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(chǎng)總線-DVPCOPM-SL
• 排線控制系統(tǒng)

中國(guó)能源需求的急劇增長(zhǎng)打破了中國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)自給自足的能源供給格局。隨著市場(chǎng)對(duì)能源的需求逐漸加大，進(jìn)一步新能源開(kāi)發(fā)的愿望也愈漸強(qiáng)烈，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)成為了時(shí)代需求下的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。

太陽(yáng)能光伏板組建是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)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(guò)一根高速運(yùn)動(dòng)的鋼線帶動(dòng)附著在鋼絲上的切割刃料對(duì)硅棒進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果。在整個(gè)過(guò)程中，鋼線通過(guò)十幾個(gè)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(guò)工作臺(tái)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(duì)于控制系統(tǒng)的可靠性，實(shí)時(shí)性要求較高，為保證加工質(zhì)量，需要對(duì)切割過(guò)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(dòng)是多線切割機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于提高加工質(zhì)量及切割過(guò)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(dòng)，線輪排線的質(zhì)量對(duì)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(guò)程中的張力波動(dòng)；反之，如果線輪的鋼絲線排布不整齊，線輪卷徑變化大則會(huì)使切割時(shí)張力波動(dòng)增大，甚至造成鋼絲斷線，設(shè)備不能正常工作。

通過(guò)對(duì)于多線切割機(jī)工作過(guò)程中的線輪布線的研究和縫隙，我們采用了臺(tái)達(dá)PLC控制器及臺(tái)達(dá)A2伺服組成的布線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于線輪的排線控制，通過(guò)對(duì)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(dòng)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(tái)達(dá)A2系列高解析智能伺服是臺(tái)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(jià)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(hào)逐級(jí)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(chǎng)總線-DVPCOPM-SL
采用CANopen現(xiàn)場(chǎng)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(guò)CANopen總線與28SV主機(jī)的總線接口相連接。SV PLV通過(guò)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(shí)從總線上各個(gè)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(shí)控制要求。最多可以連接16臺(tái)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(dòng)電機(jī)和排線電機(jī)使用臺(tái)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(dòng)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(tái)達(dá)DVP28SV PLC控制器通過(guò)CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線與A2伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，對(duì)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(guò)程中，通過(guò)讀取線輪電機(jī)的編碼器數(shù)據(jù)，獲取線輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，由于線輪的出入線點(diǎn)的位置和轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)于出入點(diǎn)位置的定位。

通過(guò)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(dòng)排線機(jī)構(gòu)，將對(duì)其準(zhǔn)線輪出入線點(diǎn)的位置；
（2）使用編碼器測(cè)量裝置測(cè)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(shí)的初始位置。
（5）在多線切割機(jī)工作時(shí)，通過(guò)對(duì)線輪電機(jī)編碼器測(cè)得線輪工作時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，即可以得到多線切割機(jī)工作過(guò)程中的出入點(diǎn)位置?？刂婆啪€電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫移架臺(tái)移動(dòng)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(tái)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(guò)長(zhǎng)時(shí)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(shuō)法簡(jiǎn)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(dòng)的線輪排線，已經(jīng)在多線切割機(jī)上得到了應(yīng)用。