1  前言

隨著中國光伏電池產(chǎn)量的高速增長，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，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)備可以處理的長度。臺達(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)合臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品，對切斷機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施進(jìn)行了簡要介紹。

2  晶體切斷機(jī)介紹

該設(shè)備為晶體切斷專用設(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)，啟動鋸條，手輪推進(jìn)，自動推進(jìn)，切割完畢。其中在自動切割狀態(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。

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  程序說明

該方案中程序主要分為以下幾部分：手動及手輪操控，自動操控，回原點(diǎn)功能，張力控制，故障報警等。下面就幾個主要功能進(jìn)行說明。

4.1在點(diǎn)動畫面功能

圖3 點(diǎn)動畫面功能界面圖

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，點(diǎn)“前”“后”，進(jìn)料軸運(yùn)動，其運(yùn)動速度由“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，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；“主軸旋轉(zhuǎn)”點(diǎn)“啟”則主軸旋轉(zhuǎn)，“停”則主軸停止。

4.2在手動切斷畫面功能

圖4 手動切斷畫面功能界面

用戶將晶棒安裝好，將機(jī)床各個軸移動到切斷起點(diǎn)；在“切斷距離設(shè)定”中設(shè)定切斷距離，切斷速度在“手動參數(shù)”中設(shè)定；點(diǎn)擊“手動切斷”，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，切斷軸由當(dāng)前點(diǎn)開始切斷，進(jìn)料軸不移動；點(diǎn)“暫停”，切斷軸進(jìn)給保持，但主軸不停；中途中想終止“手動切斷”時，請先點(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，鋸條退出時主軸不停；當(dāng)切斷完成時請點(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手輪畫面功能

圖5 手輪畫面功能界面

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速度越快。

4.4自動切斷畫面

圖6 自動切斷畫面

首先在 “自動參數(shù)設(shè)定”中設(shè)定好自動加工的其它參數(shù)，即可執(zhí)行自動切斷加工。點(diǎn)“開始”，開始執(zhí)行自動切斷程序；“暫停”：在自動切斷過程中，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”：自動加工時選擇單步，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“開始”執(zhí)行下一步加工程序；“鋸條退出”：與手動中的“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

隨著國家對清潔能源的大力推廣，光伏產(chǎn)業(yè)必將迅猛發(fā)展，同時必將帶動單晶硅的生產(chǎn)機(jī)加工設(shè)備的發(fā)展。臺達(dá)機(jī)電將會依托完整的產(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、操作簡單，提高了其工作效率，得到了工作人員的好評。

作者簡介：

劉紅峰，生于1980年12月，畢業(yè)于河北科技大學(xué)，電氣工程及其自動化專業(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。