Hệ thống đo rung động vi mô đảm bảo an toàn cho nhà máy sản xuất chất bán dẫn khi có động đất
04/05/2024
Thông tin chung
Quy trình sản xuất chất bán dẫn cực kỳ nhạy cảm với các rung động, cho dù chúng bắt nguồn từ bên trong như hoạt động đi lại của người đi bộ, quạt và máy bơm hay từ bên ngoài từ các yếu tố như giao thông lân cận, hoạt động xây dựng hoặc các sự kiện địa chấn như động đất. Ngay cả những rung động nhỏ cũng có thể làm gián đoạn đáng kể năng suất sản xuất do độ chính xác cần thiết trong sản xuất.
Do Đài Loan dễ bị ảnh hưởng bởi động đất nên hệ thống đo rung động vi mô rất cần thiết đối với các nhà sản xuất chất bán dẫn địa phương. Những hệ thống này giúp bảo vệ thiết bị, giảm rủi ro vận hành và đảm bảo an toàn cho nhân viên. Bằng cách tận dụng sóng động đất, bao gồm sóng P nhanh hơn và sóng S chậm hơn, các hệ thống này có thể dự đoán cường độ của trận động đất. Khi phát hiện sóng P, hệ thống có thể dự báo tác động sắp xảy ra của sóng S, cho phép thiết bị thực hiện các biện pháp phòng ngừa từ 5 đến 30 giây trước khi làn sóng có sức tàn phá mạnh hơn ập đến. Cách tiếp cận chủ động này giúp giảm thiểu thương tích và thiệt hại liên quan đến động đất.
Giới thiệu dự án
Một công ty bán dẫn nổi tiếng của Đài Loan đang xây dựng một nhà máy chế tạo mới và đang tìm kiếm một hệ thống đo rung động vi mô. Mục đích là để bảo vệ các nhà máy sản xuất tấm bán dẫn hiện có khỏi những rung động vi mô của môi trường có thể làm giảm năng suất, hỗ trợ cải tiến cấu trúc trong tương lai, bảo vệ thiết bị và đưa ra cảnh báo động đất sớm. Hệ thống này sẽ giúp đưa ra quyết định nhanh chóng về việc tắt các thiết bị quan trọng trước khi xảy ra động đất, đảm bảo khôi phục nhanh chóng các hoạt động sau thảm họa và bảo vệ con người, dây chuyền sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm.
Ngoài ra, nhà sản xuất đang chuyển đổi sang các sản phẩm phát hiện rung động hiệu quả và đáng tin cậy hơn của Advantech cho một nhà máy mới, do nhu cầu vượt qua các thách thức với hệ thống trước đó của họ, bao gồm sự chậm trễ khi giao hàng, các vấn đề về chất lượng và dịch vụ hậu mãi không đạt yêu cầu. Sự thay đổi chiến lược này dự kiến sẽ tăng cường hiệu quả hoạt động và độ tin cậy của nhà máy.
Đối với dự án này, Advantech đã hợp tác với Prowave, một nhà tích hợp hệ thống kiểm tra và đo độ rung dày dạn kinh nghiệm với nhiều kinh nghiệm trong việc xử lý các thách thức liên quan đến độ rung, đặc biệt là trong ngành bán dẫn.
Yêu cầu hệ thống
Rung động vi mô được định nghĩa là các rung động có tần số từ 2 đến 100 Hz và biên độ dưới 50 μm/s, rất khó phát hiện bằng các công cụ đo độ rung tiêu chuẩn. Do đó, khách hàng của chúng tôi cần một hệ thống đo rung động vi mô cao cấp có khả năng xác định những rung động tinh tế này, điều này rất quan trọng để đưa ra quyết định sáng suốt.
Các cảm biến áp điện điện tử tích hợp (IEPE) sẽ được đặt giữa các tầng của tòa nhà để phát hiện các rung động trên sàn và môi trường. Thẻ Thu thập Dữ liệu (DAQ), cần thiết để đo nhiều loại dao động rung, phải có phạm vi đo tín hiệu động rộng để đảm bảo đọc dữ liệu chính xác và ngăn chặn cảnh báo sai. Hơn nữa, do việc triển khai rộng rãi trên toàn tòa nhà, việc đồng bộ hóa giữa các thẻ DAQ này là bắt buộc để tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu thập dữ liệu đồng thời từ nhiều nguồn tại hiện trường.
Triển khai dự án
Mô tả hệ thống
Hệ thống hoạt động suốt ngày đêm, 24/7, theo dõi mức độ rung vi mô trên mỗi tầng để thiết lập các mô hình và xu hướng dài hạn cho cả rung động nền và hoạt động của máy. Nếu rung động vượt quá mức đường cong VC (Tiêu chí rung) hoặc giá trị Gal được chỉ định, hệ thống sẽ nhanh chóng đưa ra cảnh báo. Ngoài ra, báo cáo chi tiết sẽ được tạo trong vòng năm phút.
Hệ thống này sử dụng cảm biến PCB IEPE để đo tín hiệu rung vi mô. Ngay cả với tốc độ lấy mẫu cao, nó vẫn duy trì tỷ lệ nhiễu đặc biệt thấp ở mức 50 μVrms. Hơn nữa, hệ thống có thể tự động tạo báo cáo VC-Curve, cung cấp thông tin chi tiết ngay tại chỗ về điều kiện rung tại các điểm cụ thể.
Thẻ PCIE-1803 DAQ, được chọn cho dự án này, là thẻ PCI Express thu tín hiệu động 8 kênh, 24 bit, 128 kS/s. Nó bao gồm ba tính năng chính cần thiết cho chức năng của hệ thống:
- Hỗ trợ cảm biến IEPE: PCIE-1803 cung cấp phạm vi đo động rộng lên tới 102dB, có thể thu thập đầy đủ dữ liệu từ IEPE. Phạm vi này giúp nó có khả năng phát hiện cả những rung động rất nhỏ và lớn hơn đáng kể.
- PCIE-1803 không chỉ cung cấp khả năng lấy mẫu kênh đồng thời mà còn cho phép đồng bộ hóa nhiều thẻ, đảm bảo rằng tất cả các kênh trong hệ thống có thể lấy mẫu đồng thời. Khả năng này rất quan trọng để giám sát rộng rãi trên các khu vực rộng lớn, xử lý dữ liệu đồng thời từ tối đa 64 nút cảm biến.
- Tiêu thụ điện năng thấp: Với mức tiêu thụ điện năng khi tải đầy đủ chỉ 4,8W, PCIE-1803 giảm nguy cơ quá nhiệt một cách hiệu quả, nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống.
Advantech cung cấp các tùy chọn nền tảng đa dạng để tùy chỉnh theo nhu cầu cụ thể của khách hàng. Đối với dự án này, vỏ máy tính công nghiệp ACP-4000 và bo mạch chủ dựa trên bộ xử lý Intel® Core™ AIMB-788 đã được sử dụng. Dòng ACP-4000 được chọn nhờ đèn chỉ báo LED và thông báo cảnh báo, đảm bảo phát hiện và phản hồi lỗi nhanh chóng. Quạt được điều khiển bằng tín hiệu điều khiển bằng xung có độ ồn thấp giúp giảm thiểu rung động, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. AIMB-788 với bộ xử lý Intel® Core™ i5-12500 thế hệ thứ 12 mang lại khả năng đa nhiệm hiệu suất cao và linh hoạt với 5 khe cắm mở rộng PCIe. Nó cũng hỗ trợ quản lý hệ thống an toàn với Microsoft Windows 10.
Khách hàng sử dụng LabVIEW để phát triển phần mềm, tích hợp SDK DAQNavi của Advantech với PCIE-1803 vào môi trường phát triển LabVIEW VI. SDK DAQNavi hợp lý hóa cấu hình và trình diễn, đẩy nhanh quá trình phát triển và xác thực ban đầu.
Kết luận
Thẻ PCIE-1803 DAQ của Advantech cung cấp khả năng thu tín hiệu động cao và đồng bộ hóa nhiều thẻ, rất quan trọng để thu thập dữ liệu rung vi mô một cách hiệu quả. Việc triển khai DAQNavi đã giảm đáng kể thời gian phát triển, thúc đẩy dự án.
PCIE-1803 rất linh hoạt và có thể áp dụng ngoài ngành bán dẫn, đáp ứng nhu cầu đo lường tiên tiến trong các ngành công nghiệp nặng như hóa dầu và thép. Đó là lý tưởng để giám sát tính toàn vẹn của thiết bị quy mô lớn, chẳng hạn như đường ống hoặc thiết bị đúc thép.
Giải pháp đo âm thanh và độ rung của Advantech (do IEPE chỉ định)
/PCIE-1803_3D_B20200225143118.jpg)
/ACP-4000_G20120704140045.gif)
-25/AIMB-788_01----20220509134056.jpg)
