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      數控多晶硅切斷機床
      發(fā)布時(shí)間:2015-01-15 00:00:00

      1 前言

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

        市場(chǎng)對多晶硅的旺盛需求也帶動(dòng)了太陽(yáng)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(kāi)槽,切片,倒角等設備也處于供不應求的狀態(tài)。太陽(yáng)能行業(yè)對設備的要求:設備生產(chǎn)效率高,穩定可靠,使用方便。

        面對日益復雜的要求和相應產(chǎn)生的生產(chǎn)效率問(wèn)題,本文基于臺達的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自動(dòng)化產(chǎn)品,成功開(kāi)發(fā)實(shí)現了一套數控多晶硅切斷機床的控制系統。此控制系統控制核心部件全套用臺達產(chǎn)品,包括PLC,觸摸屏,變頻器,伺服,及臺達的開(kāi)關(guān)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(chǎn)出來(lái)后,用于將兩端頭去掉或用于多晶硅坯料的鋸段成指定長(cháng)度產(chǎn)品的設備。

      此設備的工藝過(guò)程分析如圖2所示:
                

                 圖2 多晶硅切斷機床工藝過(guò)程分析框圖

        先在工作臺上用專(zhuān)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(dòng)鋸帶(鋸帶的速度由變頻器控制),然后工作臺會(huì )根據設好的工藝參數進(jìn)行送料,先工作臺帶動(dòng)坯料快速靠近鋸帶,然后轉為慢速進(jìn)行邊緣切割,速度慢,是由于多晶硅坯料表皮較硬,速度過(guò)快容易損壞鋸帶;切完表皮后,接著(zhù)轉為勻速正常切割,此過(guò)程要求送料速度穩定,這樣,切出來(lái)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(lái)的工作原點(diǎn),等待操作人員將成品拿下,換上新坯料。

        對于客戶(hù)的工藝要求,我們在選型中,有三點(diǎn)要特別考慮:

        動(dòng)鋸帶的輪子直徑較大,設備負載屬于恒轉矩負載,切割時(shí)線(xiàn)速度較高,還要較快的停車(chē)速度,因此需要變頻器有較大的容量和制動(dòng)能力;

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

      客戶(hù)要求設備在參數設置后,能精確顯示此坯料的加工時(shí)間,并在工作中,實(shí)時(shí)顯示當前狀態(tài)和切割進(jìn)度,還要求顯示鋸帶的實(shí)時(shí)轉速。

        3 系統方案

        3.1 電氣配置清單:

        根據以上工藝要求,我們?yōu)榭蛻?hù)配置的系統硬件配置如下:

        PLC: DVP40ES200T*1

        人機界面: DOP-AE10THTD1

        變頻器: VFD075B43A+制動(dòng)電阻

        開(kāi)關(guān)電源:PMC-024V100W1AA

        3.2 系統方案圖如下:

        系統的控制框圖如圖3所示:

                     
              圖3 系統的控制框圖

        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(dòng)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(gè)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(shí)時(shí)速度讀回來(lái),顯示在屏上。

        此外,此PLC還具有以下特點(diǎn):

        16k steps大程序容量、數據存儲器10k words

        基本指令LD較快執行時(shí)間0.54μs

        較大擴展IO點(diǎn)數—256點(diǎn)輸入+16點(diǎn)輸出 或 256點(diǎn)輸出+16點(diǎn)輸入

        新增多種特殊運動(dòng)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(dòng)加減速)

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

        提供2點(diǎn)100kHz與2點(diǎn)10kHz高速輸出

        具有3個(gè)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(huà)面清晰亮麗,對比度高,并且能耗小,使用壽命長(cháng)。

        3.3 上位機畫(huà)面說(shuō)明:

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

                  
                      圖4 參數頁(yè)設置畫(huà)面

        參數設置好手,將設備點(diǎn)動(dòng)到合適位置,進(jìn)入運行畫(huà)面(如下圖),設備就可正常工作了。此處如圖5所示:

                
                           圖5 系統運行畫(huà)面

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

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

        4 結束語(yǔ)

        我公司開(kāi)發(fā)的數控多晶硅切斷機床控制系統,整套方案提供了較為優(yōu)異的控制性能及安全性,系統在提高準確控制的同時(shí),也可提供校正及完善的報警自診斷功能。設備廠(chǎng)對我公司的開(kāi)發(fā)能力十分滿(mǎn)意,覺(jué)得開(kāi)發(fā)速度快,能貼近客戶(hù)需求,并且產(chǎn)品性?xún)r(jià)比優(yōu)異,性能也穩定可靠,讓客戶(hù)放心。

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