Giải pháp xử lý chất thải tự động sử dụng kết nối LoRaWAN cho nhà máy sản xuất wafer bán dẫn
21/09/2020
Thông tin dự án
Nhiều hóa chất độc hại được sử dụng trong ngành sản xuất các sản phẩm công nghệ cao. Các hóa chất này không chỉ nguy hiểm và gây ô nhiễm, việc xử lý chất thải của chúng rất khó khăn và thách thức. Các nhà máy phải lắp đặt hệ thống xử lý chất thải để đảm bảo an toàn cho người lao động và môi trường. Các nhà máy cũng phải liên tục kiểm tra hệ thống xử lý chất thải của mình bằng cách kiểm tra định kỳ. Tuy nhiên, đối với những nhà máy có số lượng điểm kiểm tra cao, cần rất nhiều nhân lực để hoàn thành công việc, có thể rất mất thời gian. Hơn nữa, các điểm đầu ra chất thải công nghiệp thường ở trên cao trong các ống khói được sử dụng để phân tán khói, do đó, việc kiểm tra truyền thống sẽ đặt ra những thách thức nguy hiểm cho các kiểm tra viên.
Các sản phẩm dòng WISE của Advantech cung cấp các giải pháp giám sát tự động dựa trên kết nối LoRaWAN cho các nhà máy. Thu thập dữ liệu tự động và các công nghệ không dây từ xa thay thế việc kiểm tra thông thường để cải thiện việc kiểm tra xử lý chất thải hàng ngày, do đó, quản trị viên luôn được thông báo về hoạt động, nhận thức được các lỗi hệ thống và có thể cải thiện hiệu quả dây chuyền sản xuất.
Yêu cầu hệ thống
Một nhà sản xuất wafer bán dẫn nổi tiếng thế giới với hơn 10 nhà máy trên khắp Châu Á cung cấp dịch vụ sản xuất wafer cho nhiều khách hàng cấp cao nhất. Một nhà máy wafer ở Đài Loan được trang bị hệ thống xử lý chất thải axit để xử lý chất lỏng và khí có tính ăn mòn và độc hại được tạo ra bởi quá trình quang khắc và khắc; chúng chỉ có thể được xử lý khi chúng đáp ứng các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường.
Nhân viên của nhà máy luôn kiểm tra các động cơ và quạt của hệ thống thải để tìm các dị thường bằng máy đo độ rung cầm tay. Tuy nhiên, do có hơn 20 quạt hút xung quanh nhà máy, nên nhân lực giới hạn tần suất kiểm tra chỉ một lần một ngày. Ngoài ra, để đạt hiệu quả cao, hệ thống xả thải chủ yếu được lắp đặt trên mái nhà, vì vậy việc leo lên và xuống hàng ngày có thể gây nguy hiểm cho các thanh tra viên.
Vì vậy, để hoàn thành việc kiểm tra hiệu quả hơn và giảm rủi ro cho nhân viên, nhà máy đã quyết định triển khai một giải pháp tự động giám sát hệ thống bằng cách sử dụng cảm biến và gateway, bao gồm các yêu cầu như:
- ISO 10816 (tiêu chuẩn đánh giá độ rung) - nâng cấp cảm biến để đảm bảo tính nhất quán giữa dữ liệu cảm biến được thu thập và thiết bị cầm tay.
- Sử dụng mạng không dây để loại bỏ nhu cầu đi dây cáp.
- Phạm vi phủ sóng đường truyền xa để tránh gián đoạn tín hiệu hoặc kết nối mạng không ổn định.
- Thiết lập mạng riêng để ngăn chặn rò rỉ dữ liệu.
- Sản phẩm phần cứng chắc chắn và bền bỉ cho môi trường ngoài trời khắc nghiệt.
- Hỗ trợ giao thức truyền thông Modbus để tải dữ liệu lên hệ thống giám sát.
Tổng quan hệ thống
Advantech đã cung cấp hai sản phẩm cho dự án giám sát chất thải tự động: WISE-2410 - cảm biến rung thông minh LoRaWAN; và WISE-6610 - một gateway IoT LoRaWAN.
Đây là cách giải pháp hoạt động: Cảm biến rung không dây WISE-2410 được gắn từ tính vào động cơ và thu thập dữ liệu rung động để tính toán tốc độ và giá trị dịch chuyển, sau đó được truyền đến cổng WISE-6610 cứ nửa giờ một lần thông qua mạng không dây LoRaWAN. WISE-6610 giải mã gói dữ liệu và tải dữ liệu lên thông qua Modbus vào hệ thống thu thập dữ liệu và kiểm soát giám sát (SCADA) hiện có của nhà máy wafer. Sau khi thu được dữ liệu, hệ thống sẽ so sánh dữ liệu đó với biểu đồ mức độ nghiêm trọng của ISO 10816 và chẩn đoán tình trạng của động cơ.
WISE-2410 là một thiết bị thông minh được tích hợp bộ vi xử lý ARM Cortex-M4, cảm biến gia tốc 3 trục và nhiệt độ. Nó tính toán các giá trị riêng phức tạp trước khi xuất ra (bao gồm VRMS, ARMS, đỉnh, dịch chuyển, kurtosis, hệ số đỉnh, độ lệch và độ lệch chuẩn), giúp giảm tải băng thông mạng. Bên cạnh việc loại bỏ các vấn đề về đi dây mạng, bộ thu phát LoRa tích hợp của WISE-2410 có tần số thấp, phạm vi xa, tiêu thụ điện năng thấp, với khả năng truyền xuyên thấu cao. Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy phạm vi truyền dẫn của WISE-2410 có thể đạt tới 15 km, quá đủ cho khu vực 500 mét của nhà máy wafer.
WISE-2410 cũng tận dụng tối đa lợi thế triển khai mở, linh hoạt và chi phí thấp của LoRaWAN. Người dùng có thể tự thiết lập một mạng riêng mà không cần sự trợ giúp của nhà cung cấp dịch vụ mạng, do đó, dữ liệu có thể được truyền trực tiếp thay vì theo đường vòng (tức là đến trạm gốc của nhà cung cấp dịch vụ trước khi trở lại người dùng). Do đó, người dùng tiết kiệm phí truyền thông trong khi vẫn có được sự bảo vệ cần thiết về tính bảo mật dữ liệu.
Hơn nữa, WISE-2410 chạy bằng pin và tiêu thụ điện năng cực kỳ thấp — chỉ cần hai pin Li-SOCl2 3,6V là có thể sử dụng trong hai năm. Không cần kết nối nguồn bên ngoài và không phải thay pin thường xuyên nên việc sử dụng rất thuận tiện. WISE-2410 có kích thước nhỏ gọn (84,7 x 48,3 mm) và ba lựa chọn gắn kết là đinh tán, chất kết dính và nam châm, cung cấp các tùy chọn cài đặt linh hoạt dựa trên điều kiện tại địa điểm.
Phạm vi nhiệt độ rộng (-20°C ~ 85°C) và vỏ chống thấm nước và chống bụi được chứng nhận IP-66 cũng giúp WISE-2410 trở thành sản phẩm lý tưởng để thu thập dữ liệu ngoài trời. WISE-6610 là một gateway IoT LoRaWAN hiệu suất cao cung cấp kết nối đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp. Vì nó hỗ trợ giao thức Modbus thường được sử dụng trong các nhà máy, nó đáp ứng yêu cầu của nhà máy wafer về việc truyền dữ liệu hiệu quả và đáng tin cậy đến hệ thống điều khiển giám sát trung tâm. Một lợi ích khác là WISE-6610 có thể kết nối với tối đa 500 thiết bị WISE-2410, điều này giúp khách hàng có thể mở rộng phạm vi giám sát tự động khi cần thiết, trong khi vẫn duy trì nền tảng phần cứng hiện có.
Triển khai dự án
WISE-2410: LoRaWAN Smart Vibration Sensor WISE-6610 LoRaWAN IoT Gateway
WISE-6610: LoRaWAN IoT Gateway
Kết luận
Hệ thống xử lý chất thải công nghiệp rất cần thiết cho các nhà máy công nghệ cao. Các phương pháp kiểm tra lao động thủ công bị hạn chế bởi nguồn nhân lực và gây ra các vấn đề nghiêm trọng về sức khỏe và an toàn. Giờ đây, với giải pháp giám sát tự động, việc giám sát xử lý chất thải có thể được thực hiện và giám sát đúng cách mà không cần có người tiến hành kiểm tra tại chỗ.
Giải pháp giám sát tự động dựa trên kết nối mạng LoRaWAN tuân thủ ISO 10816 của Advantech mang lại kết quả hoàn toàn chính xác so với kết quả từ viêc kiểm tra thủ công. Khả năng cài đặt đơn giản của nó hỗ trợ triển khai nhanh chóng và các thiết bị mở rộng có thể được thêm vào bất kỳ lúc nào khi nhu cầu của nhà máy thay đổi. Tốc độ chất lượng truyền dẫn đánh bại Wi-Fi và Bluetooth với khả năng phủ sóng, thâm nhập và chống nhiễu tốt hơn.
Giải pháp của Advantech đã tạo ra kết quả tuyệt vời, vì vậy ngoài hệ thống xử lý chất thải, nhà sản xuất tấm wafer có kế hoạch áp dụng nó trên các cơ sở nhà máy khác (chẳng hạn như giám sát hệ thống điều hòa không khí của họ). Các tính năng này chứng minh rõ ràng rằng Advantech WISE-2410 và WISE-6610 thực sự là một giải pháp tiết kiệm thời gian, tiết kiệm công sức và hiệu quả cho các nhà sản xuất công nghiệp.
/WISE-2410_04-_B20191226121551.jpg)