PV2的歷史

光伏產(chǎn)業(yè)關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化IT(信息技術(shù))接口的需求的討論始于2006年，目標(biāo)是該接口使“復(fù)雜的質(zhì)量保證、可追溯性和先進(jìn)的過(guò)程控制策略”成為可能。2007年9月，歐洲SEMI EIS TF（歐洲設(shè)備接口規(guī)范工作組）啟動(dòng)，開始評(píng)估利用現(xiàn)有的技術(shù)和最合適的方式對(duì)光伏設(shè)備通信接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。2008年，工作組選擇了SEMI E30 GEM標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)技術(shù)，提出了新的光伏設(shè)備通信接口(PVECI)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范如何實(shí)現(xiàn)在光伏設(shè)備上實(shí)施GEM標(biāo)準(zhǔn)。2009年6月，SEMI成員正式批準(zhǔn)了SEMI 標(biāo)準(zhǔn)PV2 作為光伏設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口。

PV2的主要內(nèi)容

• PV2 (PVECI) 當(dāng)前版本為PV2-0709。標(biāo)準(zhǔn)中定義了一個(gè)SEMI E37 (HSMS)、SEMI E5 (SECS-II)、SEMI 30 (GEM)、SEMI E148和SEMI E10 (OEE)標(biāo)準(zhǔn)的框架。
• 與半導(dǎo)體制造中使用的版本相比，限制和簡(jiǎn)化了光伏行業(yè)的GEM/SECS應(yīng)用場(chǎng)景。
• 因?yàn)樵谏a(chǎn)制造中實(shí)施PV2標(biāo)準(zhǔn)可以大大降低集成成本，因此許多將光伏產(chǎn)品納入其產(chǎn)品組合的半導(dǎo)體設(shè)備制造商已經(jīng)開始利用現(xiàn)有的SECS/GEM標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備連接。

(SEMI PV2-0709: 光伏設(shè)備結(jié)構(gòu)示例)

PV 2 與GEM的區(qū)別

Kxware開發(fā)的KXGEM產(chǎn)品，為半導(dǎo)體及泛半導(dǎo)體生產(chǎn)加工設(shè)備提供了一套成熟的，全功能的GEM接口解決方案。符合SEMI E5/E30/E37標(biāo)準(zhǔn)，支持SEMI E30 GEM所有功能， 同時(shí)兼容PV2 標(biāo)準(zhǔn)。 KXGEM可跨平臺(tái)運(yùn)行在Windows, Linux, 安卓等操作系統(tǒng)中。支持多HSMS 端口及多設(shè)備實(shí)例。集成方式靈活，簡(jiǎn)便，兼容性強(qiáng)。

如果需要了解KXGEM的功能及特性，請(qǐng)聯(lián)系support@kxware.com。

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1. SECS GEM手冊(cè)的更新往往跟不上設(shè)備軟件的升級(jí)，信息更新滯后；
2. SECS GEM 手冊(cè)沒(méi)有統(tǒng)一的格式，通常為PDF或Word文檔格式，需要開發(fā)人員閱讀后獲取更新信息；

為了解決這些問(wèn)題，SEMI標(biāo)準(zhǔn)的修訂者們也在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)做完善。除了發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)SEMI E172 （SEDD, SECS Equipment Data Dictionary），將設(shè)備的特性描述格式標(biāo)準(zhǔn)化。此外，SECS GEM標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)增加了一系列接口消息，使得工廠可以隨時(shí)通過(guò)向設(shè)備發(fā)送指令，查詢到設(shè)備當(dāng)前的特性定義。本篇文章接下來(lái)的內(nèi)容，整理了自1982年至今，SEMI 標(biāo)準(zhǔn)中定義的設(shè)備自我描述接口功能的進(jìn)化歷程。

E005-00-0082 版本接口

• S5F5 (List Alarm Request) / S5F6 (List Alarm Data)
• S7F19 (Current EPPD Request) / S7F20 (Current EPPD Data)

E005-00-0092 版本新增接口

• S1F11 (Status Variable NameList Request) / S1F12 Status Variable NameList Reply
• S2F29 (Equipment Constant NameList Request) / S2F30 (Equipment Constant NameList)
• S5F7 (List Enabled Alarm Request) / S5F8 (List Enabled Alarm Data)

E005-00-0813版本新增接口

• S1F21 (Data Variable NameList Request) / S1F22 (Data Variable NameList Data)
• S1F23 (Collection Event NameList Request) / S1F24 (Collection Event NameList Data)

E005-00-0821 版本新增接口

• S2F51 (Request List of Report Identifiers) / S2F52 (Return List of Report Identifiers)
• S2F53 (Request List of Report Definitions) / S2F54 (Return List of Report Definitions)
• S2F55 (Request Event Report Links) / S2F56 (Return Event Report Links)
• S2F57 (Request List of Enabled Events) / S2F58 (Return List of Enabled Events)
• S2F59 (Request Selected Spooling Stream and Functions) / S2F60 (Return Selected Spooling Stream and Functions)
• S2F61 (Request List of Trace Identifiers) / S2F62 (Return List of Trace Identifiers)
• S2F63 (Request Trace Definitions) / S2F63 (Return Trace Definitions)

Kxware開發(fā)的KXGEM產(chǎn)品，為半導(dǎo)體及泛半導(dǎo)體生產(chǎn)加工設(shè)備提供了一套成熟的，全功能的GEM接口解決方案。符合SEMI E5/E30/E37標(biāo)準(zhǔn)，支持SEMI E30 GEM所有功能。支持E005-00-0821 標(biāo)準(zhǔn)中包含的所有設(shè)備端自我描述接口。 KXGEM可跨平臺(tái)運(yùn)行在Windows, Linux, 安卓等操作系統(tǒng)中。支持多HSMS 端口及多設(shè)備實(shí)例。集成方式靈活，簡(jiǎn)便，兼容性強(qiáng)。

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一．??????? GEM控制狀態(tài)模型

控制狀態(tài)機(jī)(Control State Model)定義了主機(jī)和設(shè)備之間的協(xié)作級(jí)別。一臺(tái)設(shè)備可能的控制狀態(tài)包括：

• ON-LINE
  • Local
  • Remote
• OFF-LINE
  • Host Off-Line
  • Equipment Off-Line
  • Attempt On-Line

(摘自：SEMI E30 Control State Model Diagram）

二．??????? GEM各控制狀態(tài)下的設(shè)備行為

OFF-LINE

設(shè)備控制狀態(tài)處于OFF-LINE狀態(tài)時(shí)，設(shè)備的操作由操作員在操作員控制臺(tái)進(jìn)行，消息傳輸是可能的。但是絕大多數(shù)用于狀態(tài)查詢和遠(yuǎn)程操作的消息傳遞都將收到嚴(yán)格限制。特點(diǎn)如下：

• 設(shè)備只應(yīng)響應(yīng)和處理收到的S1F13和S1F17主消息。其余均以SxF0 回復(fù)，x為收到主消息的Stream編號(hào)。
• 設(shè)備只應(yīng)處理收到的S1F14和S1F2次消息，其余均應(yīng)丟棄。
• 設(shè)備只應(yīng)發(fā)送S1F13、S9Fy和S1F1主消息。
• 設(shè)備只應(yīng)發(fā)送S1F14和S1F18 次消息。
• 不會(huì)有消息進(jìn)入Spooling。

ON-LINE LOCAL

設(shè)備控制狀態(tài)處于ON-LINE LOCAL狀態(tài)時(shí)，設(shè)備的運(yùn)行由操作人員的直接動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有操作指令應(yīng)可在設(shè)備的本地操作員控制臺(tái)輸入。同時(shí)工廠主機(jī)（Host）具有以下能力和限制:

• 主機(jī)禁止使用引起物理移動(dòng)或啟動(dòng)處理的遠(yuǎn)程命令。
• 在工藝處理過(guò)程中，禁止主機(jī)修改任何影響該工藝的設(shè)備常數(shù)。其他設(shè)備常數(shù)可以在加工過(guò)程中變化。當(dāng)沒(méi)有工藝進(jìn)行時(shí)，主機(jī)應(yīng)能修改所有可用的設(shè)備常數(shù)。
• 主機(jī)應(yīng)能夠上傳和下載配方，只要該操作不影響當(dāng)前正在執(zhí)行的任何配方。
• 主機(jī)應(yīng)能夠配置數(shù)據(jù)自動(dòng)上報(bào)功能，包括報(bào)警（Alarm）， 事件（Event），及追蹤（Trace）。
• 主機(jī)應(yīng)能夠查詢?cè)O(shè)備的數(shù)據(jù)，包括狀態(tài)變量（Status Variable）， 設(shè)備常量（Equipment Constant），事件報(bào)告（Event Report），配方列表（EPPD），報(bào)警列表及報(bào)警狀態(tài)。
• 主機(jī)和設(shè)備應(yīng)均能夠執(zhí)行GEM中定義的終端服務(wù)（Terminal Service）。

ON-LINE REMOTE

設(shè)備控制狀態(tài)處于ON-LINE LOCAL狀態(tài)時(shí)，工廠主機(jī)應(yīng)能夠通過(guò)通信接口執(zhí)行必要的遠(yuǎn)程命令，以自動(dòng)化的方式在整個(gè)過(guò)程周期中操作設(shè)備。處于REMOTE狀態(tài)時(shí)，設(shè)備不應(yīng)限制工廠主機(jī)的遠(yuǎn)程操作。

• 應(yīng)允許對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置，在特定的非緊急程序中限制操作人員的本地操作。以確保設(shè)備本地操作不會(huì)干擾設(shè)備的自動(dòng)生產(chǎn)和主機(jī)的遠(yuǎn)程控制。
• 控制功能應(yīng)由主機(jī)與本地操作員進(jìn)行一定程度的共享。至少，操作人員應(yīng)該有能力改變控制狀態(tài)，啟動(dòng)緊急停止和中斷處理（ 例如，停止、中止或暫停）。

三．??????? 控制狀態(tài)切換的觸發(fā)條件

ON-LINE/LOCAL -> ON-LINE/REMOTE

GEM中規(guī)定，當(dāng)操作人員在用戶界面上發(fā)起切換到ON-LINE/REMOTE狀態(tài)的請(qǐng)求，可以觸發(fā)此狀態(tài)變化。但目前，相當(dāng)數(shù)量的工廠要求設(shè)備支持工廠主機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)程命令在LOCAL和REMOTE之間進(jìn)行狀態(tài)切換。

ON-LINE/REMOTE -> ON-LINE/LOCAL

GEM中規(guī)定，當(dāng)操作人員在用戶界面上發(fā)起切換到ON-LINE/REMOTE狀態(tài)的請(qǐng)求，可以觸發(fā)此狀態(tài)變化。但目前，相當(dāng)數(shù)量的工廠要求設(shè)備支持工廠主機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)程命令在LOCAL和REMOTE之間進(jìn)行狀態(tài)切換。

ON-LINE -> OFF-LINE/Equipment OFF-LINE

操作人員用戶界面上發(fā)起切換到OFF-LINE的請(qǐng)求。

ON-LINE -> OFF-LINE/Host OFF-LINE

工廠主機(jī)通過(guò)S1F15消息發(fā)起設(shè)備切換到OFF-LINE的請(qǐng)求。

OFF-LINE/Equipment OFF-LINE -> ON-LINE

操作人員用戶界面上發(fā)起切換到OFF-LINE的請(qǐng)求，設(shè)備切換到OFF-LINE/Attempt ON-LINE，并向工廠主機(jī)發(fā)送S1F1消息，如果無(wú)通訊錯(cuò)誤并收到S1F2回復(fù)。狀態(tài)成功切換到ON-LINE的默認(rèn)子狀態(tài)。

OFF-LINE/Host OFF-LINE -> ON-LINE

工廠主機(jī)通過(guò)S1F17消息發(fā)起設(shè)備切換到ON-LINE的請(qǐng)求。

Kxware開發(fā)的KXGEM產(chǎn)品，為半導(dǎo)體及泛半導(dǎo)體生產(chǎn)加工設(shè)備提供了一套成熟的，全功能的GEM接口解決方案。符合SEMI E5/E30/E37標(biāo)準(zhǔn)，支持SEMI E30 GEM所有功能。 KXGEM可跨平臺(tái)運(yùn)行在Windows, Linux, 安卓等操作系統(tǒng)中。支持多HSMS 端口及多設(shè)備實(shí)例。集成方式靈活，簡(jiǎn)便，兼容性強(qiáng)。

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一． GEM通訊狀態(tài)模型

通訊狀態(tài)機(jī)(Communication State Model)規(guī)范建立通訊的規(guī)則。下圖摘自GEM標(biāo)準(zhǔn)，定義了設(shè)備GEM接口在應(yīng)用層的通訊狀態(tài)模型。

（摘自：SEMI E30 Figure 4 Communication State Model Diagram）

狀態(tài)包括：

• DISABLED：通訊功能禁用（關(guān)閉）
• ENABLED： 通訊功能啟用（打開）
  • NOT COMMUNICATING： 未通訊
    • HOST-INITIATED CONNECT：Host啟動(dòng)連接
      • WAIT CR FROM HOST： 等待主機(jī)連接請(qǐng)求
    • EQUIPMENT-INITIATED CONNECT：設(shè)備啟動(dòng)連接
      • WAIT DELAT：等待延遲
      • WAIT CRA： 等待連接確認(rèn)
    • COMMUNICATING： 通訊中

二． GEM設(shè)備各通訊狀態(tài)下的行為

DISABLED

設(shè)備與主機(jī)通訊關(guān)閉。在這種狀態(tài)下，與主機(jī)的SECS-II通信不存在。如果操作人員從ENABLED切換到DISABLED，所有SECS-II通信應(yīng)立即停止。任何排隊(duì)發(fā)送的消息將被丟棄，所有對(duì)任何開放的交易和對(duì)話的進(jìn)一步操作將被終止。

ENABLED

設(shè)備與主機(jī)通訊打開，包括COMMUNICATING和NOT COMMUNICATING兩個(gè)子狀態(tài)。無(wú)論何時(shí)啟用通信，無(wú)論是在系統(tǒng)初始化期間還是通過(guò)操作人員的選擇，就會(huì)首先進(jìn)入 NOT COMMUNICATING的子狀態(tài)，直到正式建立通信。

ENABLED/NOT COMMUNICATING

當(dāng)通訊處于NOT COMMUNICATING狀態(tài)時(shí)，除S1F13、S1F14和S9Fx外，不得發(fā)送其他任何消息。設(shè)備應(yīng)丟棄除S1F13或S1F14(建立通信確認(rèn))以外的任何來(lái)自主機(jī)的消息。它還應(yīng)定期嘗試通過(guò)發(fā)出S1,F13來(lái)建立與主機(jī)的通信，直到通信建立成功。NOT COMMUNICATING 狀態(tài)有兩個(gè)并發(fā)的子狀態(tài)，HOST-INITIATED CONNECT和EQUIPMENT- INITIATED CONNECT，

NOT COMMUNICATING/EQUIPMENT-INITIATED CONNECT：

該狀態(tài)有WAIT CRA 和 WAIT Delay 兩個(gè)子狀態(tài)。在任何進(jìn)入NOT COMMUNICATING狀態(tài)時(shí)，只要EQUIPMENT-INITIATED CONNECT第一次變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)，就會(huì)發(fā)生向WAIT CRA的轉(zhuǎn)換，CommDelay定時(shí)器被設(shè)置為超時(shí)，并立即嘗試發(fā)送S1,F13。

? NOT COMMUNICATING/EQUIPMENT-INITIATED CONNECT/WAIT CRA-已發(fā)送建立通信請(qǐng)求。?設(shè)備等待主機(jī)確認(rèn)請(qǐng)求。

? NOT COMMUNICATING/EQUIPMENT-INITIATED CONNECT/WAIT DELAY-發(fā)生連接事務(wù)失敗。?已初始化CommDelay 定時(shí)器。?設(shè)備開始等待定時(shí)器超時(shí)。

NOT COMMUNICATING /HOST-INITIATED CONNECT：

該狀態(tài)描述了在NOT COMMUNICATING狀態(tài)下，主機(jī)發(fā)起的S1,F13的響應(yīng)行為。

? NOT COMMUNICATING/HOST-INITIATED CONNECT/WAIT CR FROM HOST-設(shè)備等待主機(jī)發(fā)出S1、F13。?如果收到S1,F13，則嘗試發(fā)送COMMACK = 0的S1,F14。

ENABLED/COMMUNICATING

通信已建立完成。設(shè)備可以接收來(lái)自主機(jī)的任何消息，包括S1、F13。 當(dāng)設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)保持與主機(jī)的SECS通信。

三． GEM各通訊狀態(tài)之間切換的觸發(fā)條件

通訊狀態(tài)機(jī)的變化中，只有ENABLED和DISABLED是需要由操作人員，通過(guò)啟動(dòng)/關(guān)閉軟件或在軟件界面上發(fā)起開啟/關(guān)閉 GEM功能操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。其余狀態(tài)的變化，是由設(shè)備和工廠主機(jī)之間的消息交互實(shí)現(xiàn)的。下列為常見其他狀態(tài)到COMMUNICATING狀態(tài)的觸發(fā)條件。

1. DISABLED->COMMUNICATING

操作人員在設(shè)備端啟用GEM功能。

2. WAIT CR FROM HOST->COMMUNICATING

設(shè)備收到主機(jī)發(fā)出的S1F13消息，回復(fù)S1F14，并進(jìn)入COMMUNICATING狀態(tài)。

3. WAIT CRA ->COMUNICATING.

設(shè)備發(fā)出S1F13，收到主機(jī)回復(fù)消息S1F14. 進(jìn)入COMMUNICATING狀態(tài)。

4. WAIT DELAY->COMMUNICATING.

設(shè)備等待CommDelay 定時(shí)器觸發(fā)，發(fā)出S1F13消息，進(jìn)入WAIT CRA狀態(tài)。

Kxware開發(fā)的KXGEM產(chǎn)品，為半導(dǎo)體及泛半導(dǎo)體生產(chǎn)加工設(shè)備提供了一套成熟的，全功能的GEM接口解決方案。符合SEMI E5/E30/E37標(biāo)準(zhǔn)，支持SEMI E30 GEM所有功能。 KXGEM可跨平臺(tái)運(yùn)行在Windows, Linux, 安卓等操作系統(tǒng)中。支持多HSMS 端口及多設(shè)備實(shí)例。集成方式靈活，簡(jiǎn)便，兼容性強(qiáng)。

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由于倍福官方?jīng)]有提供SECS/GEM的軟件產(chǎn)品，對(duì)于采用倍福TwinCAT PLC軟件作為主控的設(shè)備，通常需要借助一臺(tái)上位機(jī)PC，由熟悉工廠自動(dòng)化的上位機(jī)軟件工程師，使用高級(jí)語(yǔ)言（C++，C#等）進(jìn)行SECS/GEM通信接口開發(fā)，該種方式存在以下缺點(diǎn)：

1. 需增加上位機(jī)PC，增加硬件成本；
2. 需尋找專門寫工廠自動(dòng)化的高級(jí)語(yǔ)言軟件開發(fā)工程師，增加軟件人力成本；
3. 對(duì)于PLC主控設(shè)備，PLC開發(fā)工程師不能自由的和工廠EAP/MES進(jìn)行對(duì)接，所有數(shù)據(jù)、事件、報(bào)警均需要中轉(zhuǎn)；

為了讓TwinCAT PLC開發(fā)工程師能直接進(jìn)行SECS/GEM通信接口開發(fā)，珂矽為倍福TwinCAT PLC定制開發(fā)了SECS/GEM PLC通信庫(kù)KXTCGEM Lib，無(wú)需增加任何硬件，也無(wú)需上位機(jī)編程，直接在TwinCAT PLC項(xiàng)目中通過(guò)調(diào)用ST語(yǔ)言封裝的通信方法快速實(shí)現(xiàn)SECS/GEM接口，以下是對(duì)該庫(kù)程序的介紹。

1. 支持的SEMI標(biāo)準(zhǔn)版本

TwinCAT SECS/GEM支持的SEMI標(biāo)準(zhǔn)版本號(hào)見下表：

2. 添加SECS/GEM PLC軟件庫(kù)

在TwinCAT 3 PLC上運(yùn)行KXTXGEM安裝包，庫(kù)程序支持在Windows 7/8/10等TwinCAT PLC的運(yùn)行操作系統(tǒng)上運(yùn)行。程序庫(kù)默認(rèn)安裝在C:\TwinCAT\GEM路徑。安裝完成后，打開TwinCAT 3軟件，新建PLC項(xiàng)目，在PLC項(xiàng)目References欄目上鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊 Add ?Library添加SECS/GEM庫(kù)文件。

2. PLC編程調(diào)用KXware SECS/GEM庫(kù)

TwinCAT SECS/GEM庫(kù)的各個(gè)方法被封裝在FB_GEM功能塊中，用戶通過(guò)定義全局的FB_GEM對(duì)象對(duì)GEM的各個(gè)接口進(jìn)行訪問(wèn)操作。

3. 基于KXTXGEM PLC庫(kù)進(jìn)行PLC開發(fā)示例

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第一步：創(chuàng)建.NET Console程序

從VS2022新創(chuàng)建.NET 6 Console Application, 項(xiàng)目命名QuickSecsGem。

第二步：添加KXGEM Nuget引用

通過(guò)Nuget添加Kxware.Connectivity軟件庫(kù)

第三步：創(chuàng)建SECS/GEM對(duì)象并進(jìn)行初始化

點(diǎn)擊此處下載源代碼 

using Kxware.ToolAutomation;

// Create SECS/GEM service
var mySecsGemEquipment = new Equipment("MyDemoMachine");

// Start SECS/GEM service
mySecsGemEquipment.Initialize();

// Print start up information
Console.WriteLine("MyDemoMachine SECS/GEM service starts up successfully");
Console.ReadLine();

完成！ 程序啟動(dòng)后，默認(rèn)采用HSMS通信方式，打開5000，5001端口進(jìn)行監(jiān)聽。使用KXGEMTester或者其他第三方SECS/GEM測(cè)試工具可以對(duì)上述SECS/GEM App進(jìn)行SECS/GEM各個(gè)功能進(jìn)行逐一測(cè)試。

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