創新之泵浦不中斷供應模式

前言 Introduction

對於雙氣源Pump無法像單氣源Pump簡單地就可以Force Supply，一直都是大家的困擾，因為當供應系統異常當機時，如果雙氣源Pump可以迅速、簡單地Force Supply，那麼就可以達到不中斷供應，降低或不影響工廠生產，且可以有時間去維修系統。

本篇文章將介紹大家，如何簡單地裝設一組外部控制器，在不需要修改雙氣源控制模式，且不需要額外外接電源或PLC控制器，只要有一個氣源，就可以讓雙氣源Pump像單氣源Pump般，簡單又迅速地達到Force Supply，讓化學系統持續供應。

文獻回顧 Background

對於液體物質(如Water, Chemical, Waste water, Waste Chemical…等)大都會使用Pump來輸送或供應，以達到使用的目的。所使用的Pump大致分為兩類：電動或氣動的，在半導體製造廠之化學供應系統，無論Central or Local supply system，大都使用Air Powered Pump (氣動Pump)，當機台有需求時，不間斷地供應Chemical至工廠生產機台。

一般使用的Air Powered Pump分為兩種：單或雙Source氣源Pump (指連接到Pump本體的氣源管路)，一般都簡稱為單氣源Pump或雙氣源Pump。其實Air Powered Pump之作動方式，無論Diaphragm or Bellows Type，對於Pump本身都是左右兩方向驅動的，只在於雙氣源的是雙進雙驅，單氣源的是單進雙驅，兩者的差異只在於單氣源的Pump內部多了一組Shuttle Assembly (圖一、圖二)，來作為單氣源進入Pump內部後，進行左右分配氣源，達到雙驅的動作，讓Pump可以左右擺動，將液體供應出去，而雙Source氣源的是藉由雙電磁閥的一壓一放 (進氣/排氣)，來達到左右擺動。

由以上所述，可看出來單氣源Pump僅需要一組電磁閥就可以使其作動，而雙氣源Pump需要雙電磁閥才可以使其作動，線路配置如圖三、四所示。

大家都知道當化學供應系統無法自動運轉(如Power or PLC system發生異常…等)時，單氣源Pump可以將電磁閥強制驅動，讓氣源不間斷的供應，就可以使Pump持續作動，達到Force Supply，繼續供應Chemical至工廠生產機台；但雙氣源Pump就很難做到，因為它使用雙電磁閥，必須一壓一放，才能使Pump作動，雖然可以人工做一壓一放的動作，但耗費人力又達不到持續供應功能，依然會影響到工廠生產。

所以如何使雙氣源Pump也可以達到Force Supply，不間斷地供應，以利工廠連續生產，創造最大產能，獲取最佳經濟效益，是我們要達成的目標。

研究內容 EXPERIMENT

現在，廠區化學供應系統大都使用TREBOR的Non-metal Pump (620 or 960系列)，這兩系列都屬於Air Powered Pump，有分單、雙Source氣源兩種，在F3E廠區都使用單氣源Type，以利有異常狀況或系統緊急維修時，容易Force Supply，達到不中斷供應之功能。

從廠商那裡得知單氣源Pump的Shuttle Assembly，曾有個案斷裂卡死在裡面的狀況，必須將Pump整組拆下外送處理取出，因為要整組拆下，就必須作管路拆裝，這樣麻煩又費時，且有可能影響到管路Quality，造成污染。因此我們開始思考，如何針對容易損壞或耗損的元件─Shuttle Assembly (此為原廠公認整組Pump上最易耗損，需定期更換的元件)，將其設計成可容易更換，以簡化維修程序。

在某次與廠商討論下，得知TREBOR有一產品PC7 Pump Controller (以下簡稱PC7 Controller)，此裝置是種外部驅動控制器，可以使單氣源之Air Powered Pump在沒有Shuttle Assembly下，亦可以正常作動，達到供應之功能，其實說穿了，PC7就是一個外部Shuttle Assembly (圖五)。

現在在我們廠區之49%HF CDM Transfer Pump (620R Type)已經裝設上PC7 Controller，因為不需要修改既有的PLC控制模式，只是在原有的進氣管路，與PC7 Controller作簡單地組合(已安裝在化學系統上的Pump不需拆裝，只是外部結合而已)，就可以使用了，所以與內建Shuttle Assembly之Pump使用上並無差異，從裝設至今，運轉上亦無任何問題，現場圖如圖六、圖七。

本來裝設PC7 Controller，只是想避免因Shuttle Assembly如有損壞卡死時，可以容易更換，不需要將整組Pump拆卸下來，但越看PC7 Controller，越覺得它應該還能有其他的方面可以拿來應用，所以仔細地研究後，發現它是氣源單進雙驅(單氣源進，但可以左右擺動；對喔！它本來就是Shuttle Assembly的一種，所以本來就可以左右擺動)，那它可以使用在雙氣源Pump嗎？第一時間，大家都覺得不可行，因為雙氣源Pump必須靠兩組訊號控制雙Source氣源，但PC7 Controller僅能供應單Source氣源，那要如何符合，難道要修改PLC程式，更改成單氣源控制模式來使用，這樣就太費時又費工了，且改成單氣源控制模式，不如一開始就使用單氣源Pump。

難道真的不能用PC7 Controller來解決雙Source氣源Pump不能Force Supply的問題嗎？忽然開竅似地，有了一個創新的想法，假如完全不去修改雙氣源Pump控制模式，直接將PC7 Controller結合進去，當系統正常運轉時，是使用既有的雙氣源控制模式供應，但當系統發生異常當機時，可以迅速且簡單地切換至PC7 Controller Force Supply模式，讓雙氣源Pump可以繼續供應。有了這個想法後，立即進行結合設計，發現原來只要很簡單的氣源管路修改，就可以將PC7 Controller與雙氣源Pump結合在一起，並且具備既有的雙氣源控制模式供應及我們一直想要的Force Supply模式。

以下將介紹PC7 Controller與雙氣源Pump結合的創新設計，以下列圖八來說明如何修改成新的設計，我們在既有雙氣源Pump供應模式的電磁閥後之氣源管路上，將PC7 Controller出口之雙氣源管路整合在一起，並加裝A、B、C手動閥，設計成圖八之右圖。這樣一來，將A、C手動閥關閉，B手動閥開啟，就是正常既有雙氣源Pump供應模式如圖九；如有異常狀況時，需使用Force Supply模式，則將B手動閥關閉，A、C手動閥開啟如圖十，這樣Pump就可以持續動作供應了。

結果與討論 RESULT/DISCUSSION

經由以上的新設計藍圖出爐後，我們就開始著手進行實際試驗，此次有請供應商(宇燦)協助，實際以雙氣源Pump (MEGA 960E)與PC7 Controller，依新設計藍圖來組裝結合成如圖十一，並測試運轉狀態，結果是可以正常運作的，並不影響既有的Pump功能，這樣的成果，反而讓他們很驚訝，竟然可以如此使用。

所以經由實際組裝測試後，證實我們的創新設計針對現有的TREBOR氣源Pump來運用是可行的，而且是完美的組合，讓雙氣源Pump也可以具有Force Supply模式，可以供我們靈活的運用，當供應系統異常當機(Power loss, PLC fault…等)或需要更換Parts時，都可以在簡單的操作下使用Force Supply模式，讓系統繼續供應，不需要再請工廠停機，影響到生產了。

經由新設計，已經使TREBOR雙氣源Pump，具有Force Supply功能了，接著將繼續介紹此新設計，應用到其他所有廠牌的雙氣源Pump。請大家回顧一下圖八之創新設計，我們是把PC7 Controller結合放入雙氣源Pump原先的氣源管路架構上，那這個雙氣源Pump就只要是雙氣源Pump（不論Diaphragm or Bellows Type，只要有兩個氣源進氣口）就可以使用此新設計，不會是限用哪一廠牌的^(註2)。但其實PC7 controller還是有一個小小的限制，那就是PC7 Controller最大驅動壓力為80 psi，所以需使用到驅動壓力大於80 psi的不適用PC7 Controller，但這一點其實不難克服，我們可以與廠商合作開發設計更大驅動壓力的外部控制器。

結論 CONCLUSION

經過實地測試運作，證實我們的創新設計是可行的，且可廣泛簡單地運用到所有Air Powered Pump上，此成果，真的讓供應商(宇燦)驚訝連連，因為連TREBOR原廠製造商都不知可如此地廣泛運用。

現在我們把此次創新的設計架構與原始架構整理如表一，供大家可以快速地了解，利於選擇最佳組合來運用在自己的供應系統上，以解決長久以來或避免未來會發生的問題。

綜觀表一，得到一個結論，如果是要新購買或新建廠，對於雙氣源控制模式的供應系統，建議使用Item 1 (雙氣源Pump+PC7 controller)的組合，單氣源控制模式的供應系統，建議使用Item 2 (單氣源Pump+PC7 controller)，這樣在Day1就可以使系統供應模式達到完善，而且可以魚與熊掌兼得，同時具有單氣源Pump強制供應功能與雙氣源Pump沒有shuttle & Pilot valve之風險；至於對已經裝設在供應系統上的，則購買PC7 controller依照Item 1~3的模式作修改裝設，一樣可以使既有系統之供應模式達到完善。

對於此新設計，其實還有個最佳的創新，就是可以設計成Auto Backup Function to Force Supply，以圖十八來說明：將A、B、C、D valve均使用氣動閥來裝設，只是A、C valve裝設NO (Normal Open) type valve，B、D valve裝設NC (Normal Close) type valve，如此一來，當Power or PLC Fault時，B、D valve將會關閉，A、C valve將會開啟，Pump Force Supply功能則自動啟動，所以這時只要去將D valve強制開啟，就可以迅速達到繼續供應之功能，大大減少對工廠生產之衝擊。

以上，就是PC7 controller上的創新設計及應用說明，此設計讓我們的供應系統如虎添翼，就算遇到異常狀況，需進行維修維護時，依然可以繼續供應，不致影響到工廠正常生產，讓工廠創造公司最大利益。

而且，因為它對於所有單、雙氣源Air powered Pump (不論Diaphragm or Bellows Type，只要有兩個氣源進氣口)都可以運用，所以其使用範圍並不侷限在廠務系統上，只要公司任何部門有使用到Air Powered Pump，或甚至可以說全世界只要有用到Air Powered Pump都可以適用此新設計。