基于Opto 22的MINT生产线在磁盘公司的应用

背景
    Conner Peripherals公司自1986年成立以来, 已成长为一个拥有22亿美元资产的存储设备公司。硬盘驱动器是Conner业务中最大的部分，旗下的Conner硬盘分公司作为其独立的一个商业部门创建于1990年，它为Conner硬盘产品生产磁盘媒介（实际磁盘）并向其它硬盘生产厂商出售磁盘媒介。Conner硬盘分公司是世界第二大磁盘媒体制造商，每个季度生产700多万张磁盘。（在1996年前期，Conner作为一个分公司被Seagate合并。）
　
    在1989年，Conner合并了Domain科技公司，接收了Domain的一个大型介质“喷射”机器，那就是皮塔斯Domain正发展的所谓的MINT（磁性信息技术）设备。那台机器随着Conner于1990年在加利福尼亚的米尔建立它的磁盘分公司起就投入了使用。第一台MINT机器利用Allen-Bradley 5/60 PLCs 的PLC技术、Digitronics Sixnet I/O、伯克利轴向运动控制器以及intellution 操作

表面软件等而建造。
　
    Conner硬盘分公司利用这个系统在头两年生产了1000万张盘片，但是就在Conner需要扩大它的生产能力时，Conner磁盘分公司决定不通过复制原有系统生产它的新设备。因为在一个高技术的环境中PLC及梯形逻辑的应用存在很大的问题。
　
环境
    硬盘驱动器业务是一项世界级的、高科技的、资本密集的、国际化的、竞争非常激烈的、产品生命周期短的的业务。这使得其对制造工艺的要求越来越高，从而使磁盘的容量越来越大，而磁盘的尺寸越来越小。激烈的竞争要求生产厂商必须有生产性能优异产品的动力、要有创新的愿望，以及改进每个部位流程和控制的决心。
　
    从一个制造者的立场来看，磁盘驱动器业务就像其它的制造业务一样，甚至有更多的困难。一般制造业所具有的困难在Conner的生产过程要求中、产品的特征及市场盈利幅度不稳定等因素面前显得更是困难重重。一个不盈利的高技术制造业的运行不只是意味着金钱的损失，它意味着血本无归。硬盘驱动器业务的利润取决于两个因素：成品率和流通时间。
　
    成品率（生产的产品中可用产品的百分数）是很重要的，因为它使回报最大化，一张没有通过检查的磁盘不但意味着资源的浪费，也浪费了宝贵的生产时间。那是制造商生产的最昂贵的产品。成品率也取决于系统可靠性。
　
    在Conner磁盘分公司，溅射机器的停机每小时会给公司带来12000美元的损失，主要是生产损失。流通时间也是很重要的，因为产品的生存周期非常短，而且竞争通常使价格不断降低。
    在高技术制造业当中一个起码的常识就是：一批新产品在发货的当天的价值是其六个月以后发货时的价值的几倍。还有一个常识就是：一种产品错过3个月的引导期可能使公司损失四分之一的业务。
    在生产当中，改进制造工艺、使其正常运转、协调好生产使其尽可能在最少的生产时间里使成品率最大化。Opto 22 在这些方面帮助了Conner。

问题
    在操作自动化方面，就是要通过对重要过程的严格控制，使其在最短的时间里生产最多的成品。Conner需要一个能够适应高技术制造环境的灵活的、功能强大的控制系统。PLCs以及梯形逻辑控制不够灵活，功能不够强大，过于简单从而不能充分满足Conner的需求。
　
    在高技术制造业，Conner Peripheral公司的Lindsey Eastburn说：“游戏的名称就是变化。” 
　
     Conner不断努力使其系统运行在最佳状态，MINT1 溅射机器的最大问题就是其复杂性。PLC系统按梯形逻辑编程，从而使得软件的改变困难并且很耗时。Eastburn补充说：“梯形逻辑是一个主要的限制。”
 
     梯形逻辑的困难体现在几个方面：它不仅编程麻烦，而且维护困难，在程序编写之后也不易理解；技术资料不足（复杂系统所具有的通用问题），梯形逻辑在程序逻辑以及控制系统流程上趋向于混淆而不是明确。例如，Conner发现程序的部分改变可能使整个程序不能用了，但是对基于梯形逻辑的程序语言，这并不显而易见，所以不必要的代码就不能被发现。
   &n

bsp; Eastburn回想起说：“我花费了大量的时间整理遗留代码，但最终许多代码不再使用，从一张基于语言的流程图你就能够发现。”
      梯形逻辑另一个实际的问题就是PLC控制系统不能很好的集成，它必须独立而且很难它与工厂其它部分兼容或者通过工厂其它部分与它兼容，而这些恰恰是高技术制造公司需要考虑的问题。
    整个控制系统并不是模块化的，其可扩充性也就受到了限制。因为Conner的工程师们认识到尽管MINT不但尺寸大而且复杂，这是一个很大的障碍，但是必须做几个与之相同的复制品以延伸生产线。
    Eastburn说：“因为运行在一个长长设备上的大部分的东西是一样的甚至完全一样的，所以如果我们能够克服它（困难），我觉得我们的应用并不是太复杂。”
    如果按上面所说的去做，控制系统的操作、更新以及维护费用太高了。
    Eastburn开始了为控制系统研制新的机器的研究，并阐述了其对硬件和软件的要求。令人感兴趣的是，并没有要求替代梯形逻辑，为了使其更容易的进行研究，Eastburn对这个充满竞争的控制系统客观地进行了打分：“对每一个类目我都进行了对比并打分，Opto 22得分最高。”
 
    当Eastburn完成他的研究后，Opto 22就取代了梯形逻辑。
    喷涂过程开始是用一种变形操作在引入的盘坯上产生一个连续的表面，接着用两步清洗法消除缺陷和空隙，然后再次喷涂——磁盘介质生产工艺的核心。
　
    现代硬盘是通过在有织纹的、干净的盘坯上喷涂一层材料而制成的，镀铬层、磁性材料层和碳层在真空炉中连续的喷涂在盘坯上，在每个盘坯上统一镀上一层并且厚度合适是至关重要的。层面不平或层面太薄、太厚就意味着盘坯的报废，从而导致成品率的降低。另外，喷涂在磁盘的表层必须在材料硬度、颗粒结构以及磁性特征上达到严格的标准。
　
    控制喷涂过程就是就是精确的控制真空度、炉温、电极、静电压以及其它一些参数。所有这些因素以及这些因素之间的相互作用影响着在盘坯上的喷涂，控制越严，校正起来就越快，喷涂层的控制就越精确。
  喷涂结束后，在盘坯的表层涂上润滑剂并进行测试，然后再送到生产线安装在磁盘驱动器上。
　
解决方案
　
    Conner磁盘分公司采取了一种基于Opto 22的硬件和软件解决方案。系统积分程序IDAC通过利用Opto 22控制软件设计控制程序层，并利用Opto 22的MMI制造表面操作屏。Opto 22的基于设计的流程图使得Conner磁盘分公司的工程师们更容易学习，因为基于语言的流程图是多任务、可继承的，这样Conner就能够将项目分给多个工程师去完成，从而为软件开发节省了宝贵的时间。
  
    在Conner使得它的MINT机器正常运转时，虽然Opto 22的新32位软件版本不能应用，但它们将使得这些工作更容易实现，因为它们操作起来更灵活、功能更强大。
  
    最终的MINT II系统是一台66英尺长的机器，由8台Opto 22基本控制器构成并共同运行。每一台控制器平均控制60个数字输入输出信号以及16个模拟输入输出信号。处理器与Opto 22的积分块相联系，每一个处理器通过其微处理器（主板）为系统提供分散的局部信息。Brick伺服控制电动机控制着传输装置的运行、通过近位感应传感器辨别产品的位置、控制电源的供给、监视过程条件。
  
    该系统成功的部分秘密在于，每一个Brick包含着一个Opto 22主板。它们可以完成，象PID控制回路、计算、模拟报警以及热偶线性化等工作，而且没有主动控制器的影响。它减少了联网的时间，加速了处理的速度。
　 
    Opto 22控制器是与局域网联系在一起的，高速的RS-485通讯协议能实现与控制器的高速通信，也直接控制着系统的其它几个部分，包括Granville-Phillips真空计量器以及Eurotherm换热器。Conner能够通过Opto 22控制语言实现用现代编程方法节省时间，能够很好的升级、维护软件。Eastburn解释说：“我们写的许多软件中，大部分
























的代码并没必要改变。假设我们的工艺过程有80张流程图，如果我们确实要改变工艺中的一些东西的话，最多可能也就不到10张需要改变。”
　
    “我们按这些方法写的流程图都是通用的，这张流程图将每一个炉室联系起来，按照一定的逻辑处理所有可能的炉室及设备布局，也不排除用一个变量达到目的。一般地，我们可以不改变代码而实现系统的预组态。”操作者利用MMI改变合适的变量，而不是通过改变代码实现对工艺过程的改变。虽然在MMI屏幕上能显示出来，但这实际上是控制语言而不是MMI的功能。这也是为什么Opto 22认识到控制语言集成的至关重要性，并将其作为MMI为客户提供有效控制软件解决工具的原因。另一个重要的进步就是把一些低水平的功能，象炉室口的连锁装置用独立的流程图描述出来。Eastburn说：“许多代码并没必要接触，所以在你终止一些高水平的流程图时，它们中的许多功能是低于其水平的。这样，可以更好的在高水平的功能上作一些改变而不会使系统变得不安全。”
    Opto 22控制语言是很容易学习的，尤其对那些接触过流程图的人更是容易掌握。Eastburn举了Conner公司一个掌握该语言程序员的例子。
他说：“他坐在书桌旁学了一整夜，第二天就能画出图纸了。”
　
结论
    第一批两台新的MINTs，MINT II与基于PLC的MINT相比，前者有了进步，做同一个项目，前者只须运行9个月，而后者要花15个月。第二批新的MINT，MINT III更进了一步，只需运行3个月即可完成任务，它有些基于代码的流程图与MINT II是相同的，这些功能用基于PLC的梯形逻辑代码是不可能实现的。
 
    “新的第一代设备大概需花9个月，而最初的设备要花15个月，第二代设备只要3个月，所以我们的发展周期总共可以节省9个月。” 
    按照Eastburn所说的这样，当第一代机器超负荷运转时，Opto 22控制系统可以使其得到补偿。简单的对Opto 22进行改进可以节省大量的时间。
    Eastburn指出：“停工4个小时就意味着70000美元的损失，而按这些速率对这个控制系统的损失进行补偿花费不到4个小时。”
    在MINT II运行的第一个月，就打破了Conner磁盘分公司以前的生产记录，而基于PLC的MINT I要打破这个记录需要5年的时间，Opto 22控制系统对以前的损失进行了连续的补偿。
    Conner磁盘分公司的米尔皮塔斯工厂现在提供了Conner公司90％的磁盘介质需求，比以前的40％有了上升，是美国最大的磁盘介质生长工厂。
    同时，Conner磁盘分公司在它的新加坡的新厂新增了3条以上的基于Opto 22控制系统的MINT生产线，并且很快投入了运行。就如Eastburn所说，这些新机器所需的基本软件是美国现有的软件克隆，并按照需求作了一些修改。
    Eastburn说：“我们有比硬件更好的软件，在我们将货发到国外以前，几乎不需要去调试它们。”他补充说，在新加坡训练我们的工程师掌握Opto 22的硬件和软件是很容易的一件事。
    “我们让工程师们坐着听我们解释这个系统如何运转。基本上我们集中介绍与工艺有关的10％的软件。我们告诉他们最终他们可能进入并不一定要进入的低水平发展阶段，就象我们利用操作系统只是集中在应用而不是BIOS程序。