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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(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,專家預(yù)測太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在二十一世紀前半期將超過核電成為較重要的基礎(chǔ)能源之一。而光伏產(chǎn)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(shè)備制造行業(yè),此行業(yè)用的設(shè)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(shè)備也處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。太陽能行業(yè)對設(shè)備的要求:設(shè)備生產(chǎn)效率高,穩(wěn)定可靠,使用方便。

  面對日益復(fù)雜的要求和相應(yīng)產(chǎn)生的生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品,包括PLC,觸摸屏,變頻器,伺服,及臺達的開關(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(chǎn)品的設(shè)備。

此設(shè)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(diào)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(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)備負載屬于恒轉(zhuǎn)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(shè)備在參數(shù)設(shè)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(zhuǎn)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(guān)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(nèi)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(zhuǎn)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(shè)置好相關(guān)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(shè)置畫面

  參數(shù)設(shè)置好手,將設(shè)備點動到合適位置,進入運行畫面(如下圖),設(shè)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(shè)定為0),可快速停車,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(gòu)均采用直線導軌加滾珠絲桿結(jié)構(gòu),由臺達B2系列1.5KW伺服電機驅(qū)動,臺達伺服具有PDFF控制構(gòu)架,可在保證快速響應(yīng)的同時,防止過沖,并且低速時速度平穩(wěn)。

  4 結(jié)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(shè)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(chǎn)品性價比優(yōu)異,性能也穩(wěn)定可靠,讓客戶放心。

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