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1 前言
隨著中國(guó)光伏電池產(chǎn)量的高速增長(zhǎng)，晶體硅的的生產(chǎn)及其加工設(shè)備也得到了迅猛發(fā)展。晶體硅的生產(chǎn)和加工工藝主要：生長(zhǎng)，切斷，外徑滾磨，平邊，切片，倒角，研磨，等等。其中切斷的目的是切除單晶硅棒的頭部、尾部及超出客戶規(guī)格的部分，將單晶硅棒分成切片設(shè)備可以處理的長(zhǎng)度。臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品在單晶硅生產(chǎn)及其加工設(shè)備領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文以單晶硅棒切割機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為基礎(chǔ)并結(jié)合臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品，對(duì)切斷機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。
2 晶體切斷機(jī)介紹
該設(shè)備為晶體切斷專(zhuān)用設(shè)備，適用于單晶硅棒和多晶硅棒坯料去頭尾、切段等工作。其主要工藝流程為：調(diào)整鋸條張力，夾緊棒料，設(shè)定切割參數(shù)，啟動(dòng)鋸條，手輪推進(jìn)，自動(dòng)推進(jìn)，切割完畢。其中在自動(dòng)切割狀態(tài)下，由于晶體硅棒表皮較硬材料特性，需采用慢入慢出的切割工藝。速度曲線如圖1。
圖1 速度曲線圖
3 控制構(gòu)架
根據(jù)上述控制工藝，系統(tǒng)控制主要電氣元件如表1。
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序號(hào)
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產(chǎn)品名稱(chēng)
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產(chǎn)品型號(hào)與參數(shù)
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單位
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數(shù)量
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1
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PLC主機(jī)
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DVP20EH00T2(12入/8出)
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臺(tái)
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1
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2
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模擬單元
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DVP06XA-H2（4入/2出）
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只
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1
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3
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單軸定位
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DVP01PU-H2
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只
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2
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4
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1KW伺服
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驅(qū)動(dòng)器+電機(jī)+配件
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套
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2
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5
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人機(jī)界面
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DOP-B10S615
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臺(tái)
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1
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6
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變頻器
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VFD037M43A
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臺(tái)
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1
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表1 系統(tǒng)空竹的主要電氣元件
系統(tǒng)控制如圖2。
圖2 系統(tǒng)控制圖
4 程序說(shuō)明
該方案中程序主要分為以下幾部分：手動(dòng)及手輪操控，自動(dòng)操控，回原點(diǎn)功能，張力控制，故障報(bào)警等。下面就幾個(gè)主要功能進(jìn)行說(shuō)明。
4.1在點(diǎn)動(dòng)畫(huà)面功能
圖3 點(diǎn)動(dòng)畫(huà)面功能界面圖
點(diǎn)“主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定”，用戶可設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速，設(shè)定范圍0～900r/min；“漲緊力顯示”，用戶可根據(jù)此數(shù)值確定張緊力數(shù)值，以便用戶調(diào)整帶鋸條；點(diǎn)擊“進(jìn)”“退”，切斷軸運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)“前”“后”，進(jìn)料軸運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度由“進(jìn)給速度”設(shè)定；“增量方式”以“增量距離”設(shè)定值進(jìn)給，當(dāng)選中“增量方式”時(shí)，各軸的“進(jìn)”“退”“前”“后”，各軸以進(jìn)給速度，按照“增量距離”設(shè)定的距離運(yùn)動(dòng)；“主軸旋轉(zhuǎn)”點(diǎn)“啟”則主軸旋轉(zhuǎn)，“停”則主軸停止。
4.2在手動(dòng)切斷畫(huà)面功能
圖4 手動(dòng)切斷畫(huà)面功能界面
用戶將晶棒安裝好，將機(jī)床各個(gè)軸移動(dòng)到切斷起點(diǎn)；在“切斷距離設(shè)定”中設(shè)定切斷距離，切斷速度在“手動(dòng)參數(shù)”中設(shè)定；點(diǎn)擊“手動(dòng)切斷”，主軸按照“主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定”中的值旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定時(shí)，切斷軸由當(dāng)前點(diǎn)開(kāi)始切斷，進(jìn)料軸不移動(dòng)；點(diǎn)“暫停”，切斷軸進(jìn)給保持，但主軸不停；中途中想終止“手動(dòng)切斷”時(shí)，請(qǐng)先點(diǎn)擊“暫停”，然后點(diǎn)“鋸條退出”有效，點(diǎn)“鋸條退出”，切斷軸后退，鋸條退出時(shí)主軸不停；當(dāng)切斷完成時(shí)請(qǐng)點(diǎn)擊“復(fù)位”，但主軸旋轉(zhuǎn)不停；停止主軸旋轉(zhuǎn)必須點(diǎn)主軸“停”鍵。
4.3手輪畫(huà)面功能
圖5 手輪畫(huà)面功能界面
點(diǎn)“進(jìn)料軸”和“切斷軸”進(jìn)行軸選擇，用戶想移動(dòng)那軸，即選擇那軸；在手輪單位中，用戶可選擇手輪每刻度的單位，單位選擇的越大移動(dòng)速度越快。
4.4自動(dòng)切斷畫(huà)面
圖6 自動(dòng)切斷畫(huà)面
首先在 “自動(dòng)參數(shù)設(shè)定”中設(shè)定好自動(dòng)加工的其它參數(shù)，即可執(zhí)行自動(dòng)切斷加工。點(diǎn)“開(kāi)始”，開(kāi)始執(zhí)行自動(dòng)切斷程序；“暫停”：在自動(dòng)切斷過(guò)程中，中斷加工，用以觀察加工情況，再次點(diǎn)擊“暫停”繼續(xù)執(zhí)行加工程序；“停止”：終斷加工程序，但主軸不停，必須按“主軸停止”主軸方可停止；“單步”：自動(dòng)加工時(shí)選擇單步，即分步執(zhí)行加工程序，加工程序每步執(zhí)行完成后暫停，再點(diǎn)擊“開(kāi)始”執(zhí)行下一步加工程序；“鋸條退出”：與手動(dòng)中的“鋸條退出”功能相同，即點(diǎn)擊“暫停”，再點(diǎn)擊“鋸條退出”鋸條退出；“主軸停止”：主軸停止旋轉(zhuǎn)。
4.5部分PLC 程序
圖7 部分程序圖
5 結(jié)束語(yǔ)
隨著國(guó)家對(duì)清潔能源的大力推廣，光伏產(chǎn)業(yè)必將迅猛發(fā)展，同時(shí)必將帶動(dòng)單晶硅的生產(chǎn)機(jī)加工設(shè)備的發(fā)展。臺(tái)達(dá)機(jī)電將會(huì)依托完整的產(chǎn)品線，提供更加完善的整體控制方案，為該行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。使用臺(tái)達(dá)機(jī)電控制方案的單晶硅切斷機(jī)已經(jīng)投入使用，該系統(tǒng)控制精度高、操作簡(jiǎn)單，提高了其工作效率，得到了工作人員的好評(píng)。
作者簡(jiǎn)介：
劉紅峰，生于1980年12月，畢業(yè)于河北科技大學(xué)，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司北京分公司應(yīng)用工程師。主要工作是熟識(shí)各產(chǎn)品及其應(yīng)用，為客戶提供產(chǎn)品的技術(shù)支持及整體解決方案。
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