建置大型可程式控制器資產與變更管理中心

前言

可程式控制器（Programming Logical Controller, PLC）為大型晶圓廠廠務系統的主要控制與管理平台，目前公司的十二吋廠廠房除了無塵室、緊急排煙、排氣系統、製程冷卻系統、及廠區供水系統，是由「分散型控制系統」（Distributed Control System, DCS)控制外，其餘系統皆使用PLC作為主要控制 (如 表1所示) 。一個十二吋GIGA晶圓廠上述之廠務系統PLC數量高達約八百~一千個，而這些PLC皆與生產息息相關，如此龐大的數量及高風險，在管理及維護上面臨著極為嚴峻的挑戰。

背景

一座晶圓廠在建廠初期已將硬體、軟體、韌體統一版本，但PLC於市面上大量使用及快速發展下，遇到的問題亦越來越多；為讓運轉更完善，PLC之硬體、軟體、韌體會不斷的推陳出新。因此在系統運轉管理上常常遇到到底有多少硬體在系統中？硬體版本是多少？韌體版本目前是幾版？例如：某廠於2016年9月發生PLC Redundant CPU之備援模組異常，拿出備品更換時發現模組韌體版本不同而無法使用，待調同版本CPU更換已延遲系統復歸時間；另外西門子S7-400型PLC其redundant系統亦需要完全一樣之硬體韌體，若不同版本將會造成系統異常停機，因此廠區中運轉之PLC硬體、韌體版次格外重要。

再者，程式修改紀錄、備份檔是否最新版、修改了哪些程式等，亦是運轉中常常遭遇的問題，例如製程不斷演進，相對的廠務系統亦不斷的擴充，PLC程式隨著修改，但當遇到需要重新更新下載程式時，若選擇錯誤的程式版本將會造成嚴重的損失。

PLC管理平台

一個十二吋晶圓廠廠務的PLC控制系統如 圖1，為解決運轉上遇到之問題， PLC管理平台須包含以下的特點：

圖1、PLC 控制系統

• 文件管理(Document Manage-ment)：集中地歸檔電子檔及資料夾，方便使用者存取，不因人員變動或時間而遺失需重新收集。
• 備份與有效監管(Backup & Monitor)：可週期性的自動備份，並依時間版本建立備份檔案，不需額外人力進行亦不會遺漏。
• 系統異常回復(System Recovery Instruction)：再發生異常時可以以最短時間內找到最新版本之軟體及正確之硬體版本進行異常回覆。
• 變更管理(Change Manage-ment)：針對控制器等控制設備集中管理，有許可權限之用戶可以進行登入、登出，並追蹤其操作紀錄。

為達上述功能及可支援廠區內不同廠牌之PLC，以兩個系統搭配來達到我們所需之管理功能。

線上硬體及韌體掃描工具： System Ferret

一個獨立運作之程式，其利用RSLinx 可以將系統上CIP Networks網路中每一個硬體之名稱、版本、類型、廠牌、韌體版本、序號等系統資訊完整的取得，更可以將結果匯出成檔案方便後續統計廠區PLC各種版本之卡片，進行使用量與安全庫存建立之依據及根據系統提供的資料訂定汰舊換新計畫。

以廢水系統安裝導入測試為例，安裝後執行會出現如 圖2之運作畫面，選擇好系統網路後即可將資料匯出如 圖3之Excel檔案。以十二廠六期廢水系統為例，其共有110張不同版本之模組，從掃描系統至匯出Excel檔案只需短短30秒即可完成，再利用樞紐分析即可得到 表2廢水系統完整之PLC硬體及韌體資訊，如此一來可以節省過往以人工方式抄寫的時間，且確保PLC資訊之正確性。

圖2、選擇系統中網路

圖3、廢水系統執行結果

PLC 資產管理中心：FT Asset Center

以資產為中心的一套管理軟體，可以安全並集中地管理一個PLC生產環境其主要功能如下(如 圖4)：

圖4、PLC 管理平台功能圖示

• 程式版本控管(Version Control)
• 災難恢復機制(Disaster Impact Recovery)
• 程式變更紀錄(Change Record)
• 程式變更管理(Change Manage-ment)

其在支援設備方面，除支援Rockwell Logix5000、SLC-500、PLC5、PanelView、變頻驅動設備外，還可支援Siemens S7-400、300系列、S5-100系列 PLC；上列PLC幾乎涵蓋廠務系統中之PLC。

在備份管理上，通過自動化資產管理可以實現程式備份與恢復，可週期性地自動備份系統上之設備組態、配置，比較需備份之設備與當前已有之檔案差異；當檢測到差異時，自動創建一個新的備份檔案並在事件資料庫中生成報表(如 圖5，系統自動與線上PLC進行比對)，並通過E-mail方式發送給相關人員。

圖5、PLC 管理平台基本備份管理架構

而在程式變更管理上更可以做到本次版本與前次備份或指定版本進行比對並列出相異之處如 圖6，可直接列出程式中相異處的task與及程式段。在災難恢復機制上，若系統因不可抗拒之原因造成PLC之CPU程式異常遺失或CPU損壞，可藉由系統快速找到正確之程式版本進行恢復。

圖6、程式自動比對

結論

透過PLC管理平台不僅僅能達到以資產為中心的一套PLC管理軟體，並達到我們對PLC管理上之需求，更可支援多種不同品牌之PLC；隨著PLC系統數量越來越多，管理需更加智慧化。而PLC管理平台及System Ferret的功能，可以提供完整地PLC程式變更、備份管理、災難恢復及資產管理，不只讓我們對廠區PLC使用狀況更加了解，並且有效降低因PLC修改及異常狀況之風險。因其以資產為中心，故未來若能與FAM(Facility Asset Management) 結合，更可提供廠區PLC使用量管理與安全庫存之建立，達到資產活化及降低風險之效益。