Automazione di un impianto in-line coater. 1/5

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1 Automazione di un impianto in-line coater "L utilizzo di LabVIEW Real-Time e del modulo State Chart di LabVIEW si è rivelato fondamentale per l implementazione del modello strutturato con automi a stati finiti. " - F. Giammaria, UNIVERSITÀ DI L AQUILA, DIPARTIMENTO DI FISICA La sfida: Controllare e gestire un impianto industriale, con processi fisici complessi, ad alto livello d integrazione tra misura, controllo e gestione dei processi stessi. La soluzione: L ampio spettro di prodotti hardware e software National Instruments ci ha permesso di realizzare rapidamente un automazione funzionale ed efficace. Autore (i): F. Giammaria - UNIVERSITÀ DI L AQUILA, DIPARTIMENTO DI FISICA L. Rossi - UNIVERSITÀ DI L AQUILA, DIPARTIMENTO DI FISICA Introduzione In questo articolo riportiamo la descrizione del sistema di gestione e controllo, specificatamente progettato per l automazione di un impianto, caratterizzato da processi fisici consecutivi (in-line), per produrre rivestimenti sotto vuoto. Esso è in grado di realizzare trattamenti anti-graffio, anti-corrosione, anti-attrito, su parti in plastica o metallo, in combinazione con rivestimenti metallici, inorganici e organici per applicazioni in diversi campi (rivestimenti ottici e decorativi, rivestimenti per tribologia, schermi EMI, ecc.). Questa linea, in particolare, è stata costruita per effettuare trattamenti sottovuoto su display di apparecchi per telefonia mobile. L impianto, infatti, realizza un trattamento anti-graffio (processo PECVD), per poi passare al trattamento anti-riflesso (PVD) su pallet contenenti circa 400 display per lotto. Processi utilizzati PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Per Plasma s intende il quarto stato della materia: un gas parzialmente o totalmente ionizzato in cui sono contemporaneamente presenti molecole neutre, ioni positivi ed elettroni liberi. La natura di un plasma varia moltissimo in funzione del tipo di gas o della miscela di più gas, in funzione della pressione residua dei gas, della geometria del volume che confina il plasma stesso e del tipo di campo elettrico che sostiene e mantiene il plasma. La crescita di film sottili su una superficie è effettuata in vuoto, attraverso reazioni chimiche in fase di vapore e assistite da Plasma, di composti contenenti l elemento da depositare (PECVD). Variando i parametri di processo, i precursori e la geometria della camera da vuoto, la tecnica PECVD consente di depositare innumerevoli materiali. Nel nostro caso questo processo è stato molto efficace nel creare un film resistente, con caratteristiche anti-graffio di tipo Silica-Like, usando un precursore organo-silanico. PVD (Physical Vapor Deposition). Il PVD è un processo di deposizione atomica in vuoto, nel quale il materiale è evaporato da una sorgente, in forma di atomi o molecole e trasportato dal plasma fino al substrato sul quale condensa. Generalmente il PVD è utilizzato per creare rivestimenti di poche decine o centinaia di nanometri e per deposizioni a strati differenti (multilayer). Nel caso specifico, è stato messo a punto un multilayer anti-riflesso, composto di strati di SiO2 e NbO5. Descrizione dell impianto L impianto è costituito da una serie di sette camere da vuoto, separate da valvole d interconnessione, per una lunghezza totale della macchina di circa 10 metri. A esse sono connessi cinque gruppi di pompaggio, tali da realizzare i livelli di vuoto richiesti nei singoli processi. Completano il sistema da vuoto i misuratori delle pressioni residue nelle camere. Le camere PECVD e PVD sono dotate di catodi e generatori a radiofrequenza e DC, per la generazione del Plasma; sono altresì dotate di sistemi d immissione sia di liquidi sia di gas di processo. Tutta la linea è dotata di un sistema di movimentazione in vuoto, dei pallets porta pezzi, che procede dalla camera di LOAD, impiegata per il carico e degasaggio dei pezzi, fino alla camera di scarico dei pallets UNLOAD. Per tutta la lunghezza della macchina sono inoltre presenti sistemi di rilevazione della posizione dei pallets, costituiti da sensori a traguardo laser. La camera PECVD è munita di un sistema di posizionamento del singolo pallet sull elettrodo di polarizzazione ed è dotata di sistema di riscaldamento in vuoto delle pareti (Figura 1). Hardware Il sistema di gestione è costituito da due banchi NI compact FieldPoint muniti di controller, connessi via Ethernet ad altri due banchi; completa il sistema hardware il PC server e i PC client, degli operatori e del responsabile della linea (Figura 2). La scelta di basare l hardware di controllo su piattaforma PAC Compact FieldPoint ci ha permesso di: usufruire di un ambiente di programmazione potente e versatile, quale LabVIEW Real-Time e modulo State Chart; impiegare dispositivi per uso in condizioni severe; realizzare un sistema di controllo distribuito a bordo dell impianto; connettere varie tipologie di strumenti quali Ethernet, RS232, RS485, I/O analogici e digitali; avere la possibilità di effettuare espansioni future. Software Nella progettazione del software di controllo, l utilizzo di LabVIEW Real-Time e del modulo State Chart di LabVIEW si è rivelato fondamentale per l implementazione del modello strutturato con automi a stati finiti. I vantaggi di tale modellazione si evidenziano nell analisi e nella definizione della logica di funzionamento della macchina. E stata creata, infatti, una state chart per ogni processo parallelo: LOAD, PECVD, PVD, UNLOAD: i quattro automi comunicano tra loro attraverso le shared variables, in modo tale da eseguire correttamente la sequenza dei processi della linea. Per il software di supervisione è stato utilizzato lo SCADA NI Lookout, realizzando un architettura client-server ridondante. L applicazione sviluppata, oltre a fornire i servizi di HMI, allarmistica e trending storico, supervisiona e controlla i seguenti sottosistemi: o pompaggio sottovuoto; o movimentazione dei pallets porta pezzi nella linea; o processo PECVD e gestione ricette; o processo PVD e gestione ricette; o strumenti di misura per il controllo di qualità delle deposizioni; o sequenza di processo/produzione con possibilità di reversibilità della linea: LOAD-PECVD-PVD-UNLOAD oppure LOAD-PVD-PECVD-UNLOAD oppure LOAD-PECVD-UNLOAD; o reporting sui lotti di produzione; o service per gestione sicurezza, emergenze, manutenzione e autodiagnosi. Conclusioni In questa attività si è riusciti a realizzare l automazione di un impianto in linea, per la produzione industriale su ciclo continuo, di trattamenti sottovuoto. L utilizzo degli strumenti hardware e software NationaI Instruments ha consentito di sviluppare un automazione con alto grado di robustezza, affidabilità e versatilità. Gli obiettivi preposti, considerata la complessità dei requisiti di sistema, sono stati raggiunti in tempi brevi e con un efficacia adeguata alle aspettative. Informazioni sull'autore: F. Giammaria UNIVERSITÀ DI L AQUILA, DIPARTIMENTO DI FISICA 1/5

2 Figura 1. Vista dell impianto In-Line Coater Figura 2. Architettura dell hardware di automazione 2/5

3 Figura 3. Supervisione dei cicli produttivi Figura 4. Supervisione e controllo sistema di pompaggio sottovuoto 3/5

4 Figura 5. Supervisione e controllo processo P.V.D. Figura 6. Supervisione e controllo processo P.E.C.V.D. Informazioni Legali Questo case study (questo "case study") è stato fornito da un cliente di National Instruments ("NI"). QUESTO CASE STUDY È FORNITO SENZA NESSUN TIPO DI GARANZIA ED È SOGGETTO AD ALCUNE LIMITAZIONI PIÙ SPECIFICATAMENTE DESCRITTE NEI TERMINI D USO DI NI.COM 4/5

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