半导体全自动封装设备的报警实现方法

汪 辉

（铜陵富仕三佳机器有限公司，安徽 铜陵 244000）

半导体全自动封装设备是半导体集成电路后道封装生产工序重要部件，用于没有人工干涉的情况下，通过PLC或智能控制器对机械装置的控制，完成从上料、上片一直到收料的全自动化控制过程。所有机械动作状态靠各类检测传感器或检测装置进行状态确认，这样不可避免会有个别动作不到位时导致的错误报警，针对报警的处理，常见的设备中采用专用触摸屏显示，但专用触摸屏存在存储容量小，且无法完成复杂的数据统计功能，同时增加多语种显示时，软件调整异常繁琐，针对上述等弊端，本文简述半导体自动封装设备报警产生后，一种简单易行的处理实现方法。

一、系统结构组成

半导体全自动封装设备硬件按功能可以分为人机界面系统和PLC控制系统两大块，人机界面系统是用于操作者和设备进行信息交互，如参数下载和信息显示，组成部分为工控机、触摸屏及控制软件。PLC控制系统是完成半导体芯片封装动作的控制系统，组成部分为PLC、机械执行机构、伺服电机及各类检测传感器。人机界面系统和PLC控制系统之间通过高速通讯电缆进行数据交换。

图1 硬件系统组成图

（一）PLC控制系统

自动封装系统将各执行机构单元，按动作区域划分为多个子功能单元，每一个子功能单元主要完成半导体封装设备的某个区域动作（如条带上料单元、树脂上料单元等），各子单元包含输入模块、输出模块及伺服电机系统；输入模块连接多种类型的检测传感器，用于检测单元动作是否正常；输出模块连接多种类型的锁或控制阀，通过控制锁或者阀来执行单元动作；伺服电机系统通过伺服驱动器控制电机，执行搬运动作，同时伺服电机的位置及状态也会通过伺服驱动器反馈给PLC用于判断动作是否存在异常。如图2所示。

图2 PLC程序组成图

在PLC程序中，每个子功能单元都有一段对应的单元程序进行动作处理。各个子功能单元的单元报警代码都是从1开始进行编码，由于子功能单元的单元号不同，编码后产生的系统报警代码（子单元号*10000+子单元报警代码）也是唯一的。另一方面，由于子功能单元之间的间隔为10000，每个报警功能单元的代码数量9999个，即可以保证有充足多的报警信息代码。

PLC控制系统中的控制模块采用欧姆龙PLC NJ501-1400[1]，配置G5网络型伺服，搭载20bit绝对值编码器，伺服最高速度可达6000r/min，可实现高速高精度控制，同时PLC整个程序的刷新扫描执行周期为1ms，能确保设备在异常状态下，短时间内立即进行错误响应，确保人员和设备的安全可靠。

（二）人机界面系统

人机界面系统使用微软的Access数据库作为半导体封装设备报警信息查询的载体[2][3]，由于Access数据库有强大的数据处理、统计分析能力，可以方便地进行报警查询、报警统计等操作。

半导体全自动封装系统中的报警和异常信息量很大，通过建立数据库全面保存和管理这些信息，便于报警的查询；建立报警信息数据库，包含设备中所有的报警信息，同时数据库中还包括报警站点表、详细报警信息表。

其中详细报警信息表主要内容包括报警等级、报警站点、报警编号、报警位置、报警原因和报警解决方法。

数据库中将报警分为三个等级，分别为普通等级报警、重要等级报警、严重等级报警。

普通等级报警为不影响系统正常工作，或对系统有潜在影响的报警，处理方法是给出提示提醒用户，不做其它处理。

重要等级报警将影响系统运行或影响产品质量，处理方法是给出报警位置、报警说明和处理方法。

严重等级报警将严重影响系统运行，处理方法是给出报警位置和报警说明，等待人工干预，并给出后续处理方法。

此外，为了用户能及时了解报警的方位，对每个报警位置进行拍照并保存图片，并在图片中标出报警机构位置，以便用户准确定位，图片信息文件位置也保存在数据库中。

二、报警触发及处理

（一）报警的触发

PLC的单元程序按照动作时序，依次进行动作控制，每完成一个动作，就会将当前的动作步号记录下来，并保存在另一个步号记录储存器中。当单元程序通过检测外围传感器或执行机构的反馈，发现单元动作异常时，单元程序首先将该程序的单元报警代码记录下来，与此同时将动作步号清零，使该单元动作处于暂停状态，避免人员在处理报警过程中发生误动作。另外记录的单元报警代码会触发三色灯及蜂鸣器，用声、光的方式提示操作者有异常报警产生。

图3 PLC动作执行与报警时序关系

下面简单介绍当上料单元执行推杆气缸动作不到位时，设备报警处理的过程。（图3）

人机界面系统程序通过网络连接[4]，与PLC控制系统进行实时通讯，并按100ms刷新频率对各子单元程序进行监控，当监控子单元有报警产生时，根据报警子单元的单元号和单元报警代码，编码产生系统唯一识别的报警代码，人机界面系统按照该报警代码，进入报警数据库中进行信息检索，取出与之对应的报警信息描述、处理方法以及故障位置信息等，并将这些信息显示到显示器上，方便设备维护人员进行故障检修，与此同时，人机界面系统记录故障发生的系统时间，并且启动计时器进行报警时间的计时。

人机界面系统可以根据客户需求，在数据库的同一报警代码的信息中，添加不同语种的描述及处理方法，人机界面系统根据客户设置要求，可以很方便地提取不同语种的报警信息，显示在人机界面上。由于报警信息中是集中在数据库中管理，对于添加不同语种以及不同语种报警信息的编辑、添加、修改会非常方便灵活。如图4显示。

图4 报警信息中/英文描述对应表

针对设备的所用报警，我们可以采用图片的方式，预先将报警对应的传感器位置记录下来，并将每一个报警内容与报警的图片进行一一对应，当产生报警时，人机界面系统按报警代码进行检索时，不但会检索到报警描述及处理方法，同样也会检索到对与之对应的报警图片名称，将上述内容显示在人机界面系统上，可以很方便地帮助现场设备维护人员进行故障处理。如图5显示。

图5 报警图片指示报警传感器位置

（二）报警的处理

设备维护人员在排除设备故障后，在人机界面系统上按下故障解除按键，人机界面系统建立相应的消警标志，同时消警标志将反馈给PLC，PLC检测到该按键操作后，会清除对应单元的报警代码，同时将子功能单元中的步号记录存储器中保存的运行步号取出来，继续按照报警发生时的动作步号进行运行动作确认。

与此同时，人机界面系统检测到故障报警代码被清除后，停止故障时间计时，并将之前发生的故障代码及故障持续的时间写入设备记录报警数据库中，为后续的报警追溯以及设备运行状态（如MTBA和MTBF）等数据统计提供依据。

三、报警的后续统计工作

操作人员可以根据自身需求，进行某段时间内系统报警的查询，人机界面系统接受到查询指令后，根据指定的查询时间，会从数据库中报警历史纪录进行时间的查询统计工作，并依次将查询到的警报按时间先后顺序进行排列，同时会统计各个报警发生的次数，统计排名前十的错误报警名称以及报警次数占整个报警次数的百分比，形成设备的基本运行状态的信息参数；系统根据获取的上述数据，按照统计公式可以计算出单位时间的生产效率、平均无故障时间(MTBA)及平均故障间隔时间（MTBF）等等反映设备运行效率的关键信息。

四、结论

在半导体封装设备中，PLC按照规化的动作流程进行过程控制，通过监控外围传感器的状态，检测执行动作是否存在异常，并将异常状态通过网络连接反馈到人机界面系统上，人机界面系统利用数据库管理，完成异常报警的记录管理工作，通过PLC和工控机的数据库相结合，完美地解决了自动封装设备在日常生产过程中，产生的大量报警数据记录、整理、统计工作。