Ladda ner artikeln på 500 kbyte här (länk, pdf). Fler tekniska rapporter finns på etn.se/expert

Vid kretstillverkningen mäts de olika kemiska gaserna upp mycket noga för varje processteg eftersom förbrukningen varierar kraftigt för de olika stegen. De flesta processtegen är automatiserade. Det som inte sker automatiskt är, intressant nog, den enkla uppgiften att se till att det finns tillräckligt mängd av gaserna som ska användas. 

Vid Linear Technologys fabrik i Silicon Valley, utanför San Jose i Kalifornien, används fler än 175 cylindrar fyllda med specialgas vid kretstillverkningen. Gas­cylindrarna övervakas noga för att säkra avbrottsfri försörjning av processen. 

Oplanerade avbrott i gasförsörjningen skulle resultera i att kiselskivor värda hundratusentals dollar förstörs. Det skulle leda till intäktsförluster och skapa en oacceptabel försening av levererade produkt till kunderna. För att undvika tillverkningsstopp kontrolleras trycket i samtliga gascylindrar i fabriken manuellt tre gånger om dagen. Den manuella processen bäddar för mänskliga fel och är dyr att upprätthålla. 

Tidigare utnyttjades manuell dataloggning eftersom det ansågs för dyrt och krångligt att dra ledningar för kommunikationen i fabriken. Cylindrarna är placerade runt omkring hela anläggningen och i flertalet fall finns de på ställen där det inte finns några väggkontakter eller Ethernet-uttag i närheten. 

Av säkerhets- och seismiska (jordbävning-) skäl är byggnaden konstruerad med betongväggar, så att dra nya kablar blir allt för dyrt. Likaså skulle ett stort projekt – som installation av kablar för kraft och kommunikation innebär – leda till ett oundvikligt avbrott i produktionen. 

För att lösa problemet utan att störa tillverkningsprocessen infördes till en början ett trådlöst meshnät, SmartMesh IP, med 32 noder för att övervaka trycket i vardera gastank i förvaringsrummet. Varje nod drivs av ett par AA L91 litiumbatterier, vilka ger en livslängd på runt 8 år vid normal drift. Inga extra kablar och inga onödiga stopp i driften krävdes alltså för att installera nätverket. Det enda som framåt behöver göras är att byta ut batterierna med jämna mellanrum.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Trots betongkonstruktionen och förekomsten av metallstrukturer i fabriken har nätverket visat sig fungera mycket tillförlitligt. I skrivande stund har nätverket fungerat kontinuerligt i drygt 83 dagar och det har överfört över 26 miljoner avlästa datapaket. Endast ett datapaket har hittills gått förlorat, vilket motsvarar en noggrannhet på mer än 99,99999 procent. 

Det är 100 gånger bättre än den stränga tillförlitlighet på ”5 nior” som förväntas av extremt tillgängliga kommunikationsnät och datorsystem. Denna höga nivå av nätverkstillförlitlighet ser till att fabriken fungerar underhållsfritt och klarar förändrade förhållanden i fabriks- och rf-miljön. 

I förvaringsrummet mäts tanktryck och reglertryck hos varje gascylinder och avlästa värden kommuniceras till ett centralt övervakningssystem via det trådlösa SmartMesh-nätet. Varje SmartMesh-nod är ansluten till ett par cylindrar och skickar avlästa värden via det trådlösa meshnätet till en webbserver som tjänar hela byggnaden. 

I kontrollrummet visar fabrikens styrprogram realtidsvärden och beräknar automatiskt körtider och trender för att förutsäga behovet av schemalagda cylinderbyten (bild ovan till höger). Trösklar för lågt tryck är dessutom inställda så att de larmar operatörerna om en cylinder når en varningsnivå före ett schemalagt byte. Larm visas på kontrollrummets skärm och går via Internet-meddelanden till både operatörer och fabriksledning varje dag, dygnet runt. 

Genom att använda realtidsvärden för gasförbrukningen kan operatörerna förutsäga när gascylindrarna behöver bytas, vilket minskar slöseri med gas till följd av att gascylindrar byts för tidigt. Fördelarna sträcker sig dock bortom verkningsgraden för den dagliga driften. Genom att centralt samla data om gasförbrukningen och göra denna lättillgänglig för fabriksledningen skapar systemet möjlighet till trendanalyser. Därmed går det att effektivisera driften ytterligare genom att avlästa värden svarar mot specifika halvledarprocesser och geometrier. Det hjälper till att optimera fabrikens kapacitetstillväxt när så behövs. 

– Den förbättrade verkningsgraden har mer än motiverat installationen av SmartMesh-systemet för gascylinderövervakning. Därför planerar vi att expandera detta trådlösa meshnät över hela anläggningen för att öka effektiviteten i verksamheten ytterligare, säger Alex McCann, som är företagets produktionschef.