單晶硅截?cái)鄼C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

1、青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）青島科技大學(xué)本科設(shè)計(jì)（論文） 單晶硅截?cái)鄼C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1緒論1.1課題研究意義及重要性“切割機(jī)”開始出現(xiàn)類似的研究，在1991, 2013達(dá)到峰值，共有29個(gè)相關(guān) 文件到現(xiàn)在。1991“第七”科研項(xiàng)目割絨技術(shù)研究-TK -鋼筋混凝土管樁切割機(jī) 的開發(fā)和應(yīng)用1型大直徑，通過(guò)在武漢的民族認(rèn)同，這是切割機(jī)的發(fā)展歷程的開 始。切割機(jī)的長(zhǎng)足發(fā)展后，新的機(jī)械和電子產(chǎn)品1994的氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)推進(jìn)劑爆炸切割機(jī)提出了一種自動(dòng)、雙平面、無(wú)屑切割設(shè)備安全新概念。主要用于火箭推進(jìn)劑、 橡膠、塑料、橡膠等行業(yè)在擠壓過(guò)程中的成形。 本發(fā)明產(chǎn)生了顯著的社會(huì)反響和 經(jīng)濟(jì)效益。2013年初開發(fā)的單

2、晶硅截?cái)鄼C(jī)和切割機(jī)發(fā)展到了高峰。這對(duì)太陽(yáng)能 行業(yè)有了推進(jìn)作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展， 對(duì)硅材料需求日益增加，對(duì)硅材 料的切削過(guò)程是同樣也是大大增加。目前，硅片切割的研究方向主要是關(guān)于如何 減少的損失減少，增加削減的規(guī)模和提高切削效率?，F(xiàn)有的硅錠截?cái)啵ò^尾切割，這種設(shè)備主要使用金剛線圓形切割、帶鋸切割方法來(lái)解決硅切割問(wèn)題。外 圓切削方法簡(jiǎn)單，但葉片的剛性差，容易生成橫向搖擺，和切縫大，材料浪費(fèi)。 特別是對(duì)于大尺寸單晶棒或錠的切割，確保剛性葉片必須要具有的大厚度、但是 切縫一旦大起來(lái)，切割產(chǎn)生廢棄物尤為增加，這很不經(jīng)濟(jì)。這個(gè)切割方法已被逐 步淘汰。目前的方法

3、是常用的切割機(jī)。帶鋸切割切割線一個(gè)大問(wèn)題，但是因?yàn)楹蟊∪~片的穩(wěn)定性問(wèn)題。容易偏轉(zhuǎn)或 波形在切割過(guò)程中，浪費(fèi)材料也產(chǎn)生了。只有單一的往復(fù)鋸切，效率低。在國(guó)外， 目前雖然有一些硅錠金剛線切割機(jī)設(shè)備生產(chǎn)的廠家，但是由于機(jī)床設(shè)計(jì)復(fù)雜、笨重，需要耗費(fèi)大量的人力物力，所以設(shè)備的價(jià)格一般具有昂貴的價(jià)格和其他因素， 在國(guó)內(nèi)推廣的范圍和程度都是十分有限的。GX-MBCM-30類型單晶硅截?cái)鄼C(jī)設(shè)備使用金剛線切割硅棒。它是一種處理 技術(shù)來(lái)切斷，切斷硅棒通過(guò)高速往復(fù)金剛線。該設(shè)備主要用于多晶硅材料加工， 并且可以減少切割時(shí)間，這是一個(gè)新穎的，具有可靠的功能，切割效率高，加工精度高的單晶硅截?cái)嗲懈钤O(shè)備。1.3論文的主要

4、工作和安排（1）單晶硅截?cái)鄼C(jī)元件、電氣組裝圖，這包括單晶硅截?cái)鄼C(jī)由哪些部分組成，各部分又起著什么樣的作用，對(duì)單晶硅的切割有著怎樣的影響。（2）單晶硅截?cái)鄼C(jī)安裝、調(diào)試，安裝包括機(jī)械安裝和電氣安裝兩部分，機(jī)械 安裝包含哪些方面，每一個(gè)元器件安裝的順序。電氣安裝包括哪些方面，以級(jí)電 氣安裝的順序。當(dāng)電氣盒機(jī)械安裝都結(jié)束之后便開始進(jìn)行調(diào)試工作，調(diào)試工作的 步驟以及調(diào)試哪些方面。（3）單晶硅截?cái)鄼C(jī)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括元器件的選擇與設(shè)計(jì)、元器件安裝 的位置等等。（4）單晶硅截?cái)鄼C(jī)的軟件設(shè)，包括張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、伺服電機(jī)程序編寫、 張力反饋和調(diào)節(jié)等。2單晶硅截?cái)鄼C(jī)的總體方案設(shè)計(jì)2.1單晶硅截?cái)鄼C(jī)的結(jié)構(gòu)方案根

5、據(jù)硅材料的特點(diǎn)，和硅錠切割過(guò)程的實(shí)現(xiàn)要求，考慮到經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效 率,分析和計(jì)算后，得出最優(yōu)的切割方案。固定的切割機(jī)主要由研磨鉆石網(wǎng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，截?cái)嘟o水系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。 啟動(dòng)機(jī)器之后，金剛線網(wǎng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)驅(qū)動(dòng)固態(tài)結(jié)合磨粒金剛石線高速運(yùn)動(dòng) 截?cái)嘞到y(tǒng)通過(guò)一個(gè)工作表以驅(qū)動(dòng)硅錠，這時(shí)硅錠會(huì)進(jìn)行多線切割，然后被金剛線 切成等距離工件的多個(gè)硅片。線存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)關(guān)閉的最后，控制器的控制系統(tǒng)是在反向操作。工件切削完成自動(dòng)關(guān)閉。2.2基于PLC的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)GX-MBCM-30型截?cái)鄼C(jī)的電氣控制是通過(guò)以 X20CP1484型號(hào)PLC為中心 的系統(tǒng)來(lái)對(duì)單晶硅截?cái)鄼C(jī)的全部 9臺(tái)伺服電機(jī)工作進(jìn)行控制，通過(guò)控

6、制收放線電 機(jī)的速度來(lái)調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)金剛線的張力大小。功能方框圖如圖 2-1所示。圖2-1功能框圖Fig. 2-1 Fun cti onal block diagram收放線電機(jī)組成的張力控制系統(tǒng)包括以下幾個(gè)單元他們的功能分別是：（1）儲(chǔ)絲筒：主要用于存儲(chǔ)的金剛線。金剛線均勻纏繞金剛線線儲(chǔ)存軸，不重 疊,不緊縮。為了避免重疊或擠壓，金剛石顆粒的使用壽命，和線網(wǎng)上的線的直徑 必須小于相鄰兩根線之間的距離，防止金剛線線互相纏繞。同時(shí) ，存儲(chǔ)缸應(yīng)該有 良好的動(dòng)態(tài)平衡，兩端的軸承的軸向位移很小。（2） 線架與導(dǎo)線輪：框架和鋼絲輪架固定導(dǎo)向輪 ，一個(gè)過(guò)渡輪和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 等。調(diào)整相鄰輪小組之間的距離可以得到

7、切斷線架所需的長(zhǎng)度。該指南線精確定位和高速運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。要求材料的耐磨性優(yōu)于高剛度、材料不變形，材料是40 cr和淬火不變形。（3）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)：高速運(yùn)動(dòng)的主傳動(dòng)線與線存儲(chǔ)系統(tǒng)和同步。線框上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安排,驅(qū)動(dòng)輪是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)輪上的線程是絲線纏繞在張力的作用下， 與驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)線程。電動(dòng)機(jī)使用130S204直流伺服電機(jī)。驅(qū)動(dòng)輪直徑 （140）和一根電線儲(chǔ)存缸直徑是一樣的，跟上儲(chǔ)存缸線。驅(qū)動(dòng)輪的表面涂有聚氨酯 涂料,以避免鉆石線切成驅(qū)動(dòng)輪表面，聚氨酯涂料還具有良好的彈性降低對(duì)金剛 線的影響。（4）張緊系統(tǒng)：這條線可以保持一定的張力和可以根據(jù)需要調(diào)整。張緊系統(tǒng) 采用垂直重的錐形，期間保持

8、恒定張力的操作系統(tǒng)。金剛線只能運(yùn)行在一種緊張 的狀態(tài),保持線的張力可以控制在25 30 N。500 1000米/分鐘的運(yùn)行速度（可 調(diào)）。重型圓錐同時(shí)扮演的緊急停止，的下部錐配備了一個(gè)開關(guān)，當(dāng)線壞了，沉重的 錐接觸開關(guān)，切斷電源,機(jī)器停止。3單晶硅截?cái)鄼C(jī)的硬件部分3.1單晶硅截?cái)嗫刂葡到y(tǒng)及電氣元件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)減少給水系統(tǒng)包括刀具，一個(gè)工作平臺(tái)，一個(gè)上部和較低的垂直運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，一 個(gè)入口控制系統(tǒng)等。選擇刀具（鉆石線）：截?cái)喙探Y(jié)磨料金剛石線的工具，選擇從美 國(guó)進(jìn)口的產(chǎn)品（朝美鉆石）,電鍍金剛石線鋸，裸銅絲直徑0.25毫米，鉆石的當(dāng)量直 徑3040微米。電鍍線后直徑 0.33毫米左右。公司的核心根據(jù)

9、特殊技術(shù)要求, 熱處理和預(yù)張力后，抗拉強(qiáng)度超過(guò)180000公斤。第一次電鍍一層銅保護(hù)層，用20 到120鉆石浸漬，使用大電流在其外層鍍，為了堅(jiān)定持有鉆石。微計(jì)數(shù)器是用來(lái) 控制核心周圍的鉆石數(shù)量分布，以確保一致性的鉆石。工作表和上下垂直運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：用于解決硅錠和保持切削過(guò)程的穩(wěn)定。表用于 將工件和硅錠在固定。液壓控制系統(tǒng)可用于給養(yǎng)模式。表的下方提供了一個(gè)液壓 缸和兩個(gè)導(dǎo)柱、液壓缸工作平臺(tái)上下移動(dòng)，切割速度是0.5 1毫米/分鐘。導(dǎo)柱 保持表的準(zhǔn)確性，因此，切割過(guò)程中保持截面的平面度。采用伺服電機(jī)取代重量應(yīng)用張力，優(yōu)點(diǎn)是使用伺服電機(jī)張力應(yīng)用于分析；通 過(guò)張力傳感器測(cè)量線張力大小、伺服電機(jī)的位置決定控

10、制改變張力的大小。 使用 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度和張力的解耦控制。在本文中，我們提出一個(gè)基于相鄰軸誤差的多電機(jī)同步控制的間接張力控制 方法,成功研發(fā)單晶硅截?cái)鄼C(jī)張力控制系統(tǒng)，原型測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證該方法的正確性。3.2主要技術(shù)參數(shù)表表3-1技術(shù)參數(shù)表Table 3-1 technical parameter table1.機(jī)械部分設(shè)備尺寸4800(L)x2400(W)x2500(H)mm設(shè)備重量約 9500kg2.硅錠規(guī)格硅錠最大尺寸156X156X400mm數(shù)量30塊3.切割部分進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作臺(tái)移動(dòng)速度0130mm/min，無(wú)級(jí)可調(diào)工作臺(tái)最大移動(dòng)距離315mm切割絲線速度101

11、5m/s，).1m/s P.S, 無(wú)級(jí)可調(diào)切割絲直徑0 0.42mm切割絲長(zhǎng)度5000m單塊線耗截?cái)嗥骄?m/塊，去頭平均4.5m/塊切割效率平均100分鐘完成一組（30塊）156X156棒料截?cái)嗲懈钇骄?10分鐘完成一組（30塊）156X156棒料去頭切割4.收放線線輥驅(qū)動(dòng)部分電機(jī)類型及性能兩臺(tái)伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，滿足正反轉(zhuǎn)頻繁、平穩(wěn)換向運(yùn)行5.網(wǎng)框部分?jǐn)[動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸安裝的伺服電機(jī)，滿足正反頻繁、平穩(wěn)換向運(yùn)行擺動(dòng)機(jī)構(gòu)高精密、低間隙滾珠絲杠，伺服正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱擺角擺動(dòng)頻率520次/分，可調(diào)擺動(dòng)角度關(guān)于擺軸對(duì)稱，最大 .5 導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩臺(tái)伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，滿足正反轉(zhuǎn)頻繁、平穩(wěn)換向運(yùn)行6.張力控制氣

12、缸驅(qū)動(dòng)SMC低摩阻氣缸及控制閥切割絲張力0 120N張力擺角關(guān)于擺軸對(duì)稱，257.切割質(zhì)量參照用戶驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容8.氣壓氣路元件0.4MPa 0.7MPa軸承反吹0.15MPa ;精度范圍 0.14MPa 0.18MPa氣路過(guò)濾油、水過(guò)濾9.噴淋系統(tǒng)供水箱容量300L，循環(huán)使用水箱液位檢測(cè)液位傳感器，高、低位報(bào)警水泵功率供水泵1.5KW切削液供給量10 (m3/h)切削液供給溫度15C 30C10.廢料回收切削液過(guò)濾循環(huán)使用導(dǎo)出后自然沉積，清液回收繼續(xù)使用廢料收集處理在沉積槽中24小時(shí)自然沉積分離，得初步提存廢料備用切削液補(bǔ)充及更換按照液位報(bào)警及切削液使用要求執(zhí)行11設(shè)備電力負(fù)荷25KVA將

13、上表中的對(duì)應(yīng)功能匯總在圖3-1所示的操作界面中單晶硅截?cái)鄼C(jī)操作茴面排線參敎0.00 mm/m進(jìn)給速度反饋0.00 mm0.00 snele左釉張力反謖開始線切割左箱收左軸進(jìn)緒虛肋打開腳月燈右軸進(jìn)給軸1供水泵啟動(dòng)主軸1進(jìn)給軸2冋歩毎上電主紬2擺動(dòng)軸右排線軻0.00 angle0.00 sngle線切割速慝設(shè)走4.0ms進(jìn)紿龍度設(shè)定4.0nmftTi圖3-1操作畫面Figure 3-1 operati on scree n金剛線的張力控制系統(tǒng)是單晶硅切割機(jī)加工質(zhì)量好壞的關(guān)鍵技術(shù)。為了減少損失的硅材料和多線切通常使用非常好的鉆石r線徑0.12 0.16毫米。如果進(jìn)程金剛線張力太大，這樣會(huì)導(dǎo)致金剛線斷

14、裂。因此，中斷這種情況如果不能及時(shí)處理 將會(huì)導(dǎo)致昂貴的硅棒被損壞；但是金剛線的張力太低會(huì)導(dǎo)致金剛線線的低頻振動(dòng) 影響硅片生產(chǎn)過(guò)程，處理晶片的質(zhì)量較差。3.3單晶硅截?cái)鄼C(jī)機(jī)械安裝單晶硅截?cái)鄼C(jī)的機(jī)械安裝第一步要將地面清理干凈，然后安裝設(shè)備底座在將 其調(diào)整水平安裝固定端起升支撐座組件找正安裝滑動(dòng)導(dǎo)軌、導(dǎo)軌防護(hù)罩及側(cè)壁防 護(hù)板，安裝支撐但愿、絲杠及絲母連接板，安裝起升電機(jī)座、伺服電機(jī)及減速機(jī)， 安裝固定端起升支撐座組件。清理起升太，安裝移動(dòng)臺(tái)限位和圓錐定位器。安裝 自由端起升支撐座組件然后安裝限位開關(guān)。清理切割輪安裝軸之后安裝切割輪，切割輪組件整體做平衡實(shí)驗(yàn)清理線網(wǎng)機(jī) 架，安裝固定端軸承座總成和自由端

15、軸承座總成， 線網(wǎng)機(jī)架上安裝切割輪組件和 過(guò)渡輪組件。清理零件后組裝小導(dǎo)輪組件，安裝過(guò)渡輪組件，安裝線網(wǎng)電機(jī)組件、 安裝兩端傳軸及軸承座組成線網(wǎng)總成。配作安裝上下放水罩，設(shè)備底座上安裝導(dǎo) 軌組件，安裝線網(wǎng)總成，安裝設(shè)備立柱 1、2、3、4,機(jī)架上框，噴淋機(jī)架安裝 橫梁，側(cè)板及頂部吊耳。清理繞線區(qū)，安裝張力區(qū)部分的安裝板，安裝張力控制 裝置包括張力臂、氣缸、導(dǎo)輪等。清理排線組件的零件、絲杠、導(dǎo)軌和伺服電機(jī)，組裝排線組件組裝繞線區(qū)部 分結(jié)構(gòu)，將繞線區(qū)部分組件安裝到設(shè)備底座。 清理繞線軸部分的軸承套，組裝軸 承和中心軸，組裝繞線軸安裝座，將繞線軸安裝座安裝于設(shè)備底座的安裝孔中并 固定，組裝繞線軸部分

16、包括電機(jī)連軸器及收放線線筒，配作安裝排線部分的防護(hù) 罩，安裝軟管組成冷卻系統(tǒng)配作安裝防護(hù)罩、轉(zhuǎn)動(dòng)操控箱及工作燈。清理晶托， 安裝滾輪組件、移動(dòng)臺(tái)限位塊，晶托上表面粘貼橡膠板，安裝晶硅定位、壓緊用 螺柱、圓形大拉手，組裝成移動(dòng)工作臺(tái)，最后裝整機(jī)。3.4單晶硅截?cái)鄼C(jī)電氣安裝單晶硅截?cái)鄼C(jī)的電氣安裝首先要根據(jù)機(jī)器的大小對(duì)電纜進(jìn)行對(duì)應(yīng)的裁剪，裁剪之后打電纜應(yīng)該略大于理論長(zhǎng)度， 之后用刀將電纜剪開，漏出內(nèi)部的電線，再 將電線剪開大約15m m，之后將銅線用接線端子連好，電纜的一端送至控制柜， 另一端送至對(duì)應(yīng)的電氣元件，包括限位器、伺服電機(jī)、控制燈光、顯示屏等等。 按照電氣圖紙將對(duì)應(yīng)的電氣元件連接起來(lái)， 電

17、纜用螺絲固定起來(lái)，整個(gè)走線要求 不纏繞，不重疊。每個(gè)電器元件的位置必須考慮到合理性，實(shí)用性。3.5單晶硅截?cái)鄼C(jī)調(diào)試步驟目前我對(duì)切邊機(jī)進(jìn)行了幾次調(diào)試切割，目前對(duì)控制屏上的功能按鈕有了大致 的了解，對(duì)于調(diào)試這方面我經(jīng)過(guò)這短時(shí)間的研究目前我可以做一些簡(jiǎn)單的調(diào)試工 作，包括對(duì)左右收放線繞線輪繞線的上下限的調(diào)節(jié)、 對(duì)平臺(tái)上升位置的調(diào)節(jié)、正 反切工藝模式的確定、切割配方的預(yù)設(shè)等等。整個(gè)調(diào)試過(guò)程中，繞線是一個(gè)很繁重的任務(wù)，雖然繞線這個(gè)工作又臟又累， 但是對(duì)比于擰螺絲和打孔，我覺(jué)得前者能給我?guī)?lái)更多新的知識(shí)， 讓我不斷地了 解車間單晶硅截?cái)鄼C(jī)工作的每一個(gè)細(xì)節(jié)的工作。 在調(diào)試這臺(tái)切邊機(jī)的過(guò)程中斷線 的原因最開始

18、是因?yàn)樽笈啪€電機(jī)上的導(dǎo)線輪直徑錯(cuò)誤， 右排線電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向錯(cuò) 誤。調(diào)整好之后先小負(fù)載跑了一遍，一共 14 排,每排安裝兩塊硅片。運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題，很順利的完成了切割。后來(lái)在滿載切割時(shí)， 由于負(fù)載變大，阻力變大，導(dǎo)致金剛線上的拉力變大，尤其在加速過(guò)程中對(duì)金剛 線的拉力變得更大，由于金剛線的張力一定，當(dāng)拉力大于線的張力時(shí)，金剛線就 會(huì)斷裂。經(jīng)過(guò)檢查，每次斷線的地點(diǎn)都在左排線電機(jī)前面，這正說(shuō)明是在加速時(shí) 金剛線斷裂的，目前解決的方案有減少切邊機(jī)的運(yùn)載負(fù)荷， 延長(zhǎng)金剛線的加速時(shí) 間。4單晶硅截?cái)鄼C(jī)的軟件編程該設(shè)備主要包括床身切割部分、工作臺(tái)進(jìn)給部分、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等 F面針對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)做

19、一下詳細(xì)的介紹。4.1 PLC主程序設(shè)計(jì)r1開始LJ顯示屏啟動(dòng)度張力反饋值正常進(jìn)給電機(jī)啟動(dòng)結(jié)束伺服電機(jī)工作伺服電機(jī)達(dá)到預(yù)定速開始切割圖4-1主程序流程圖Figure 4-1 Main program flow chart4.2床身切割部分主要包括床身機(jī)架、切割絲、收放線裝置、排線裝置、張力裝置、擺動(dòng)組件、 過(guò)度輪組件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。床身機(jī)架采用全鋼加油漆涂層，防止生銹影響美觀。切割絲采用金剛線，金剛線具有耐磨，抗拉等優(yōu)良性能。收放線裝置采用轉(zhuǎn)輪繞 線和4個(gè)伺服電機(jī)控制，接下來(lái)選取一個(gè)伺服電機(jī)為例寫了軟件編程程序， 程序 如下：PROGRAM_CYCLIC(*cyclicprogram*)IF(g

20、AxisCmd_typ_Mai n1.ErrorlD0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Mai nl.Axis Error=1)AND(Axis_StepState_Error)THENMC_BR_AutControl_Main1.Start:=0 ；MC_BR_AutControl_Main1.Enable:=0 ；gAxisCmd_typ_Mai n1.StopSlave:=0;gAxisCmd_typ_Mai n1.StartSlave:=0;Axis_Step:=State_Error；strcpy(ADR(gAxisAct_typ_Main1.AxisStatus),AD

21、R(Main 1axiserror)；END_IFEND_IF繞線輪將纏繞在放線電機(jī)上的金剛線由繞線室引到切割室。 在穿過(guò)切割架上 的每個(gè)切割輪，最后在返回到繞線室的收線輪上。排線裝置采用導(dǎo)軌或者截?cái)鄼C(jī) 內(nèi)部鋼架進(jìn)行排線，保證在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)對(duì)電纜造成磨損。 網(wǎng)框部分?jǐn)[動(dòng)電機(jī) 采用轉(zhuǎn)軸安裝的伺服電機(jī)，擺動(dòng)電機(jī)的軟件編程如下：PROGRAM_CYCLIC(*cyclicprogram*)IF(gAxisCmd_typ_Mai n2.ErrorlD0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Mai n2.AxisError=1)AND(Axis_StepState_Error)THENMC_B

22、R_AutC on trol_Mai n2.Start:=0;MC_BR_AutC on trol_Mai n2.E nable:=0;gAxisCmd_typ_Mai n2.StopSlave:=0;gAxisCmd_typ_Mai n2.StartSlave:=0;Axis_Step:=State_Error;strcpy(ADR(gAxisAct_typ_Ma in 2.AxisStatus),ADR(Mai n2axiserror);END_IFEND_IF滿足正反頻繁、平穩(wěn)換向運(yùn)行擺動(dòng)機(jī)構(gòu)具有高精密、低間隙滾珠絲杠，伺服正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱擺角擺動(dòng)頻率520次/分,可調(diào)擺動(dòng)角度關(guān)于擺軸對(duì)稱

23、,最大.5 導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的兩臺(tái)伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，滿足正反轉(zhuǎn)頻繁、平穩(wěn)換向運(yùn)行張力裝 置采用壓力反饋控制，當(dāng)金剛線在切割過(guò)程中時(shí)，如果線的張力大于設(shè)定的某個(gè) 單晶硅截?cái)鄼C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) #單晶硅截?cái)鄼C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)青島科技大學(xué)本科設(shè)計(jì)(論文) 數(shù)值時(shí)，張力反饋就會(huì)將線的張力跟給定值進(jìn)行對(duì)比， 如果張力大于給定值，此 時(shí)伺服控制器就會(huì)發(fā)出信號(hào)給放線電機(jī)， 放線電機(jī)加速放線，直到張力與給定值 相同才停止加速。反之，如果線的張力小于給定值，伺服控制器就會(huì)給收線電機(jī) 發(fā)出信號(hào)，使其加速收線，直到平衡為止。圖4-1 PLC控制梯形圖Figure 4-1 PLC ladder

24、diagram擺動(dòng)組件有2臺(tái)伺服擺動(dòng)電機(jī)控制，當(dāng)截?cái)鄼C(jī)在工作時(shí)，金剛線切割時(shí)是左 右擺動(dòng)切割的，2臺(tái)擺動(dòng)電機(jī)按照給定的角度和頻率擺動(dòng)， 保證在切割的穩(wěn)定性。 這樣切出來(lái)的硅片斷面光潔，沒(méi)有線痕。4.3工作臺(tái)進(jìn)給部分主要包括進(jìn)給機(jī)架、直線導(dǎo)軌、滾珠絲桿、伺服電機(jī)等。單晶硅固定到晶托 上需要在儀器外完成，晶托下面有一連串的滾珠絲桿，晶托下面的滾珠絲桿在導(dǎo) 軌上運(yùn)行安裝到進(jìn)給機(jī)架上。進(jìn)給機(jī)架由進(jìn)給伺服電機(jī)控制，按照設(shè)定的速度馱 著晶托上升，使單晶硅慢慢靠近金剛線，通過(guò)金剛線與單晶硅的往復(fù)摩擦完成切 割。進(jìn)給電機(jī)的軟件編程如下：PROGRAM_CYCLIC(*cyclicprogram*)IF(gAx

25、isCmd_typ_Feed1.ErrorlD0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Feed1. AxisError=1)AND(Axis_Step156棒料去頭切割。4.4控制系統(tǒng)本設(shè)備控制系統(tǒng)采用PLC控制伺服控制器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)主要功 能，人機(jī)界面采用可視化觸摸屏，可通過(guò)觸摸屏監(jiān)控各個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)、更改系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作等。4.5冷卻系統(tǒng)獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，提供切割絲工作需要的冷卻、沖刷需求，供液箱可獨(dú)立移 動(dòng)，更換切削液簡(jiǎn)單方便。供液箱上安裝一臺(tái)抽水機(jī)，將箱內(nèi)的水運(yùn)送到儀器頂 部完成噴淋洗刷。.噴淋系統(tǒng)供水箱容量為300L,循環(huán)使用水箱液位檢測(cè)，液位傳 感器，

26、高、低位報(bào)警水泵功率，供水泵1.5KW切削液供給量10(m3/h)。切削液供 給溫度為15C 30C。廢料回收體統(tǒng)使用的切削液科技經(jīng)過(guò)過(guò)濾循環(huán)使用，導(dǎo)出 后自然沉積，清液回收繼續(xù)使廢料收集處理。在沉積槽中24小時(shí)自然沉積分離， 得到初步提存廢料備用切削液補(bǔ)充及更換，按照液位報(bào)警及切削液使用要求執(zhí) 行。青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）青島科技大學(xué)本科設(shè)計(jì)（論文） 單晶硅截?cái)鄼C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(5-2) 5單晶硅截?cái)鄼C(jī)走線系統(tǒng)的張力控制5.1單晶硅截?cái)鄼C(jī)機(jī)走線系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)金剛線的張力控制系統(tǒng)是單晶硅切割機(jī)加工質(zhì)量好壞的關(guān)鍵技術(shù)。為了減少損失的硅材料和多線切通常使用非常好的鉆石 r線徑0.12 0.1

27、6毫米。如果進(jìn)程 金剛線張力太大，這樣會(huì)導(dǎo)致金剛線斷裂。因此，中斷這種情況如果不能及時(shí)處 理將會(huì)導(dǎo)致昂貴的硅棒被損壞；但是金剛線的張力太低會(huì)導(dǎo)致金剛線線的低頻 振動(dòng)，影響硅片生產(chǎn)過(guò)程，處理晶片的質(zhì)量較差。采用伺服電機(jī)取代重量應(yīng)用張 力，優(yōu)點(diǎn)是使用伺服電機(jī)張力應(yīng)用于分析； 通過(guò)張力傳感器測(cè)量線張力大小、 伺 服電機(jī)的位置決定控制改變張力的大小。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī) 的速度和張力的解耦控制。在本文中，我們提出一個(gè)基于相鄰軸誤差的多電機(jī)同 步控制的間接張力控制方法，成功研發(fā)出單晶硅截?cái)鄼C(jī)張力控制系統(tǒng)，原型測(cè)試 結(jié)果驗(yàn)證該方法的正確性。線性系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的單晶硅截?cái)鄼C(jī)如圖 5-1所示。圖

28、5-1走線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig. 5-1 Structure of lin ear system所有線的線輪都要通過(guò)一系列的導(dǎo)向輪繞組兩輥加工（5和8）,之后才能形成連續(xù)的很多和相鄰的間隔線，它們彼此形成一個(gè)切削表面，然后通過(guò)一系列的導(dǎo) 向輪使金剛線全部回收到收線輪上，兩個(gè)處理輥通過(guò)同步帶輪由一個(gè)主電機(jī)控制 使兩個(gè)處理過(guò)程中輥正向和反向交替操作，同時(shí)通過(guò)一根金剛線，一個(gè)收放線電機(jī)繞組電機(jī)，兩個(gè)張力控制電機(jī)，兩個(gè)繞組電機(jī)和升降臺(tái)控制電機(jī)工作協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng) 使鋼絲逐漸從線輪轉(zhuǎn)移到收線輪，并使硅棒從下向上運(yùn)動(dòng)，使其余儀器上方的金 剛線相接觸，完成切片硅棒的切割。這樣每臺(tái)單晶硅截?cái)鄼C(jī)一次性可以將硅棒切 成成百上千

29、塊,每個(gè)厚度只有0.18毫米。5.2張力波動(dòng)的原因單晶硅截?cái)鄼C(jī)張力控制系統(tǒng)是一個(gè)多線切割機(jī)，關(guān)鍵技術(shù)和下面的圖5-2中以直線上的張緊輪10為例來(lái)說(shuō)明張力波動(dòng)的原因，張力控制結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。張力擺桿張力電動(dòng)機(jī)圖5-2張力控制結(jié)構(gòu)Fig.5-2 The tension con trol structure由圖5-2可得(5-1)V=wLV22式中V代表擺動(dòng)的角速度大小w代表擺桿的線速度大小L代表擺桿的距離大小v1 代表加工輥側(cè)的線速度大小v2代表收線側(cè)的角速度大小如果不計(jì)摩擦力的大小，張力擺桿的運(yùn)動(dòng)方程將會(huì)是:2FL-MJdw J dvdt L dt式中F鋼絲線的張力M張力電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩J張

30、力電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J dv2L2 dtF大小的波動(dòng)是因?yàn)槭?第二項(xiàng)由式（2）變形可得(5-3)F2L結(jié)合方程式（1）、（3）并分析數(shù)據(jù)可知，張力 的波動(dòng)所引起的，它包括以下兩個(gè)部分。（1）J/2L :在盡量滿足力學(xué)性能穩(wěn)定的要求下選擇最小的u,和最大的L,可以使得這部分的數(shù)值緩慢下降到一定程度， 這樣就可以達(dá)到減小張力波動(dòng)的效 果，在確定之后就可以不再發(fā)生改變 。（2） dv/ dt :減小張力的波動(dòng)意義簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是控制反饋張力擺桿的兩邊 的加工輥主同步伺服電動(dòng)機(jī)和同步伺服放線電動(dòng)機(jī)的線速度差的變化大小，就是為了能讓加工輥同步伺服主電動(dòng)機(jī)和同步伺服控制器放線電動(dòng)機(jī)大小波動(dòng)相同5.3張力控制系統(tǒng)

31、5.3.1張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同步伺服控制器張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖5-3所示 7 WSERCO總線 S1S2S3S4S5A/fr4A12345和6圖5-3張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Fig.5-3 Desig n of tension con trol system青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)青島科技大學(xué)本科設(shè)計(jì)(論文) 單晶硅截?cái)鄼C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括一個(gè)同步伺服控制器收線電機(jī)、一個(gè)同步伺服控制器放線電機(jī)、兩個(gè)同 步伺服控制器張力電機(jī)、一個(gè)同步伺服控制器主電機(jī)和一個(gè)同步伺服控制運(yùn)動(dòng)控 制器。同步伺服控制運(yùn)動(dòng)控制器和伺服系統(tǒng)選用施貝加萊公司生產(chǎn)的控制器。同步伺服控制器運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò) SERCOS總線控制各

32、個(gè)同步伺服控制器電動(dòng)機(jī)的運(yùn) 動(dòng)，對(duì)張力同步伺服控制器電動(dòng)機(jī)實(shí)行轉(zhuǎn)矩控制來(lái)施加張力，同時(shí)通過(guò)調(diào)整收放線同步伺服控制器電動(dòng)機(jī)和同步伺服控制器主同步伺服電動(dòng)機(jī)的同步運(yùn)動(dòng)來(lái)間 接控制金剛線的張力大小。532基于相鄰軸誤差的同步伺服電機(jī)同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法同步伺服電機(jī)同步控制需要實(shí)現(xiàn)同步伺服直線電機(jī)的同步運(yùn)動(dòng)， 同步伺服直 線電機(jī)和主同步伺服電機(jī)。為了更加明確的了解以下下標(biāo)1表示同步伺服直線電 機(jī)，下標(biāo)2表示主同步伺服電機(jī)，下標(biāo)3表示同步伺服直線電動(dòng)機(jī)。同步伺服電 機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程式忽視了內(nèi)部干擾因素它的定義如下(5-4)(5-5)Jiwi (t) Ciwi (t) = M i式中Wi(t)第i軸的角速度J

33、i第i軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ci第i軸的非線性系數(shù)Mi 第i軸的輸入轉(zhuǎn)矩定義第i軸的實(shí)際線速度大小跟蹤差為ei t = ri wd t -Wi t ； i =T 3;式中Wi(t)第i軸的實(shí)際角速度大小 鄰近同步伺服軸的線速度異步誤差為(t) et) -倉(cāng) “ 2(t) =e2(t) e3(t) 蟲=e3(t) 0(t)( 5-6同步伺服控制電機(jī)同步控制的意義是根據(jù)跟蹤差EI(T)和F(T)同步誤差0 5.3.3同步伺服控制電機(jī)同步控制方案的設(shè)計(jì)同步伺服軸控制不僅控制軸跟蹤誤差，而且還控制F和I + 1同步伺服軸同步運(yùn)動(dòng)，所以引入相鄰軸誤差 EI(T)的概念，它包括跟蹤錯(cuò)誤 EI(T)和同步誤差 E(T

34、)，EI(T)的定義 TOC o 1-5 h z *t& (t) =&(t)+a (S1(w) - s(w) )dwt a(t) =e2(t)+a ( ：(w) - |(w)dwt(5-7)ea(t) =e3(t) +a (3(w) 2(w)dw式中，a是一個(gè)正的系數(shù)。一口 w=l.一冕X9AX2S54321C O00 O 0芝衛(wèi)緩匚Ja gCOMACOPCE MIXTI血 PGUOATOO.OOO-1X4AKlK5AU2 V2 WZT- Ui Vi W1圖5-4Multi伺服供電Figure 5-4 multi servo power supply定義誤差控制量(5-8)h(t) =e*(t) pe*(t)； i 3式中，B是一個(gè)正的系數(shù)可以使設(shè)計(jì)控制矩Mi的值使得hi(t)位于滑動(dòng)模面上，則ei(t)和ei(t)將接近于零，那么ei(t) 和百