摘要: 本文主要介紹臺達(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)合臺達(dá)HMI、PLC、和伺服及變頻器等自動化產(chǎn)品，操作界面友好簡單，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的技術(shù)升級與高效節(jié)能，體現(xiàn)出臺達(dá)自動化產(chǎn)品較高的性價(jià)比，系統(tǒng)運(yùn)行證明：臺達(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
1 前言
隨著國家對節(jié)能減排的要求越來越嚴(yán)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(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(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(dá)的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自動化產(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達(dá)產(chǎn)品，包括PLC，
觸摸屏，變頻器，伺服，及臺達(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(jìn)行送料，首先工作臺帶動坯料快速靠近鋸帶，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。
對于客戶的工藝要求，我們在選型中，有三點(diǎn)要特別考慮：
（1） 動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能力；
（2） 作臺進(jìn)給是由
伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠，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：
圖3 系統(tǒng)的控制框圖
主控部分采用臺達(dá)最新推出的ES2 PLC，該系列PLC是臺達(dá)最新型小型PLC，具有2路100K脈沖頻率輸出功能，利用臺達(dá)運(yùn)動控制指令控制臺達(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)動指令—包括閉回路控制(DCLLM)、對標(biāo)(Mark)、遮蔽(Mask)、立即變速度(DVSPO, DICF)(內(nèi)含自動加減速)
·最多可達(dá)8個單相(2個100kHz、6個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、停止等用于臺達(dá)變頻器。
顯示部分為7寸臺達(dá)觸摸屏B07S201，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。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(fù)載回灌的能量對變頻器的沖擊。
送料機(jī)構(gòu)均采用直線導(dǎo)軌加滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，由臺達(dá)AB系列1.5KW
伺服電機(jī)驅(qū)動，臺達(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
本文介紹了臺達(dá)自動化產(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，最終客戶也對此設(shè)備十分滿意。
綜上，整個方案實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的技術(shù)升級與高效節(jié)能，體現(xiàn)出臺達(dá)自動化產(chǎn)品較高的性價(jià)比，值得業(yè)界同行借鑒和推廣。
