半導(dǎo)體全自動(dòng)封裝設(shè)備的報(bào)警實(shí)現(xiàn)方法

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(dòng)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(méi)有人工干涉的情況下，通過(guò)PLC或智能控制器對(duì)機(jī)械裝置的控制，完成從上料、上片一直到收料的全自動(dòng)化控制過(guò)程。所有機(jī)械動(dòng)作狀態(tài)靠各類檢測(cè)傳感器或檢測(cè)裝置進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)，這樣不可避免會(huì)有個(gè)別動(dòng)作不到位時(shí)導(dǎo)致的錯(cuò)誤報(bào)警，針對(duì)報(bào)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(chǔ)容量小，且無(wú)法完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，同時(shí)增加多語(yǔ)種顯示時(shí)，軟件調(diào)整異常繁瑣，針對(duì)上述等弊端，本文簡(jiǎn)述半導(dǎo)體自動(dòng)封裝設(shè)備報(bào)警產(chǎn)生后，一種簡(jiǎn)單易行的處理實(shí)現(xiàn)方法。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

半導(dǎo)體全自動(dòng)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(dòng)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(cè)傳感器。人機(jī)界面系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)之間通過(guò)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(dòng)封裝系統(tǒng)將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元，按動(dòng)作區(qū)域劃分為多個(gè)子功能單元，每一個(gè)子功能單元主要完成半導(dǎo)體封裝設(shè)備的某個(gè)區(qū)域動(dòng)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(cè)傳感器，用于檢測(cè)單元?jiǎng)幼魇欠裾?；輸出模塊連接多種類型的鎖或控制閥，通過(guò)控制鎖或者閥來(lái)執(zhí)行單元?jiǎng)幼鳎凰欧姍C(jī)系統(tǒng)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)，執(zhí)行搬運(yùn)動(dòng)作，同時(shí)伺服電機(jī)的位置及狀態(tài)也會(huì)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器反饋給PLC用于判斷動(dòng)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(gè)子功能單元都有一段對(duì)應(yīng)的單元程序進(jìn)行動(dòng)作處理。各個(gè)子功能單元的單元報(bào)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(hào)不同，編碼后產(chǎn)生的系統(tǒng)報(bào)警代碼（子單元號(hào)*10000+子單元報(bào)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(gè)報(bào)警功能單元的代碼數(shù)量9999個(gè)，即可以保證有充足多的報(bào)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(duì)值編碼器，伺服最高速度可達(dá)6000r/min，可實(shí)現(xiàn)高速高精度控制，同時(shí)PLC整個(gè)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(shí)間內(nèi)立即進(jìn)行錯(cuò)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(kù)作為半導(dǎo)體封裝設(shè)備報(bào)警信息查詢的載體[2][3]，由于Access數(shù)據(jù)庫(kù)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析能力，可以方便地進(jìn)行報(bào)警查詢、報(bào)警統(tǒng)計(jì)等操作。

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

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

數(shù)據(jù)庫(kù)中將報(bào)警分為三個(gè)等級(jí)，分別為普通等級(jí)報(bào)警、重要等級(jí)報(bào)警、嚴(yán)重等級(jí)報(bào)警。

普通等級(jí)報(bào)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(bào)警，處理方法是給出提示提醒用戶，不做其它處理。

重要等級(jí)報(bào)警將影響系統(tǒng)運(yùn)行或影響產(chǎn)品質(zhì)量，處理方法是給出報(bào)警位置、報(bào)警說(shuō)明和處理方法。

嚴(yán)重等級(jí)報(bào)警將嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行，處理方法是給出報(bào)警位置和報(bào)警說(shuō)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(shí)了解報(bào)警的方位，對(duì)每個(gè)報(bào)警位置進(jìn)行拍照并保存圖片，并在圖片中標(biāo)出報(bào)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(kù)中。

二、報(bào)警觸發(fā)及處理

（一）報(bào)警的觸發(fā)

PLC的單元程序按照動(dòng)作時(shí)序，依次進(jìn)行動(dòng)作控制，每完成一個(gè)動(dòng)作，就會(huì)將當(dāng)前的動(dòng)作步號(hào)記錄下來(lái)，并保存在另一個(gè)步號(hào)記錄儲(chǔ)存器中。當(dāng)單元程序通過(guò)檢測(cè)外圍傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋，發(fā)現(xiàn)單元?jiǎng)幼鳟惓r(shí)，單元程序首先將該程序的單元報(bào)警代碼記錄下來(lái)，與此同時(shí)將動(dòng)作步號(hào)清零，使該單元?jiǎng)幼魈幱跁和顟B(tài)，避免人員在處理報(bào)警過(guò)程中發(fā)生誤動(dòng)作。另外記錄的單元報(bào)警代碼會(huì)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(bào)警產(chǎn)生。

圖3 PLC動(dòng)作執(zhí)行與報(bào)警時(shí)序關(guān)系

下面簡(jiǎn)單介紹當(dāng)上料單元執(zhí)行推桿氣缸動(dòng)作不到位時(shí)，設(shè)備報(bào)警處理的過(guò)程。（圖3）

人機(jī)界面系統(tǒng)程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接[4]，與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，并按100ms刷新頻率對(duì)各子單元程序進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控子單元有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，根據(jù)報(bào)警子單元的單元號(hào)和單元報(bào)警代碼，編碼產(chǎn)生系統(tǒng)唯一識(shí)別的報(bào)警代碼，人機(jī)界面系統(tǒng)按照該報(bào)警代碼，進(jìn)入報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行信息檢索，取出與之對(duì)應(yīng)的報(bào)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(shí)，人機(jī)界面系統(tǒng)記錄故障發(fā)生的系統(tǒng)時(shí)間，并且啟動(dòng)計(jì)時(shí)器進(jìn)行報(bào)警時(shí)間的計(jì)時(shí)。

人機(jī)界面系統(tǒng)可以根據(jù)客戶需求，在數(shù)據(jù)庫(kù)的同一報(bào)警代碼的信息中，添加不同語(yǔ)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(yǔ)種的報(bào)警信息，顯示在人機(jī)界面上。由于報(bào)警信息中是集中在數(shù)據(jù)庫(kù)中管理，對(duì)于添加不同語(yǔ)種以及不同語(yǔ)種報(bào)警信息的編輯、添加、修改會(huì)非常方便靈活。如圖4顯示。

圖4 報(bào)警信息中/英文描述對(duì)應(yīng)表

針對(duì)設(shè)備的所用報(bào)警，我們可以采用圖片的方式，預(yù)先將報(bào)警對(duì)應(yīng)的傳感器位置記錄下來(lái)，并將每一個(gè)報(bào)警內(nèi)容與報(bào)警的圖片進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，人機(jī)界面系統(tǒng)按報(bào)警代碼進(jìn)行檢索時(shí)，不但會(huì)檢索到報(bào)警描述及處理方法，同樣也會(huì)檢索到對(duì)與之對(duì)應(yīng)的報(bào)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(chǎng)設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行故障處理。如圖5顯示。

圖5 報(bào)警圖片指示報(bào)警傳感器位置

（二）報(bào)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(shí)消警標(biāo)志將反饋給PLC，PLC檢測(cè)到該按鍵操作后，會(huì)清除對(duì)應(yīng)單元的報(bào)警代碼，同時(shí)將子功能單元中的步號(hào)記錄存儲(chǔ)器中保存的運(yùn)行步號(hào)取出來(lái)，繼續(xù)按照?qǐng)?bào)警發(fā)生時(shí)的動(dòng)作步號(hào)進(jìn)行運(yùn)行動(dòng)作確認(rèn)。

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

三、報(bào)警的后續(xù)統(tǒng)計(jì)工作

操作人員可以根據(jù)自身需求，進(jìn)行某段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)報(bào)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(shí)間，會(huì)從數(shù)據(jù)庫(kù)中報(bào)警歷史紀(jì)錄進(jìn)行時(shí)間的查詢統(tǒng)計(jì)工作，并依次將查詢到的警報(bào)按時(shí)間先后順序進(jìn)行排列，同時(shí)會(huì)統(tǒng)計(jì)各個(gè)報(bào)警發(fā)生的次數(shù)，統(tǒng)計(jì)排名前十的錯(cuò)誤報(bào)警名稱以及報(bào)警次數(shù)占整個(gè)報(bào)警次數(shù)的百分比，形成設(shè)備的基本運(yùn)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(jì)公式可以計(jì)算出單位時(shí)間的生產(chǎn)效率、平均無(wú)故障時(shí)間(MTBA)及平均故障間隔時(shí)間（MTBF）等等反映設(shè)備運(yùn)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(dòng)作流程進(jìn)行過(guò)程控制，通過(guò)監(jiān)控外圍傳感器的狀態(tài)，檢測(cè)執(zhí)行動(dòng)作是否存在異常，并將異常狀態(tài)通過(guò)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(kù)管理，完成異常報(bào)警的記錄管理工作，通過(guò)PLC和工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，完美地解決了自動(dòng)封裝設(shè)備在日常生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生的大量報(bào)警數(shù)據(jù)記錄、整理、統(tǒng)計(jì)工作。