臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在數(shù)控多晶硅切斷機(jī)床中的應(yīng)用

    摘　要: 本文主要介紹臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在數(shù)控多晶硅切斷機(jī)床上的整合應(yīng)用。該控制系統(tǒng)結(jié)　　合臺(tái)達(dá)HMI、PLC、和伺服及變頻器等自動(dòng)化產(chǎn)品，操作界面友好簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的技術(shù)升級(jí)與高效節(jié)能，體現(xiàn)出臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品較高的性價(jià)比，系統(tǒng)運(yùn)行證明：臺(tái)達(dá)產(chǎn)品穩(wěn)定可靠，控制效率高，值得業(yè)界同行借鑒和推廣。

    關(guān)鍵詞： PLC；人機(jī)界面；伺服；控制

    Abstract: This paper mainly introduces the integrated application of Delta 

electromechanical products in numerical control polysilicon cutting machine.The control system 

realizes the equipement’s technology upgrade and high efficiency energy saving based on 

Delta HMI、PLC、servo and tranducer etc.. The operation interface looks friendly and easy.

The application shows the high performance price ratio of Delta automation products.The 

operation practice proves that Delta products can work with good performance and stability 

and easy operation , so it’s worth being widely spread. 

    Key words: PLC; HMI; Servo; Control

    1 前言

    隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán)格，對(duì)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(cè)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在二十一世紀(jì)前半期將超過核電成為最重要的基礎(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(chǎng)對(duì)多晶硅的旺盛需求也帶動(dòng)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(jī)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(duì)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(duì)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(tái)達(dá)的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自動(dòng)化產(chǎn)品，成功開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一套數(shù)控多晶硅切斷機(jī)床的控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)控制核心部件全套用臺(tái)達(dá)產(chǎn)品，包括PLC，觸摸屏，變頻器，伺服，及臺(tái)達(dá)的開關(guān)電源。機(jī)器完整外形圖如圖1所示。

    圖1 機(jī)器完整外形圖

    2 工藝分析

    多晶硅切斷機(jī)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(zhǎng)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(jī)床工藝過程分析框圖

    首先在工作臺(tái)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(dòng)鋸帶（鋸帶的速度由變頻器控制），然后工作臺(tái)會(huì)根據(jù)設(shè)好的工藝參數(shù)進(jìn)行送料，首先工作臺(tái)帶動(dòng)坯料快速靠近鋸帶，然后轉(zhuǎn)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極其穩(wěn)定，這樣，切出來的料表面平整度才好。切到最后，又轉(zhuǎn)為邊緣切割，直到把坯料切斷，切斷后，工作臺(tái)快速返回原來的工作原點(diǎn)，等待操作人員將成品拿下，換上新坯料。

    對(duì)于客戶的工藝要求，我們?cè)谶x型中，有三點(diǎn)要特別考慮：

    （1）動(dòng)鋸帶的輪子直徑較大，設(shè)備負(fù)載屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，切割時(shí)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(dòng)能力；

    （2）作臺(tái)進(jìn)給是由伺服電機(jī)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(wěn)定性能好。

    （3）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(shí)間，并在工作中，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前狀態(tài)和切割進(jìn)度，還要求顯示鋸帶的實(shí)時(shí)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：

    (1)PLC: DVP40ES200T*1

    (2)人機(jī)界面： DOP-B07S201

    (3)變頻器: VFD075B43A+制動(dòng)電阻

    (4)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：

    主控部分采用臺(tái)達(dá)最新推出的ES2 PLC，該系列PLC是臺(tái)達(dá)最新型小型PLC，具有2路100K脈沖頻率輸出功能，利用臺(tái)達(dá)運(yùn)動(dòng)控制指令控制臺(tái)達(dá)ASDA-AB伺服，配合伺服合適的電子齒輪比，可以達(dá)到很高的控制精度。另外， ES2 PLC具有3個(gè)獨(dú)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(dāng)前的實(shí)時(shí)速度讀回來，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(shù)據(jù)存儲(chǔ)器10k words

    基本指令LD最快執(zhí)行時(shí)間0.54μs

    最大擴(kuò)展IO點(diǎn)數(shù)—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(yùn)動(dòng)指令—包括閉回路控制(DCLLM)、對(duì)標(biāo)(Mark)、遮蔽(Mask)、立即變速度(DVSPO, DICF)(內(nèi)含自動(dòng)加減速)

    最多可達(dá)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(dú)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(yùn)行、停止等用于臺(tái)達(dá)變頻器。

    顯示部分為7寸臺(tái)達(dá)觸摸屏B07S201，此型號(hào)屏采用LED背光，畫面清晰亮麗，對(duì)比度高，并且能耗小，使用壽命長(zhǎng)。圖4為顯示屏在設(shè)備上實(shí)際應(yīng)用的效果：

    圖4 顯示屏在設(shè)備上的實(shí)際應(yīng)用效果圖

    3.3 上位機(jī)畫面說明：

    首先在參數(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，最低速度可達(dá)6um/sec。此處如圖5所示：

    圖5 參數(shù)頁設(shè)置畫面

    參數(shù)設(shè)置好手，將設(shè)備點(diǎn)動(dòng)到合適位置，進(jìn)入運(yùn)行畫面（如下圖），設(shè)備就可正常工作了。此處如圖6所示：

    圖6 系統(tǒng)運(yùn)行畫面

    鋸帶選用的是臺(tái)達(dá)通過型矢量變頻器VFD-B系列460V，7.5KW機(jī)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(shù)設(shè)定為0），可快速停車，并能減少外部電網(wǎng)或負(fù)載回灌的能量對(duì)變頻器的沖擊。

    送料機(jī)構(gòu)均采用直線導(dǎo)軌加滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，由臺(tái)達(dá)AB系列1.5KW伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，臺(tái)達(dá)伺服具有PDFF控制構(gòu)架，可在保證快速響應(yīng)的同時(shí)，防止過沖，并且低速時(shí)速度平穩(wěn)。

    4 結(jié)語

    本文介紹了臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品在數(shù)控多晶硅切斷機(jī)床上的整合應(yīng)用，整套方案提供了較為優(yōu)異的控制性能及安全性，同時(shí)系統(tǒng)在提高準(zhǔn)確控制的同時(shí)，也可提供校正及完善的報(bào)警自診斷功能。此設(shè)備今年5月調(diào)試完畢，設(shè)備廠對(duì)中達(dá)的快速OEM開發(fā)能力十分滿意，覺得中達(dá)開發(fā)速度快，能貼近客戶需求，并且產(chǎn)品性價(jià)比優(yōu)異，性能也穩(wěn)定可靠，讓客戶放心。設(shè)備交付最終客戶使用后，最終客戶也對(duì)此設(shè)備十分滿意。

    綜上，整個(gè)方案實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的技術(shù)升級(jí)與高效節(jié)能，體現(xiàn)出臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品較高的性價(jià)比，值得業(yè)界同行借鑒和推廣。

    【參考文獻(xiàn)】

    [1] 臺(tái)達(dá)全系列可編程序控制器，臺(tái)達(dá)內(nèi)部資料 2007

    [2].臺(tái)達(dá)DOP-B人機(jī)界面應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)，臺(tái)達(dá)內(nèi)部資料 2007

    [3].臺(tái)達(dá)VFD-EL變頻器技術(shù)手冊(cè)，臺(tái)達(dá)內(nèi)部資料 2007

    [4] 變頻器在工業(yè)中的選擇與應(yīng)用劉繼黨等 科技信息 2009年第23期

    作者簡(jiǎn)介

    張根軍 男，中達(dá)電通工程師，現(xiàn)從事臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品技術(shù)整合應(yīng)用與研究 ■