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數(shù)控多晶硅切斷機床

發(fā)布時間：2015-01-15 00:00:00

1 前言

　　隨著國家對節(jié)能減排的要求越來越嚴格，對清潔能源的需求量也越來越大，太陽能發(fā)電（光伏產業(yè)）正是清潔能源的代表。光伏產業(yè)因而得到迅猛發(fā)展，專家預測太陽能光伏產業(yè)在二十一世紀前半期將超過核電成為較重要的基礎能源之一。而光伏產業(yè)的主要原料便是多（單）晶硅。

　　市場對多晶硅的旺盛需求也帶動了太陽能設備制造行業(yè)，此行業(yè)用的設備如多晶爐，切斷機床，滾圓磨床，端面磨床，及開槽，切片，倒角等設備也處于供不應求的狀態(tài)。太陽能行業(yè)對設備的要求：設備生產效率高，穩(wěn)定可靠，使用方便。

　　面對日益復雜的要求和相應產生的生產效率問題，本文基于臺達的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自動化產品，成功開發(fā)實現(xiàn)了一套數(shù)控多晶硅切斷機床的控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)控制核心部件全套用臺達產品，包括PLC，觸摸屏，變頻器，伺服，及臺達的開關電源。機器完整外形圖如圖1所示。

　　　　　　　　　　　　圖1 機器完整外形圖

　　2 工藝分析

　　多晶硅切斷機床為多晶硅生產出來后，用于將兩端頭去掉或用于多晶硅坯料的鋸段成指定長度產品的設備。

此設備的工藝過程分析如圖2所示：
　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　圖2 多晶硅切斷機床工藝過程分析框圖

　　先在工作臺上用專用夾具裝夾多晶硅坯料工件，然后調整好鋸帶張力，之后，啟動鋸帶（鋸帶的速度由變頻器控制），然后工作臺會根據(jù)設好的工藝參數(shù)進行送料，先工作臺帶動坯料快速靠近鋸帶，然后轉為慢速進行邊緣切割，速度慢，是由于多晶硅坯料表皮較硬，速度過快容易損壞鋸帶；切完表皮后，接著轉為勻速正常切割，此過程要求送料速度穩(wěn)定，這樣，切出來的料表面平整度才好。切到較后，又轉為邊緣切割，直到把坯料切斷，切斷后，工作臺快速返回原來的工作原點，等待操作人員將成品拿下，換上新坯料。

　　對于客戶的工藝要求，我們在選型中，有三點要特別考慮：

　　動鋸帶的輪子直徑較大，設備負載屬于恒轉矩負載，切割時線速度較高，還要較快的停車速度，因此需要變頻器有較大的容量和制動能力；

　　作臺進給是由伺服電機帶動滾珠絲杠，切割時，為了保證光潔度，進給速度很慢，這就要求伺服低速穩(wěn)定性能好。

客戶要求設備在參數(shù)設置后，能精確顯示此坯料的加工時間，并在工作中，實時顯示當前狀態(tài)和切割進度，還要求顯示鋸帶的實時轉速。

　　3 系統(tǒng)方案

　　3.1 電氣配置清單：

　　根據(jù)以上工藝要求，我們?yōu)榭蛻襞渲玫南到y(tǒng)硬件配置如下：

　　PLC: DVP40ES200T*1

　　人機界面： DOP-AE10THTD1

　　變頻器: VFD075B43A+制動電阻

　　開關電源：PMC-024V100W1AA

　　3.2 系統(tǒng)方案圖如下：

　　系統(tǒng)的控制框圖如圖3所示：

　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　圖3 系統(tǒng)的控制框圖

　　主控部分采用臺達較新推出的ES2 PLC，該系列PLC是臺達較新型小型PLC，具有2路100K脈沖頻率輸出功能，利用臺達運動控制指令控制臺達ASDA-AB伺服，配合伺服合適的電子齒輪比，可以達到很高的控制精度。另外， ES2 PLC具有3個獨立通訊口，COM1為RS232, COM2,COM3為RS485界面，鋸帶變頻器的頻率就是ES2 PLC 利用其COM2口通訊給的，并且將鋸帶變頻器當前的實時速度讀回來，顯示在屏上。

　　此外，此PLC還具有以下特點：

　　16k steps大程序容量、數(shù)據(jù)存儲器10k words

　　基本指令LD較快執(zhí)行時間0.54μs

　　較大擴展IO點數(shù)—256點輸入+16點輸出或 256點輸出+16點輸入

　　新增多種特殊運動指令—包括閉回路控制(DCLLM)、對標(Mark)、遮蔽(Mask)、立即變速度(DVSPO, DICF)(內含自動加減速)

　　較多可達8個單相(2個100kHz、6個10kHz)或4組AB相高速輸入

　　提供2點100kHz與2點10kHz高速輸出

　　具有3個獨立通訊口，COM1為RS232, COM2,COM3為RS485界面。具有變頻器便利指令：包括正反轉運行、停止等用于臺達變頻器。

　　顯示部分為10寸臺達觸摸屏AE10THTD1，此型號屏采用LED背光，畫面清晰亮麗，對比度高，并且能耗小，使用壽命長。

　　3.3 上位機畫面說明：

　　先在參數(shù)頁設置好相關行程參數(shù)，如行程次數(shù)，距離和速度，較低速度可達6um/sec。此處如圖4所示：

　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　圖4 參數(shù)頁設置畫面

　　參數(shù)設置好手，將設備點動到合適位置，進入運行畫面（如下圖），設備就可正常工作了。此處如圖5所示：

　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5 系統(tǒng)運行畫面

　　鋸帶選用的是臺達通過型矢量變頻器VFD-B系列460V，7.5KW機種，此款變頻器啟動力矩大，低速性能好，加配了制動電阻后（要將06-00參數(shù)設定為0），可快速停車，并能減少外部電網或負載回灌的能量對變頻器的沖擊。

　　送料機構均采用直線導軌加滾珠絲桿結構，由臺達B2系列1.5KW伺服電機驅動，臺達伺服具有PDFF控制構架，可在保證快速響應的同時，防止過沖，并且低速時速度平穩(wěn)。

　　4 結束語

　　我公司開發(fā)的數(shù)控多晶硅切斷機床控制系統(tǒng)，整套方案提供了較為優(yōu)異的控制性能及安全性，系統(tǒng)在提高準確控制的同時，也可提供校正及完善的報警自診斷功能。設備廠對我公司的開發(fā)能力十分滿意，覺得開發(fā)速度快，能貼近客戶需求，并且產品性價比優(yōu)異，性能也穩(wěn)定可靠，讓客戶放心。