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恒耀:工业气体输送进入IIoT时代

在用于半导体制造的超高纯气体输送的高要求空间中,改用Beckhoff的EtherCAT I / O和基于PC的控制技术可使系统制造商节省空间和时间,同时增加功能

没有制造商希望在其运营中停机。没有运行的生产线会造成金钱的损失,如果由于问题而不得不废弃已经运行的产品,情况甚至更糟。但是,很少有行业会面临半导体线路出现故障时可以承受的那种损失。

Applied Energy Systems(AES)的研发控制技术首席工程师David Stetz说:“当半导体工厂完成一批晶圆时,它们可能随时处理价值一百万美元的产品。” “如果他们的停机时间只有几个小时,则可能严重损害其生产过程的盈利能力。”

自1980年代中期以来,AES一直在制造高纯度气体输送系统,这是自1968年开始营业以来从焊接设备经销商的根源转变而来的。随着这一转变,人们转向了更加复杂的系统,并且特别关键。超高纯工业气体不仅对于电子制造和研究项目必不可少,如果处理不当,高度可燃或有毒物质也可能致命。质量的任何下降都可能不利地影响印刷在半导体晶圆上的亚微米级电路的精度。

高纯度气体系统用于一般制造业,研究实验室,太阳能,制药和生物技术产品。超高纯气体系统的客户包括航空零部件,半导体和其他电子产品的制造商。

拥有如此高科技的客户群,AES必须继续改进其产品以保持竞争力。2012年,该公司在费城以西的总部附近建立了新设施。新大楼为测试和实施尖端技术提供了空间,以发布新产品和更新现有设备。

AES总经理Jim Murphy说:“我们专注于研发,并扩大制造业务以支持客户现在需要的Industry 4.0解决方案和物联网(IoT)技术。”

自从此次扩展以来,AES的Semi-Gas部门的一项重要创新就是GigaGuard GSM-V控制器,该控制器可监控和调节超高纯气体的输送。它是专门为取代公司的GSM-5控制器而设计的。

在设计新的GSM-V时,Stetz知道它需要能够支持AES在制造中向物联网功能的转变。对于最终用户,它还需要是一个即插即用的系统。为了满足最新要求,GSM-V必须具有更快的处理速度,更直观的人机界面(HMI)和改进的联网功能。

GSM-V还需要有效地监测气体条件,以保持超高纯度并确保安全的工作条件。输送系统需要发出的气体至少具有与进入时相同的纯度,或者在通过其他过滤器和净化器后具有更高的纯度。

纯度水平的下降不仅会破坏整个高价值产品的运行,而且异常的气体条件也可能是更大(可能致命)的问题的征兆。传送系统需要在设备的控制面板和其他联网设备上显示实时监视结果,以确保安全操作。“我们制造的每台设备的主要因素(包括气体输送系统和控制)都是安全的,” Stetz说。“我们主要为终端用户设施提供分配和分配气体和化学品的安全系统,因此安全始终是我们的第一要务。”

寻找正确的控制

借助当今可用的新的自动化和控制技术,提供所有这些功能本来就很容易。保持价格竞争力是GSM-V项目中的一个问题,但是最大的问题是控制器需要保持相同的尺寸并提供更高的性能。增强控制器功能所需的所有组件都需要安装在尺寸仅为8 x 10 x 12英寸的机柜中,该机柜位于向生产设备供应超高纯度气体的机柜的顶部边缘。

“这些系统中的许多系统都已硬接线,并在其周围构建了其他设备,例如洒水系统或公交车站,” Stetz说。“如果我们要保持即插即用的替换能力,我们将无法更改设备的外形尺寸。尺寸决定了GSM-V设备的最大尺寸,因为我们进行更换和改造越容易,我们就越有可能增加销售和市场份额。”

Stetz最终从Beckhoff Automation发现了许多使GSM-V受益的硬件和软件产品,但最初引起他注意的是Beckhoff CP6606平板电脑。这种安装在机柜上的经济型控制器的尺寸完全适合气体输送系统的空间要求。该单元具有用于HMI的7英寸触摸屏。通过消除对附加硬件可编程逻辑控制器(PLC)的需要,它还最大程度地减少了机柜空间,并保留了用户可以通过HMI软件访问的活动警报的日志。它具有一个由Beckhoff制造的3.5英寸主板和一个带集成图形适配器的无风扇ARM Cortex-A8处理器。它包括一个标准的512 MB MicroSD卡,并可以选择升级到一个2、4或8 GB的卡。

TwinCAT 3自动化软件在CP6606上运行,以支持所有控制和显示功能,这是Stetz以前必须使用多个程序来完成的。他说:“ TwinCAT 3将PLC和HMI都集成在一个平台中。” “我通常必须在单独的软件包中编程并在单独的PC上运行的所有HMI功能现在都合并到一个软件包中。”

基于PC的开放平台系统确保GSM-V可以与任何最终用户的监控和数据采集(SCADA)系统进行通信,并使用OPC UA命令协议将数据发送到云,该协议可在所有Beckhoff PC-基于控制硬件。此外,可扩展的HMI软件在PC,平板电脑或智能手机上的直观功能与在内置HMI显示屏上的直观功能相同-AES能够在去年夏天的SEMICON West 2018贸易展上展示该功能。这使系统更容易警告操作员异常情况。除了标准的紧急关闭(EMO)按钮之外,如果发生异常的气体情况,可以通过网络PC,远程设备或系统的自动安全功能关闭GSM-V。

在较小的空间内增加功能

EtherCAT工业以太网技术的联网和I / O功能使所有控制和安全功能都能实时工作。Beckhoff的EJ系列EtherCAT I / O系统上的GSM-V标准化,包括总线耦合器,16通道数字输入,八通道模拟输入,四通道模拟输出和两个16通道数字输出端子。EJ系列I / O端子可以直接连接到电路板上,无需点对点布线。终端还保留了空间。

Stetz说:“与其他供应商一起,我需要一个两倍或三倍于此尺寸的盒子,才能将如此多的I / O通道与现成的设备结合在一起。” “这些端子非常紧凑且易于安装在电路板上,这一事实使AES在批量生产中具有更大的灵活性,并极大地减少了接线量和出错的可能性。”

这个16规格的钢制焊接机壳还装有几个超高纯气体输送系统专用的组件,包括C型继电器输出和电磁阀,以及一个可选的应变仪调节器和Z型吹扫系统。但是,即使在规定的空间限制内运行,AES仍然能够在符合人体工程学的传送系统中保留一小部分未使用的空间。Stetz说:“实际上,机箱的一侧有一个空隙,因此,如果我需要添加另一件硬件,则可以这样做。”

向前进

AES最初在SEMICON West 2017上发布了GSM-V,此后一直在全国范围内替换过时的GSM-5设备。该系统符合所有必需的安全标准,包括SEMI S2,SEMI S8和统一防火规范,并且功能比其前身更高。但是它还提供了具有竞争力的价格点和更高的系统灵活性。

AES以能够将标准产品线适应特定的客户需求而自豪。由于GSM-V基于TwinCAT 3,因此该公司可以轻松添加在PC上运行的任何软件。Stetz说:“ Beckhoff解决方案使AES通过新产品和传统支持以及其他新开发的研发展示了我们的多功能性,创造力和独创性。” “这只会提高我们在客户中的地位。”

凭借其即插即用功能,GSM-V将安装时间减少了50%。“直到我们完成GSM-V的定型,我们才用另一种解决方案替换GSM-5控制器,由于需要进行多次修改,因此安装至少花了一天的时间。我们必须做一个新的面板开孔,打孔,并用旧的更换方法重新连接许多组件。” Stetz说。“但是使用新的GSM-V,我们的现场技术人员可以一天更换两台。有时,我们一天之内就完成了三个更换工作。”

作为该项目的结果,AES的研发团队一直在寻找可以从Beckhoff自动化和控制产品中受益的其他新旧系统。墨菲说:“这是帮助我们为客户的工业4.0项目提供清晰愿景的产品之一。” “我们即将推出的许多控制解决方案或对旧系统的升级都考虑了云连接,数据可访问性以及与客户SCADA兼容的重要性。GSM-V为朝这个方向迈出了重要的一步。”

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发布: admin 分类: 智能自动化 评论: 0 浏览: 2
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