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控制邏輯與演算法

本頁說明 SMB 系統的 Step 切換規則、閥門位置計算的數學模型、Zone 計算公式，以及從閥門狀態自動識別組態的演算法。

1. Step 切換核心規則​

規則 1：旋轉閥位置每 Step +1​

每個 Step 切換時，所有活動中的旋轉閥位置 +1，以 mod N 循環：

Position: 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 1 → ...

塞住的閥門（Position=0）不受影響。

規則 2：入口閥與出口閥的固定偏移​

同一組態中，各閥門之間的位置差（偏移量）在所有 Step 中保持不變。偏移量由 Zone 配置決定。

例如 1/2/2/1 組態：V01(D) 和 V02(F) 的偏移量永遠是 3。

規則 3：氣動閥邏輯​

氣動閥 PV 的開關由出口閥位置決定：

  • recycle 位置的 PV 關閉（流體直通下一柱）
  • 其他出口位置的 PV 開啟（流體轉向出口閥）
  • 對於吸脫附製程，各 Zone 邊界的 PV 關閉

2. 數學模型​

通用公式​

所有閥門位置都可以用同一個公式計算：

position = ((step - 1 + offset) % N) + 1

其中：

  • step：當前 Step（1-indexed）
  • offset：該閥門功能的偏移量（由 Zone 配置決定）
  • N：管柱總數（6 柱系統 N=6）

各組態偏移量表​

SMB 組態​

組態DEFRrecycleD2Wash
1/2/2/100345——
2/2-20523—4—
2/2/20145———
1-1/2/200345—5

吸脫附組態​

組態SS outWW outFF out
2-1-3012235
2-0-401——25
3-0-302——35

計算範例：1/2/2/1 Step 3​

N = 6, step = 3

V01(D):  offset=0  → ((3-1+0) % 6) + 1 = 3
V02(F):  offset=3  → ((3-1+3) % 6) + 1 = 6
V03:     塞住 → 0
V04(E):  offset=0  → ((3-1+0) % 6) + 1 = 3
V05(R):  offset=4  → ((3-1+4) % 6) + 1 = 1
V06(rec): offset=5 → ((3-1+5) % 6) + 1 = 2

PV302 關閉（recycle 在 C2）
其餘 PV 開啟

驗證：對照 閥門狀態表 Step 3 → V01=3, V02=6, V04=3, V05=1, V06=2, PV302 關閉。

3. Zone 計算公式​

SMB 4-Zone 計算​

SMB 製程的端口沿管柱環排列順序為：D(入口) → E(出口) → F(入口) → R(出口) → 回到 D。

Zone 的柱數由端口位置差決定：

Zone I   = E_pos - D_pos + 1        （D 到 E，含兩端）
Zone II  = F_pos - E_pos - 1        （E 到 F 之間）
Zone III = R_pos - F_pos + 1        （F 到 R，含兩端）
Zone IV  = N - Zone I - Zone II - Zone III

所有計算需考慮循環（mod N）。

範例：1/2/2/1 Step 1

D_pos=1, E_pos=1, F_pos=4, R_pos=5, N=6

Zone I   = 1 - 1 + 1 = 1 柱
Zone II  = 4 - 1 - 1 = 2 柱
Zone III = 5 - 4 + 1 = 2 柱
Zone IV  = 6 - 1 - 2 - 2 = 1 柱

結果: 1/2/2/1 ✓

吸脫附 Zone 計算​

吸脫附製程的端口順序為：S(入口) → W(入口) → F(入口) → 回到 S。

有水洗區時（W 存在）：

S區 = W_pos - S_pos
W區 = F_pos - W_pos
F區 = N - S區 - W區

無水洗區時（W=0）：

S區 = F_pos - S_pos
W區 = 0
F區 = N - S區

範例：2-1-3 Step 1

S_pos=1, W_pos=3, F_pos=4, N=6

S區 = 3 - 1 = 2 柱
W區 = 4 - 3 = 1 柱
F區 = 6 - 2 - 1 = 3 柱

結果: 2-1-3 ✓

範例：3-0-3 Step 1

S_pos=1, F_pos=4, N=6（無水洗）

S區 = 4 - 1 = 3 柱
W區 = 0
F區 = 6 - 3 = 3 柱

結果: 3-0-3 ✓

4. 自動識別演算法​

給定任意一組 Step 的閥門位置和功能，自動推導出組態名稱。

識別流程​

完整識別決策樹​

結合塞住閥門快速判斷：

演算法 Pseudocode​

def identify_configuration(valve_positions, valve_functions, N=6):
    """
    valve_positions: {"V01": 1, "V02": 4, ..., "V06": 6}
    valve_functions: {"V01": "D", "V02": "F", ..., "V06": "recycle"}
    """
    # Step 1: 識別製程類型
    functions = set(valve_functions.values())
    is_smb = bool(functions & {"D", "D1", "E", "R", "recycle"})
    is_adsorption = bool(functions & {"S", "S out", "W out", "F out"})

    # Step 2: 根據入口閥位置計算各 Zone 柱數
    if is_smb:
        D_pos = get_position("D")
        E_pos = get_position("E")
        F_pos = get_position("F")
        R_pos = get_position("R")

        zone_I   = (E_pos - D_pos) % N + 1
        zone_II  = (F_pos - E_pos - 1) % N
        zone_III = (R_pos - F_pos) % N + 1
        zone_IV  = N - zone_I - zone_II - zone_III

        return f"{zone_I}/{zone_II}/{zone_III}/{zone_IV}"

    elif is_adsorption:
        S_pos = get_position("S")
        F_pos = get_position("F")
        has_W = "W" in functions

        if has_W:
            W_pos = get_position("W")
            S_zone = (W_pos - S_pos) % N
            W_zone = (F_pos - W_pos) % N
            F_zone = N - S_zone - W_zone
        else:
            S_zone = (F_pos - S_pos) % N
            W_zone = 0
            F_zone = N - S_zone

        return f"{S_zone}-{W_zone}-{F_zone}"

延伸閱讀​