廠務控制系統之資訊互聯網KVM架構應用

前言

廠務組織調整為GIGA FAB模式，由 表一比較得知管理上有跨廠區需求、值班涵蓋區域擴大、原先依單一廠區規劃的值班室已無法滿足運轉需求，值班系統必需提供更多廠區資訊，提升值班人員緊急應變反應速度。

表一、廠務管理架構-Single & Giga FAB 變更模式比較表

初步構想是將不同廠區系統，各監控系統串連起來達成廠務資訊互聯網，即時監控減少值班人員往返值班室時間。原本設計的值班室已有完整機械及電力監控系統，但是氣化及水處理資訊卻只有重要狀態與警報資訊，如何將其資訊補足，且能讓值班人員於FMCS值班室操作所有廠務監視系統這是後續需要討論的議題。

跨廠區系統計概念及選用

由前言所述廠務運轉模式改變，必須克服以下的困難：

• 值班人員需要於值班室掌握監控系統。
• 跨廠區系統監控能力。
• 新系統維護簡便。
• 現場監控修改必須可以同步更新。
• 新系統可放置於既有FMCS值班室。

為克服上述困難點，提出兩個新系統設計方向：

1. 採用廠務常用整合方式，使用圖控整合(類似中科合一系統)。
2. 採用網路管理技術上KVM(電腦切換器) ^[註1]架構。

廠務常用整合方式

廠務常用系統整合架構上以Intouch整合所有Intouch的系統資訊，如 圖一，此系統為人機介面方式的整合，人機介面上有警報點數上限限制(最大6萬點) ，而且無法自動更新，這對於跨廠區整合有很大限制。

圖一、廠務常用整合方式簡圖

網路管理技術上KVM架構

其原理是將其鍵盤、顯示器和滑鼠等訊號模擬，並將這些模擬信號數位化轉換成數位封包，經過加密和壓縮(如 圖二)，在網絡中利用TCP/IP連接進行安全傳輸，從而實現對設備的遠程控制。這樣的設備功能雖然單純，在實際應用上，卻可以為電腦管理人員節省相當多時間，並增加許多管理上便利性，其設備共分為一般類比式及數位式兩種：

圖二、KVM 原理架構簡圖

一般類比式KVM所採用的連接埠是D-Sub，也就是和一般伺服器內建的視訊埠相同規格的連接埠。這種類型因為必須透過轉接線將伺服器與KVM連接，而且操作時， IT人員必須到KVM主機前操作，使用的環境有距離上限制。

數位式KVM則是將伺服器端的視訊、鍵盤與滑鼠的VGA、PS2或USB的訊號，透過網路線傳送，將類比訊號轉換為數位訊號，如 圖三說明。數位式KVM連線方式需要將類比訊號轉換為數位訊號，因此設備價格較高，但其優點就在於有效傳輸距離長達90公尺，遠超過一般類比式傳輸線1.8公尺的限制。因此在主機位置的選擇與安裝上，都比類比式有更大的彈性。

圖三、類比式及數位式KVM 連線方式比較

廠務常用整合方式及網路管理技術KVM架構如 表二所示，KVM架構有著無點數限制、立即更新、無須維護人力、相容性高優勢，進而選用KVM架構，且數位式KVM有效距離長，所以跨廠區監控就選用數位式KVM架構設計。

跨廠區系統系統應用

其安裝上，如 圖四用用戶端只需要將原本Keyboard、Video、Mouse訊號透過電腦端模組轉換成TCP/IP訊號連接至KVM Server，KVM也透過網路無距離限制提供給遠端戶。

圖四、KVM 跨廠區安裝示意圖

達到遠端戶操控及監視各用戶端系統，且遠端戶只需安裝一部操作台即可操作不同廠區的各系統，符合目前廠務值班需求。系統同步性上相當方便工具，可以把值班室變成一個無遠弗屆雲端網路，所有資訊皆整合，即使單一廠區發生事件，其他廠區皆可利用KVM 功能掌握狀況與支援。

在規劃上建議KVM工作網段為獨立網域，主要是避免視訊傳輸時因頻寬不足而降低網路品質，在這網路架構下可以在任一控制室，不須安裝任程式，即可以使用跨廠區監視控制功能。

圖五為新廠區化學研磨監控實際畫面，只需點選相對應KVM即可操作，可快速提供跨廠區值班工具。實際導入運轉時發現此系統架構仍可以再優化：

圖五、導入跨廠區實際畫面

無警報功能

新增Alarm Server，達到跨廠區警報功能，提高值班立即反映速度(如 圖六所示)。

圖六、Alarm Server 架構示意圖

KVM Server 沒有統一介面

新增CC2000整合軟體，將所有KVM整合在同一頁面，簡化值班操作。

操作上有延遲

提高網域頻寬至1G。

結論

使用KVM架構提升控制系統遠方操作能力的方式，維護費用相對低廉，且相容性高，就算不同控制介面均可以使用，且對於持續變更及擴充的廠務系統而言，可以與現場監控系統同步更新，方便於值班人員可以在異地監控及操作，縮短緊急應變時間，對於跨廠區值班來說是個快速方便的好用工具。

目前KVM 使用都是侷限於廠務區域網路上連線使用，為了讓廠務管理可以更加機動，未來若能搭載行動裝置作為應用，更能快速地共享資訊利用，將是一個把廠務監控推向另一世代的工具。