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研究生:謝治緯
研究生(外文):Chih-Wei Hsieh
論文名稱:應用Allen Bradley可程式控制器於面板廠的廠務監控系統之研究
論文名稱(外文):Facility Management and Control of the Panel Factory by Using the Allen Bradley Programmable Logic Controller.
指導教授:吳燦明
指導教授(外文):Tsan-Ming Wu
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:廠務監控系統Allen Bradley可程式控制器
外文關鍵詞:FMCSAllen Bradley Programmable Logic Controller
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台灣的面板廠因生產製造設備的造價成本極高,加以使用面板的電子產品不斷的推陳出新,生命週期較短的特殊型態,面板的需求及製程不斷的因應市場的變化而推陳出新,故而造成面板廠製造型態都屬二十四小時之生產模式。而提供製造設備廠房,以及供應生產設備所需的資源之管理統稱為廠務系統。

因面板廠房廠務系統供應的特性,故廠務設備會依其生產設備散佈在廠房內的各處,為能有效的管理散佈在工廠各處的廠務設備運轉並供應生產穩定的資源,於面板廠的廠務系統中,均會設置廠務監控系統(Facility Management Control System,FMCS)。利用此FMCS即時掌握廠務設備運轉之情形,與廠務系統相關的警報和資料的收集彙整,目的為提供生產製造穩定的環境和能源供給。

由於FMCS的應用領域廣泛,而不同的廠務系統應用領域的特點和監控的要求,導致FMCS系統解決方案的多樣性,但不論哪個領域的應用,FMCS系統功能要求是相同的。

本研究係針對Allen-Bradley可程式控制器的應用技術:數據的收集和監視控制,應用於面板廠的FMCS中,使廠務系統維持穩定運轉和即時掌握設備的管理。
It is necessary for Taiwan panel factory to operate 24 hours daily because the cost of manufacturing equipment is extremely high and the life cycle of panel is very short, resulting from fast promotion of these electronics products, the demand of panel innovation, and the change of the manufacturing process. To provide excellent quality of the manufacturing equipment’s and power supply for mass production, the resources management plays an important role in a panel factory, which is also named as the panel factory system.

To effectively manage all the factory facility equipment’s operation and supply stable resources for mass production, based on the characteristics of the panel factory system, the equipment facilities will be placed in different places of the factory for providing their services.

This may be called as the Facility Management Control System (FMCS) set in a panel factory system. Furthermore, equipped with the factory monitoring system can also handle immediately any kinds of situations, such as the related alerts, data collection, etc, for providing a stable production environment and power supply.

Due to the broad use of the FMCS, it can be also utilized in different factory systems. This reason motivates the research for the control of the Allen-Bradley Programmable Logic Controller, which can apply the technology of data collection into the panel factory monitoring system for making the system run constantly and handle the management of equipment immediately.
目錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
圖目錄 V
表目錄 IX
符 號 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究說明 3
第二章 廠務監控系統概述 5
2.1 廠務監控系統概念 5
2.2 廠務監控系統的組成 6
2.2.1 現場控制系統 7
2.2.2 控制中心 8
2.2.3 通訊網路 10
2.3 面板廠之廠務監控架構和功能 10
第三章 Allen Bradley可程式控制器應用技術 18
3.1 Allen Bradley可程式控制器概述 18
3.2 Allen Bradley可程式控制器性能特點 20
3.3輸入/輸出模組原理 24
3.3.1 Analog input &; Analog output module原理 24
3.3.2 Digital input &; Digital output module原理 37
3.4 Redundancy控制系統技術 41
第四章 Allen Bradley可程式控制器之PID控制 46
4.1 PID控制原理 46
4.2. PID控制設定 49
4.3. PID控制參數調整技術 52
4.4. PID運算應用實例 55
第五章 系統設計與應用 62
5.1系統設計 62
5.2系統應用 65
5.2.1 廢氣處理監控系統架構 66
5.2.2 AEX監控系統 67
5.2.3 GEX監控系統 69
5.2.4 VOC監控系統 71
第六章 結論 77
參考文獻 78

圖目錄
圖1-1 面板廠之廠務系統組成示意圖[12] 2
圖1-2 研究步驟 4
圖2-1 廠務系統中的FMCS [2] 5
圖2-2 FMCS基本架構 7
圖2-3 分散管理控制中心架構 8
圖2-4 面板廠之FMCS架構 11
圖2-5 面板廠之FMCS組成 12
圖2-6 面板廠之FMCS訊號傳輸點的流程 13
圖2-7 電力監控系統組成結構 14
圖2-8 空調監控系統組成結構 14
圖2-9 製程排氣監控系統組成結構 15
圖2-10 水務監控系統組成結構 15
圖2-11 氣體供應監控系統組成結構 16
圖2-12 化學品供應監控系統組成結構 16
圖2-13 面板廠的FMCS組成結構 17
圖3-1 控制系統總攬 [28] 19
圖3-2 AB控制系統的開放式網路架構[30] 19
圖3-3 AB PLC功能結構圖[33] 21
圖3-4 ControlLogix系列PLC實體圖 22
圖3-5 SLC500系列系統組成實體圖[13] 23
圖3-6 Local I/O通訊網路 23
圖3-7 Remote I/O通訊網路 24
圖3-8 Analog訊號 25
圖3-9 Analog訊號 25
圖3-10 A/D轉換後的訊號 26
圖3-11 進制位數表示 27
圖3-12 AI module 採樣循環圖[16] 28
圖3-13 Analog輸入訊號傳送流程 29
圖3-14 Analog輸入與轉換關係圖 30
圖3-15 A/D input訊號數值 31
圖3-16 Real unit equivalent (℃) 31
圖3-17 Digital D/A Output訊號數值 32
圖3-18 Analog訊號處理流程 33
圖3-19 Dry coil system 34
圖3-20 Analog輸出與轉換關係圖 34
圖3-21 Digital D/A output訊號數值 36
圖3-22 AI共模干擾(輸入6mA) 36
圖3-23 AI正常波形(輸入6mA) 37
圖3-24 DC Input module電路示意圖[33] 38
圖3-25 AC Input module電路示意圖[33] 38
圖3-26 晶體管輸出電路示意圖[33] 39
圖3-27 晶閘管輸出電路示意圖[33] 40
圖3-28 繼電器輸出電路示意圖[33] 40
圖3-29 Digital動作時序 41
圖3-30 Redundancy架構圖 42
圖3-31 CPU Redundancy工作流程 43
圖3-32 Redundancy應用程式例 44
圖4-1 PID基本控制方塊圖[34] 47
圖4-2 PID運算指令 49
圖4-3 PID參數設定介面 50
圖4-4 溫度控制迴路[25] 52
圖4-5 臨界比例法[34] 53
圖4-6 衰減曲線(衰減比4:1)[34] 54
圖4-7 無塵室環境溫度控制架構 56
圖4-8 無塵室環境溫度SCADA系統 56
圖4-9 PID運算邏輯程式和設定 57
圖4-10 Dry Coil System PID操作介面 58
圖4-11 溫度感測器AI訊號 59
圖4-12 溫度感測器A/D訊號 59
圖4-13 SP值與PV值比較曲線 60
圖4-14 PID運算CV值和PV值的變化 60
圖4-15 PLC AO訊號(Averages) 61
圖5-1 AB PLC控制系統設計流程 63
圖5-2 廢氣處理監控系統架構圖 67
圖5-3 AEX處理系統 68
圖5-4 AEX處理監控系統 68
圖5-5 AEX Chemical Dosing Control 69
圖5-6 GEX處理系統 70
圖5-7 GEX廢氣處理監控系統 70
圖5-8 VOC處理系統 71
圖5-9 OEX處理系統 72
圖5-10 VOC沸石濃縮轉輪[26] 73
圖5-11 VOC處理流程 73
圖5-12 OEX廢氣處理監控系統 73
圖5-13 VOC廢氣處理監控系統 74

表目錄
表1-1 2012年各廠玻璃清運記錄 1
表3-1 ControlLogix系列PLC主要元件功能 22
表3-2 Analog Input A/D轉換特性[16] 26
表3-3 AI module update time[16] 28
表3-4 Analog Output D/A轉換特性[17] 33
表4-1 PID控制參數說明[25] 51
表4-2 控制參數Layout [25] 51
表4-3 臨界比例法PID參數計算[34] 54
表4-4 衰減曲線法PID參數計算(衰減比4:1)[34] 54
表4-5 PID經驗參數 55
表4-6 溫度感測器Input訊號說明 57
表4-7 PID Output訊號說明 58
表5-1 廢氣氣體特性區分 66
表5-2 揮發性有機物分類[32] 72

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