光伏产品在数控多晶硅切断机床中的应用.docxVIP

2011年2月 第392期 应用 t 1.前言 随着国家对节能减排的要求越来越严格，对清洁能源的需 求量也越来越大，太阳能发电(光伏产业)正是清洁能源的代 表。光伏产业因而得到迅猛发展，专家预测太阳能光伏产业在 二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。而 光伏产业的主要原料便是多(单)晶硅。 市场对多晶硅的旺盛需求也带动了太阳能设备制造行业，此行 业用的设备如多晶炉，切断机床，滚圆磨床，端面磨床，及开 槽，切片，倒角等设备也处于供不应求的状态。太阳能行业对 设备的要求：设备生产效率高，稳定可靠，使用方便。 面对日益复杂的要求和相应产生的生产效率问题，本文基于台 达的DVP 系列 PLC 和HMI 及伺服等自动化产品，成功开发实现 了一套数控多晶硅切断机床的控制系统。此控制系统控制核心 部件全套用台达产品，包括PLC, 触摸屏，变频器，伺服，及 台达的开关电源。机器完整外形图(见图1) 2.工艺分析 多晶硅切断机床为多晶硅生产出来后，用于将两端头去掉 或用于多晶硅坯料的锯段成指定长度产品的设备。此设备的 工艺过程分析(见图2) 首先在工作台上用专用夹 具装夹多晶硅坯料工件，然后 调整好锯带张力，之后，启动 锯带(锯带的速度由变频器控 制),然后工作台会根据设好 的工艺参数进行送料，首先工 图1机器完整外形图 作台带动坯料快速靠近锯带， 的工艺参数进行送料，首先工作台带动坯料快速靠近锯 带，然后转为慢速进行边缘切割，速度慢，是由于多晶硅坯 料表皮较硬，速度过快容易损坏锯带；切完表皮后，接着转为 匀速正常切割，此过程要求送料速度极其稳定，这样，切出来 的料表面平整度才好。切到最后，又转为边缘切割，直到把坯 料切断，切断后，工作台快速返回原来的工作原点，等待操作 人员将成品拿下，换上新坯料。 对于客户的工艺要求，我们在选型中，有三点要特别 考虑： 《机床与液压》Machine tool Hydraulics 2011.2 光伏产品在数控多晶硅切断机床中的应用 ·13 · 液压系统控制面板 调整带锯张力 Hydraulic system contorl panel 多晶硅切断机工 多晶硅去两端示意图 Pohyacon outsng steich ? 启动 启动 锯带起动，速度由变频器控制 回零复位 边缘切割 匀速切割 边缘切割 坯料快速接近锯 调整锯带张力 图2 多晶硅切断机床工艺过程分析框图 (1)动锯带的轮子直径较大，设备负载属于恒转矩负载，切 割时线速度较高，还要较快的停车速度，因此需要变频器有较 大的容量和制动能力； (2)作台进给是由伺服电机带动滚珠丝杠，切割时，为了保 证光洁度，进给速度很慢，这就要求伺服低速稳定性能好。 (3)客户要求设备在参数设置后，能精确显示此坯料的加工 时间，并在工作中，实时显示当前状态和切割进度，还要求显 示锯带的实时转速。 3.系统方案 3.1 电气配置清单： 根据以上工艺要求，我们为客户配置的系统硬件配置如下： (1)PLC: DVP40ES200T*1 (2)人机界面： DOP-B07S201 (3)变频器：VFD075B43A+ 制动电阻 (4)开关电源： PMC-024V100W1AA 3.2系统方案图如下： 系统的控制框(见图3) 主控部分采用台达必威体育精装版推出的ES2 PLC,该系列PLC 是 台达必威体育精装版型小型PLC, 具有2路100K脉冲频率输出功能，利用 台达运动控制指令控制台达ASDA-AB 伺服，配合伺服合适的 电子齿轮比，可以达到很高的控制精度。另外， ES2 PLC具 有3个独立通讯口， COM1 为RS232,COM2,COM3 为RS485 界 面，锯带变频器的频率就是ES2 PLC 利用其COM2 口通讯 给的，并且将锯带变频器当前的实时速度读回来，显示在屏上。 触摸屏控 PLC;DVP-ES2 触摸屏 送料何服 ASDA-AB Y0:Pulse Y1:Sign 带锯变频器： VFD-B 运行/停止；外部端子FWD 频率命令； RS485 通讯 图3 系统的控制框图 此外，此PLC 还具有以下特点： ● 16k steps大程序容量、数据存储器10k words ● 基本指令LD最快执行时间0.54μs 最大扩展IO点数—256点输入+16点输出或256点输 出+16点输入 ● 新增多种特殊运动指令一包括闭回路控制(DCLLM)、对 标 (Mark)、 遮蔽(Mask)、 立即变速度(DVSPO, DICF) (内含自动加减速) ● 最多可达8个单相(2个100kHz 、6个10kHz)或4组AB相高 速输入 ● 提供2点100kHz与2点10kHz高速输出 ● 具有3个独立通讯口， COM