汪 輝

（銅陵富仕三佳機(jī)器有限公司，安徽 銅陵 244000）

半導(dǎo)體全自動封裝設(shè)備是半導(dǎo)體集成電路后道封裝生產(chǎn)工序重要部件，用于沒有人工干涉的情況下，通過PLC或智能控制器對機(jī)械裝置的控制，完成從上料、上片一直到收料的全自動化控制過程。所有機(jī)械動作狀態(tài)靠各類檢測傳感器或檢測裝置進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)，這樣不可避免會有個別動作不到位時導(dǎo)致的錯誤報警，針對報警的處理，常見的設(shè)備中采用專用觸摸屏顯示，但專用觸摸屏存在存儲容量小，且無法完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，同時增加多語種顯示時，軟件調(diào)整異常繁瑣，針對上述等弊端，本文簡述半導(dǎo)體自動封裝設(shè)備報警產(chǎn)生后，一種簡單易行的處理實現(xiàn)方法。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

半導(dǎo)體全自動封裝設(shè)備硬件按功能可以分為人機(jī)界面系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)兩大塊，人機(jī)界面系統(tǒng)是用于操作者和設(shè)備進(jìn)行信息交互，如參數(shù)下載和信息顯示，組成部分為工控機(jī)、觸摸屏及控制軟件。PLC控制系統(tǒng)是完成半導(dǎo)體芯片封裝動作的控制系統(tǒng)，組成部分為PLC、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)及各類檢測傳感器。人機(jī)界面系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)之間通過高速通訊電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖1 硬件系統(tǒng)組成圖

（一）PLC控制系統(tǒng)

自動封裝系統(tǒng)將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，按動作區(qū)域劃分為多個子功能單元，每一個子功能單元主要完成半導(dǎo)體封裝設(shè)備的某個區(qū)域動作（如條帶上料單元、樹脂上料單元等），各子單元包含輸入模塊、輸出模塊及伺服電機(jī)系統(tǒng)；輸入模塊連接多種類型的檢測傳感器，用于檢測單元動作是否正常；輸出模塊連接多種類型的鎖或控制閥，通過控制鎖或者閥來執(zhí)行單元動作；伺服電機(jī)系統(tǒng)通過伺服驅(qū)動器控制電機(jī)，執(zhí)行搬運動作，同時伺服電機(jī)的位置及狀態(tài)也會通過伺服驅(qū)動器反饋給PLC用于判斷動作是否存在異常。如圖2所示。

圖2 PLC程序組成圖

在PLC程序中，每個子功能單元都有一段對應(yīng)的單元程序進(jìn)行動作處理。各個子功能單元的單元報警代碼都是從1開始進(jìn)行編碼，由于子功能單元的單元號不同，編碼后產(chǎn)生的系統(tǒng)報警代碼（子單元號*10000+子單元報警代碼）也是唯一的。另一方面，由于子功能單元之間的間隔為10000，每個報警功能單元的代碼數(shù)量9999個，即可以保證有充足多的報警信息代碼。

PLC控制系統(tǒng)中的控制模塊采用歐姆龍PLC NJ501-1400[1]，配置G5網(wǎng)絡(luò)型伺服，搭載20bit絕對值編碼器，伺服最高速度可達(dá)6000r/min，可實現(xiàn)高速高精度控制，同時PLC整個程序的刷新掃描執(zhí)行周期為1ms，能確保設(shè)備在異常狀態(tài)下，短時間內(nèi)立即進(jìn)行錯誤響應(yīng)，確保人員和設(shè)備的安全可靠。

（二）人機(jī)界面系統(tǒng)

人機(jī)界面系統(tǒng)使用微軟的Access數(shù)據(jù)庫作為半導(dǎo)體封裝設(shè)備報警信息查詢的載體[2][3]，由于Access數(shù)據(jù)庫有強大的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析能力，可以方便地進(jìn)行報警查詢、報警統(tǒng)計等操作。

半導(dǎo)體全自動封裝系統(tǒng)中的報警和異常信息量很大，通過建立數(shù)據(jù)庫全面保存和管理這些信息，便于報警的查詢；建立報警信息數(shù)據(jù)庫，包含設(shè)備中所有的報警信息，同時數(shù)據(jù)庫中還包括報警站點表、詳細(xì)報警信息表。

其中詳細(xì)報警信息表主要內(nèi)容包括報警等級、報警站點、報警編號、報警位置、報警原因和報警解決方法。

數(shù)據(jù)庫中將報警分為三個等級，分別為普通等級報警、重要等級報警、嚴(yán)重等級報警。

普通等級報警為不影響系統(tǒng)正常工作，或?qū)ο到y(tǒng)有潛在影響的報警，處理方法是給出提示提醒用戶，不做其它處理。

重要等級報警將影響系統(tǒng)運行或影響產(chǎn)品質(zhì)量，處理方法是給出報警位置、報警說明和處理方法。

嚴(yán)重等級報警將嚴(yán)重影響系統(tǒng)運行，處理方法是給出報警位置和報警說明，等待人工干預(yù)，并給出后續(xù)處理方法。

此外，為了用戶能及時了解報警的方位，對每個報警位置進(jìn)行拍照并保存圖片，并在圖片中標(biāo)出報警機(jī)構(gòu)位置，以便用戶準(zhǔn)確定位，圖片信息文件位置也保存在數(shù)據(jù)庫中。

二、報警觸發(fā)及處理

（一）報警的觸發(fā)

PLC的單元程序按照動作時序，依次進(jìn)行動作控制，每完成一個動作，就會將當(dāng)前的動作步號記錄下來，并保存在另一個步號記錄儲存器中。當(dāng)單元程序通過檢測外圍傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋，發(fā)現(xiàn)單元動作異常時，單元程序首先將該程序的單元報警代碼記錄下來，與此同時將動作步號清零，使該單元動作處于暫停狀態(tài)，避免人員在處理報警過程中發(fā)生誤動作。另外記錄的單元報警代碼會觸發(fā)三色燈及蜂鳴器，用聲、光的方式提示操作者有異常報警產(chǎn)生。

圖3 PLC動作執(zhí)行與報警時序關(guān)系

下面簡單介紹當(dāng)上料單元執(zhí)行推桿氣缸動作不到位時，設(shè)備報警處理的過程。（圖3）

人機(jī)界面系統(tǒng)程序通過網(wǎng)絡(luò)連接[4]，與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行實時通訊，并按100ms刷新頻率對各子單元程序進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控子單元有報警產(chǎn)生時，根據(jù)報警子單元的單元號和單元報警代碼，編碼產(chǎn)生系統(tǒng)唯一識別的報警代碼，人機(jī)界面系統(tǒng)按照該報警代碼，進(jìn)入報警數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行信息檢索，取出與之對應(yīng)的報警信息描述、處理方法以及故障位置信息等，并將這些信息顯示到顯示器上，方便設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行故障檢修，與此同時，人機(jī)界面系統(tǒng)記錄故障發(fā)生的系統(tǒng)時間，并且啟動計時器進(jìn)行報警時間的計時。

人機(jī)界面系統(tǒng)可以根據(jù)客戶需求，在數(shù)據(jù)庫的同一報警代碼的信息中，添加不同語種的描述及處理方法，人機(jī)界面系統(tǒng)根據(jù)客戶設(shè)置要求，可以很方便地提取不同語種的報警信息，顯示在人機(jī)界面上。由于報警信息中是集中在數(shù)據(jù)庫中管理，對于添加不同語種以及不同語種報警信息的編輯、添加、修改會非常方便靈活。如圖4顯示。

圖4 報警信息中/英文描述對應(yīng)表

針對設(shè)備的所用報警，我們可以采用圖片的方式，預(yù)先將報警對應(yīng)的傳感器位置記錄下來，并將每一個報警內(nèi)容與報警的圖片進(jìn)行一一對應(yīng)，當(dāng)產(chǎn)生報警時，人機(jī)界面系統(tǒng)按報警代碼進(jìn)行檢索時，不但會檢索到報警描述及處理方法，同樣也會檢索到對與之對應(yīng)的報警圖片名稱，將上述內(nèi)容顯示在人機(jī)界面系統(tǒng)上，可以很方便地幫助現(xiàn)場設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行故障處理。如圖5顯示。

圖5 報警圖片指示報警傳感器位置

（二）報警的處理

設(shè)備維護(hù)人員在排除設(shè)備故障后，在人機(jī)界面系統(tǒng)上按下故障解除按鍵，人機(jī)界面系統(tǒng)建立相應(yīng)的消警標(biāo)志，同時消警標(biāo)志將反饋給PLC，PLC檢測到該按鍵操作后，會清除對應(yīng)單元的報警代碼，同時將子功能單元中的步號記錄存儲器中保存的運行步號取出來，繼續(xù)按照報警發(fā)生時的動作步號進(jìn)行運行動作確認(rèn)。

與此同時，人機(jī)界面系統(tǒng)檢測到故障報警代碼被清除后，停止故障時間計時，并將之前發(fā)生的故障代碼及故障持續(xù)的時間寫入設(shè)備記錄報警數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)的報警追溯以及設(shè)備運行狀態(tài)（如MTBA和MTBF）等數(shù)據(jù)統(tǒng)計提供依據(jù)。

三、報警的后續(xù)統(tǒng)計工作

操作人員可以根據(jù)自身需求，進(jìn)行某段時間內(nèi)系統(tǒng)報警的查詢，人機(jī)界面系統(tǒng)接受到查詢指令后，根據(jù)指定的查詢時間，會從數(shù)據(jù)庫中報警歷史紀(jì)錄進(jìn)行時間的查詢統(tǒng)計工作，并依次將查詢到的警報按時間先后順序進(jìn)行排列，同時會統(tǒng)計各個報警發(fā)生的次數(shù)，統(tǒng)計排名前十的錯誤報警名稱以及報警次數(shù)占整個報警次數(shù)的百分比，形成設(shè)備的基本運行狀態(tài)的信息參數(shù)；系統(tǒng)根據(jù)獲取的上述數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)計公式可以計算出單位時間的生產(chǎn)效率、平均無故障時間(MTBA)及平均故障間隔時間（MTBF）等等反映設(shè)備運行效率的關(guān)鍵信息。

四、結(jié)論

在半導(dǎo)體封裝設(shè)備中，PLC按照規(guī)化的動作流程進(jìn)行過程控制，通過監(jiān)控外圍傳感器的狀態(tài)，檢測執(zhí)行動作是否存在異常，并將異常狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)連接反饋到人機(jī)界面系統(tǒng)上，人機(jī)界面系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫管理，完成異常報警的記錄管理工作，通過PLC和工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，完美地解決了自動封裝設(shè)備在日常生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的大量報警數(shù)據(jù)記錄、整理、統(tǒng)計工作。