「PLCでSECS通信〜横河電機社製での実装例〜」

半導体関連のソフトウェア開発では、SEMI(※1)で制定しているSEMIスタンダード(※2)に準拠した実装を行うこともあります。

今回の技術レポートでは、過去の開発実績の中から、SEMIスタンダードに準拠したソフトウェア開発の事例をもとに、SECSによるホスト−装置間の通信を実装した例を紹介します。
本実装例では、横河電機社製FA-M3R(※3)を用い、ラダープログラムにてSECS通信を実装しています。

SECS（SEMI Equipment Communications Standard）とは、SEMIスタンダードの中で、半導体製造装置とホスト間のメッセージ交換に関する通信インタフェースを定義しているものです。SECSは、図1のように階層的なプロトコルになっています。

図1. SECSプロトコル階層

SECS-Iは、ホストと装置間のメッセージ交換に必要な、コネクタ、信号レベル、データレート、プロトコルを規定しており、RS-232Cを採用しています。

図2. SECS-I通信

交換するメッセージの内容についてはSECS-IではなくSECS-IIで定義されています。つまり、SECS-IIで定義されているメッセージを、SECS-Iのプロトコルに従って送受信することでホスト−装置間で通信を行うことになります。

SECS-Iと同階層に、HSMS（High-Speed SECS Message Service）というスタンダードも存在します。これは、Ethernet（TCP/IP）を採用し、より高速なメッセージ交換を実現するためのスタンダードです。比較的低速なSECS-Iの代わるものとして制定されています。

図3. HSMS通信

（1）. SECS-Iプロトコル概要

（2）. SECS-IIメッセージ概要

今回取り上げる開発事例は図6のような構成でした。

図6. システム構成

私がソフトウェアを担当した半導体製品の搬送を行う装置と、他社製の半導体製品を加工する装置をRS-232Cで接続し、SECS通信によってメッセージ交換を行いました。
半導体搬送装置側がマスターとなり、装置状態の取得や、品種切り替え指示などをSECS通信にて行いました。
半導体搬送装置は横河電機社製FA-M3Rを使用し、図7に示すようにラダー通信モジュール（F3RZ82-OF）を用い、ラダープログラムによりSECS通信を実装しました。

図7. PLC構成

本事例はSECS通信処理部の設計概要を紹介します。
SECSのプロトコル階層に合わせ、図8のような階層分けを行いました。

図8. プログラム階層

また、各階層は図9のようなインタフェースで処理を行います。

図9. 階層間インタフェース

半導体加工装置に対して「品種切替」要求を出す場合を例に、次章より各階層の動作を説明します。

（1）. アプリケーション層

（2）. SECS-IIメッセージ制御層

（3）. SECS-I通信層

（4）. RS-232C通信層

SEMIスタンダードで規定されているSECSプロトコルは、業界のあらゆる装置の通信について当てはまるように規定されています。
そのため、細かなところまで規定せず「推奨されるが要求はされない」といったアプリケーション側で取り決めなければならない箇所も存在します。
このような箇所熟知し、通信相手との仕様認識に相違が発生しないように開発を進める必要があります。

「4. SECS通信処理部の設計」に記載したように、各処理で階層化を行うことで、実績のあるラダープログラムのコンポーネントとして再利用可能な形で蓄積することができます。今回の例の「RS-232C通信層」はSECS通信に限らず、ラダー通信モジュールを用いたあらゆるシリアル通信案件に活用することができます。

また、「SECS-I通信層」についても、送受信するSECS-IIメッセージが何であっても問題無いように設計していますので、SECS通信を行う他の案件でも実績のあるコンポーネントをして活用することができます。

今回紹介した事例以外にも、半導体関連装置の開発ではしばしばSEMIスタンダードに準拠したソフトウェア開発を行うことがあります。
本事例のようなプログラム資産を有効活用し、また品質の良いコンポーネントを蓄積していくことで、今後も低価格で高品質なソフトウェアの開発に努めていきたいと思います。