备(盘)或仪器，应以”Note”加以注明”ScopebyXxx”，以区分工程围。仪器设备之编号(TagNo.)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。决定PLC、DDCorDCS控制系统之电力需求PLCorDCS电力需求为110or220VAC50or60Hz(依当地电力系统而定)。PLCorDCS之I/O模块电力需求为24VDC，可提供二线式仪器之24VDCLoopPower。DDC电力需求大多为24VAC(现场DDC盘电源可提供空调仪器24VACPower需求)。PLCRemoteI/OPanel或DDCPanel需可提供现场仪器(24VDC、24VAC、110/220VAC50/60Hz)之电力需求。3.4 选择相关软件tc"3.4 選擇相關軟體"\l2依业主ITB或技术规之要求，选择适当之图控软件。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。目前电子厂较常用之图控软件为Intouch或iFix。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RsviewS.E或GE之Cimplicity…等。需依工作站之功能区分发展(Develop)版(forEngineerStation)与执行(Runtime)版(forView/ControlStation)。如业主规要求专业Server软件，则需另外规划SQL或其他Server软件(一般Develop版图控软件，也可以做Server功能)。其他相关软件，如PC之操作系统Win2000orXPProfessional、Office、PrinterDriver…等。3.5 控制器与仪器平面配置图tc"3.5 控制器與儀器平面配置圖"\l2(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)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(TagNo.)。上述之图面，套上电气组提供之CableTray配置图。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平面配置图。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tc"3.6 廠務監控系統規範書"\l2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