中心議題：

•  硅片多線切割機(jī)系統(tǒng)概述
•  硅片多線切割機(jī)系統(tǒng)配置

解決方案：

• 現(xiàn)場總線-DVPCOPM-SL
• 排線控制系統(tǒng)

中國能源需求的急劇增長打破了中國長期以來自給自足的能源供給格局。隨著市場對能源的需求逐漸加大，進(jìn)一步新能源開發(fā)的愿望也愈漸強(qiáng)烈，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)成為了時代需求下的一個新興產(chǎn)業(yè)。

太陽能光伏板組建是一種暴露在陽光下便會產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以硅制成的薄身固體光伏電池組成。硅片是半導(dǎo)體和光伏領(lǐng)域的主要生產(chǎn)材料。硅片多線切割技術(shù)是目前世界上較先進(jìn)的硅片加工技術(shù)，它不同于傳統(tǒng)的刀鋸片、砂輪片等切割方式，也不同于先進(jìn)的激光切割和內(nèi)圓切割，它的原理是通過一根高速運(yùn)動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割刃料對硅棒進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果。在整個過程中，鋼線通過十幾個導(dǎo)線輪的引導(dǎo)，在主線輥上形成一張線網(wǎng)，而待加工工件通過工作臺的下降實(shí)現(xiàn)工件的進(jìn)給。硅片多線切割技術(shù)與其他技術(shù)相比具有效率高、產(chǎn)能高和精度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前采用最廣泛的硅片切割技術(shù)。硅片多線切割機(jī)如圖1所示。

圖1  硅片多線切割機(jī)

1  系統(tǒng)概述

多線切割機(jī)對于控制系統(tǒng)的可靠性，實(shí)時性要求較高，為保證加工質(zhì)量，需要對切割過程中的鋼絲張力進(jìn)行控制。準(zhǔn)確控制張力值，減小張力的波動是多線切割機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對于提高加工質(zhì)量及切割過程中不斷線以及提高設(shè)備的可靠性具有重要意義。

為減小張力的波動，線輪排線的質(zhì)量對其有重要影響。線輪的鋼絲線排布整齊，以及線輪卷徑變化小都能夠提高張力控制精度，減小切割過程中的張力波動；反之，如果線輪的鋼絲線排布不整齊，線輪卷徑變化大則會使切割時張力波動增大，甚至造成鋼絲斷線，設(shè)備不能正常工作。

通過對于多線切割機(jī)工作過程中的線輪布線的研究和縫隙，我們采用了臺達(dá)PLC控制器及臺達(dá)A2伺服組成的布線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對于線輪的排線控制，通過對0.16mm直徑的鋼線進(jìn)行實(shí)際切割，表明其工作穩(wěn)定可靠，排線整齊，鋼絲線張力波動小。已經(jīng)在新研制的300mm多線切割機(jī)中得到應(yīng)用。
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2   系統(tǒng)配置

2.1  ASD-A2-0721-M 控制器
臺達(dá)A2系列高解析智能伺服是臺達(dá)電子憑借多年的伺服研發(fā)經(jīng)驗(yàn)于2009年推出的新一代伺服系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)引入了歐系高端伺服智能化的理念和控制架構(gòu)。大幅提升了產(chǎn)品的性能和應(yīng)用價值。ASD-A2-0721-M控制器如圖2所示。

圖2      ASD-A2- 0721—M 控制器

該款產(chǎn)品主要具備四大特點(diǎn)。第一，20bit高解析編碼器，可以提供1280000ppr的更高定位精度；第二，內(nèi)含CANopen接口，最高速度可以到1Mbps；第三，內(nèi)含伺服By-pass功能，可以實(shí)現(xiàn)命令信號逐級傳遞不衰減，輕松構(gòu)造一主多從的控制架構(gòu)；最后，高響應(yīng)和共振抑制可以滿足各類機(jī)械環(huán)境。

2.2  現(xiàn)場總線-DVPCOPM-SL
采用CANopen現(xiàn)場總線作為通訊介質(zhì)，主要為了實(shí)現(xiàn)多從站大量數(shù)據(jù)高速通信響應(yīng)和提高通訊穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)Modbus通訊協(xié)議比較，CANopen總線通訊協(xié)議有質(zhì)的飛躍，數(shù)據(jù)通訊不再受到Modbus輪詢方式的制約，大大提高了主從站之間的大量數(shù)據(jù)通訊響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

28SV左側(cè)高速并行接口連接CANopen總線主站模塊DVPCOPM-SL，A2伺服通過CANopen總線與28SV主機(jī)的總線接口相連接。SV PLV通過DVPCOPM-SL主站模塊與CANopen網(wǎng)絡(luò)相連，DVPCOPM-SL主站模塊負(fù)責(zé)PLC與總線上其它從站的數(shù)據(jù)交換，DVPCOPM-SL主站模塊負(fù)責(zé)將PLC的數(shù)據(jù)傳送到總線上的從站，同時從總線上各個搜集返回的數(shù)據(jù)，傳回PLC，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

2.3  PLC
28SV提供左側(cè)并列式高速擴(kuò)展，可擴(kuò)充應(yīng)用多樣的網(wǎng)絡(luò)模塊如以太網(wǎng)、DeviceNet、ProfiBus、CANopen以及模擬量、溫度模塊等，以實(shí)現(xiàn)即時控制要求。最多可以連接16臺特殊擴(kuò)展模塊，主機(jī)內(nèi)建200KHZ四軸獨(dú)立脈沖輸出。程序容量16K，指令執(zhí)行速度02.4。

2.4  排線控制系統(tǒng)
線輪驅(qū)動電機(jī)和排線電機(jī)使用臺達(dá)A2伺服控制系統(tǒng)控制ECMA伺服電機(jī)，該伺服系統(tǒng)控制精度高，動態(tài)性能好，可以滿足線輪速度控制和排線機(jī)構(gòu)位置控制的要求。使用臺達(dá)DVP28SV PLC控制器通過CANopen現(xiàn)場總線與A2伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，對伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制并獲取狀態(tài)信息。

DVP28SV PLC控制器通過現(xiàn)場總線每10ms發(fā)送控制數(shù)據(jù)控制A2各伺服電機(jī)的運(yùn)動并讀取各電機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。在多線切割機(jī)工作過程中，通過讀取線輪電機(jī)的編碼器數(shù)據(jù)，獲取線輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，由于線輪的出入線點(diǎn)的位置和轉(zhuǎn)動圈數(shù)滿足函數(shù)關(guān)系，利用PLC控制器計(jì)算，可以完成對于出入點(diǎn)位置的定位。

通過以上分析，可以輸出多線切割機(jī)的收放線輪排線操作步驟：
（1）在多線切割機(jī)工作前，先移動排線機(jī)構(gòu)，將對其準(zhǔn)線輪出入線點(diǎn)的位置；
（2）使用編碼器測量裝置測得線輪出入點(diǎn)的初始位置；
（3）根據(jù)收放線輪的排線情況確定線輪的排線方向；
（4）根據(jù)線輪的初始位置及線輪的排線方向，確定線輪布線時的初始位置。
（5）在多線切割機(jī)工作時，通過對線輪電機(jī)編碼器測得線輪工作時的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，即可以得到多線切割機(jī)工作過程中的出入點(diǎn)位置。控制排線電機(jī)驅(qū)動橫移架臺移動到指定點(diǎn)，不斷跟蹤放線輪的出線點(diǎn)位置，并控制收線輪入線點(diǎn)的位置，使得線輪的排線整齊。

3 結(jié)論

臺達(dá)的PLC及伺服產(chǎn)品在多線切割機(jī)上的應(yīng)用，經(jīng)過長時間的加工實(shí)驗(yàn)表明該方法排線整齊，均勻性好，且控制說法簡單，控制可靠性高，完全滿足多線切割機(jī)高速單向及往復(fù)運(yùn)動的線輪排線，已經(jīng)在多線切割機(jī)上得到了應(yīng)用。