Wciągu ostatnich 18 miesięcy inżynierowie z firmy Kemet Electronics Corp. (w Greenville, w Północnej Karolinie, USA) opracowali proces, w którym podczas reakcji elektrochemicznej następuje narastanie polimerów na anodzie kondensatora. Firma zajęła się tą nową metodą ze względu na niepożądane efekty, które mogą występować podczas tradycyjnego powlekania przeciwelektrod kondensatorów tantalowych.
W procesie produkcji kondensatorów tantalowych tworzy się tlenek magnezowy i inne związki chemiczne, co może doprowadzić do nieodwracalnego uszkodzenia podzespołów. Reakcja tlenu z tlenkiem magnezowym może bowiem doprowadzić do samozapłonu, który powoduje wybuchanie kondensatora zamontowanego na płytce drukowanej. Ta nieprzyjemna właściwość elementów produkowanych metodą tradycyjną zmusiła inżynierów do szukania sposobu uzyskania przeciwelektrody polimerowej. Zakończone sukcesem wysiłki sprawiły, że można obecnie wyeliminować wspomniane uszkodzenia. Nowy proces ma zastosowanie w produkcji
linii kondensatorów Kemet Organic, przeznaczonych do montażu w obwodach drukowanych, telefonach komórkowych, napędach twardych dysków oraz płytach głównych, a także w samochodowych urządzeniach elektronicznych.
Wraz z rozwojem nowego procesu powlekania inżynierowie opracowali również technologię, która pozwoli zastąpić dotychczasowy proces, wymagający wielokrotnego zanurzania pokrywanych elementów w różnych typach polimerów. W celu redukcji kosztów i skrócenia wymaganego czasu oraz zwiększenia pojemności podzespołu pracownicy firmy Kemet wynaleźli proces narastania polimerów na powierzchni elektrody ? bardzo podobny do galwanizacji ? który zapewnia również lepsze przenikanie polimeru do podzespołu. Obecna produkcja to dwie trzecie produkcji docelowej, którą zaplanowano na poziomie miliona sztuk dziennie.
Nowy system automatyki składa się z czterech modułów zbiornikowych (zawierających substancje chemiczne używane w procesie narastania polimerów), z czterema zbiornikami przypadającymi na każdy moduł, z których każdy sterowany jest przez osobny PLC (Omron CJ1G-H). Prętowy moduł przenoszący przesuwa zestaw podzespołów z pokrywy (stosowanej w większości operacji) na stojak, do polimeryzacji. Suwnica, również sterowana oddzielnym PLC Omron, przenosi stojaki z podajnika do zbiorników. Kiedy proces polimeryzacji jest zakończony ? trwa to ok. 30 minut ? suwnica przenosi stojaki do modułu rozładunku, a następnie do sekcji oczyszczania, po czym wraca do podajnika po następną partię.
Sterownik sieciowy Omron Open Network Controller łączy sieci systemowe Controller-Link i DeviceNet z Ethernetem, podłączając wszystkie urządzenia do produkcyjnej bazy danych Oracle, która wychwytuje wszelkie parametry produkcji oraz wyniki procesu. Sterownik przechowuje również strony sieci Web, które używają wbudowanych aplikacji Java do pobierania statystyki produkcji wprost ze sterowników PLC i zamieszczenia ich w czasie rzeczywistym w przemysłowym intranecie. Do wszystkich zadań panelu operatorskiego używa się niewielkiego palmtopa z ekranem dotykowym.
David Greenfield, dyrektor redakcji czasopisma Control Engineering, rozmawia o rozwoju tego procesu automatyki z Joem Jansenem z firmy Kemet Electronic.
? Jakie są najbardziej krytyczne punkty w procesie powlekania i jak zaprojektowano system, aby uniknąć uszkodzeń w tych punktach?
? Krytycznymi parametrami są natężenie i napięcie prądu, podawane na podzespoły w celu wywołania narastania polimerów. Każda miska w module ma oddzielne zasilanie, zazwyczaj dostarczane w procesie z ograniczeniem prądu, sterowanym przez wyjście analogowe bezpośrednio z Omron PLC, który z kolei steruje napięciem zasilania. Wartość napięcia jest następnie odczytywana na wyjściu zasilania oraz na zbiorniku, w którym elektrody są zanurzone w roztworze albo podłączone do podzespołu tak, byśmy mogli utrzymać ścisłą kontrolę nad tym, dokąd płynie prąd. Co sekundę rejestrujemy też wartość napięcia i natężenia prądu w czasie trwania całego procesu, możemy zatem sporządzić wykres na arkuszu w programie MS Excel i dołączyć go do partii podzespołów, aby w przyszłości można było prześledzić te dane.
? Prosze wyjaśnić zadania sterowników PLC dla poszczególnych modułów.
? Są cztery moduły zbiornikowe, ponadto jest moduł czyszczący oraz moduł załadunku i rozładunku. W module zbiornikowym PLC steruje napięciem i natężeniem oraz zbieraniem wszystkich danych do rejestracji co sekundę, przez 30 minut dla każdego z czterech zbiorników w tym module. W module czyszczącym pojedynczy PLC steruje kilkoma prowadnikami ze strumieniami wody, żeby opłukać chwytaki podzespołów pomiędzy cyklami, ponieważ na tych chwytakach następuje resztkowe narastanie. Najbardziej skomplikowany jest moduł załadunku/rozładunku ? w trakcie procesu podzespoły przemieszczają się na przestrzennych ramkach o wymiarach ok. 30×35×6 cm. Podzespoły zwisają z prętów roboczych rozmieszczonych rzędami na ramkach. Aby dało się przeprowadzić proces elektrochemiczny, podzespoły muszą być rozmieszczone szeroko, byśmy mogli umieścić przeciwelektrody pomiędzy rzędami podzespołów. Bierzemy więc wielki przenośnik, zwany stojakiem, z ramki wyjmujemy każdy pręt roboczy, rozwieramy chwytak i stojak, wkładamy pręty robocze do chwytaków, a następnie je zaciskamy. Wszystko to robimy przy użyciu wielu liniowych siłowników tłokowych Robo Cylinder [firmy Intelligent Actuator]. Sterownik PLC koordynuje ruchy siłowników.
Moduł załadunku/wyładunku jest podzielony na połowę. Z jednej strony są pręty poruszające się z ramki na stojak, podczas gdy druga strona odbiera je ze stojaka i umieszcza ponownie na ramce. Każda strona ma sześć siłowników Robo Cylinder, które wykonują skoordynowane ruchy pomiędzy ramką, ruchomymi stojakami, rozwieraniem i zaciskaniem chwytaków a także opuszczaniem i podnoszeniem prętów na ramkę i z niej. Wszystkimi tymi ruchami steruje PLC.
? Będąc zmuszonym do wbudowania tego systemu do interfejsu z zabezpieczeniem bazy danych, co Pan ? jako inżynier ? sądzi o tym coraz bardziej powszechnym wymogu?
? Dostrzegam coraz większe zapotrzebowanie na funkcje regulacji wbudowane w produkcyjne bazy danych. Dowiedziałem się, że w Kemet większość naszych systemów korzysta z różnego rodzaju komputerów PC, mogą więc one przynajmniej porozumiewać się z systemem Oracle. Wszystko co tu robimy, odbywa się za pośrednictwem produkcyjnych baz danych.
? Jakie korzyści wynikają z użycia palmtopa z ekranem dotykowym?
? Dzięki ustawieniu rejestrów w sterownikach PLC każdy moduł ma gniazdo kompatybilne z tą serią interfejsów palmtopów Omron NT. Gdy podłączam palmtop, sterownik PLC rozpoznaje, że urządzanie zostało dołączone i kieruje palmtop na ekrany właściwe dla danego modułu. Komputer sam się też konfiguruje dla każdego modułu, do którego zostaje podłączony.
Na przykład, gdy podłączam go do modułu zbiornikowego, mogę odczytać wartość napięcia i natężenia, mogę też ustawić przedziały czasowe. Potem mogę go odłączyć i podłączyć do suwnicy, wprowadzając pozycję na jej ramieniu. To jest coś, co zamierzamy wypróbowywać i rozwijać ? idea konfiguracji palmtopów. Dzięki możliwości łatwego podłączenia i uzyskiwania tego rodzaju dostępu do każdego modułu to naprawdę potężne narzędzie dla pracowników utrzymania ruchu i dla inżynierów, do wprowadzania zmian w ustawieniach lub prowadzenia eksperymentów.