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）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，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。現(xiàn)有的硅錠截?cái)?包括頭尾切割，這種設(shè)備主要使用金剛線圓形切割、帶鋸切割方法來解決硅切割問題。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，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。目前的方法是常用的切割機(jī)。帶鋸切割切割線一個(gè)大問題,但是因?yàn)楹蟊∪~片的穩(wěn)定性問題。容易偏轉(zhuǎn)或波形在切割過程中，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)來切斷，切斷硅棒通過高速往復(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)方案根據(jù)硅材料的特點(diǎn),和硅錠切割過程的實(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)的電氣控制是通過以X20CP1484型號(hào)PLC為中心的系統(tǒng)來對(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，通過控制收放線電機(jī)的速度來調(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。主操作面板主操作面板PLCPLC主信號(hào)給定主信號(hào)給定收線工作速度收線工作速度繞線環(huán)節(jié)控制變頻器繞線環(huán)節(jié)控制變頻器2#收線張力傳感信號(hào)（收線張力傳感信號(hào)（0-10V）收線控制變頻器1#收線控制變頻器1#機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)反饋機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)反饋繞線輪收線電機(jī)繞線輪收線電機(jī)圖2-1功能框圖Fig.2-1Functionalblockdiagram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40cr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25~30N。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30~40微米。電鍍線后直徑φ0.33毫米左右。公司的核心根據(jù)特殊技術(shù)要求,熱處理和預(yù)張力后,抗拉強(qiáng)度超過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Table3-1technicalparametertable1.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156×156×400mm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0～130mm/min，無級(jí)可調(diào)工作臺(tái)最大移動(dòng)距離315mm切割絲線速度10~15m/s，±0.1m/sP.S，無級(jí)可調(diào)切割絲直徑φ0.42mm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）156×156棒料截?cái)嗲懈?/p>

平均110分鐘完成一組（30塊）156×156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5～20次/分，可調(diào)擺動(dòng)角度關(guān)于擺軸對(duì)稱，最大±1.5°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，±25°7.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氣路過濾油、水過濾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15℃～30℃10.廢料回收切削液過濾循環(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將上表中的對(duì)應(yīng)功能匯總在圖3-1所示的操作界面中。圖3-1操作畫面Figure3-1operationscreen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軸承座總成，線網(wǎng)機(jī)架上安裝切割輪組件和過渡輪組件。清理零件后組裝小導(dǎo)輪組件，安裝過渡輪組件，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15mm，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，電纜用螺絲固定起來，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，我覺得前者能給我?guī)砀嘈碌闹R(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)的過程中斷線的原因最開始是因?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)行過程中沒有出現(xiàn)任何問題，很順利的完成了切割。后來在滿載切割時(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)過檢查，每次斷線的地點(diǎn)都在左排線電機(jī)前面，這正說明是在加速時(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。下面針對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)做一下詳細(xì)的介紹。4.1PLC主程序設(shè)計(jì)開始開始顯示屏啟動(dòng)顯示屏啟動(dòng)否金剛線切割開始后是否達(dá)到指定速度伺服電機(jī)工作否金剛線切割開始后是否達(dá)到指定速度伺服電機(jī)工作是伺服電機(jī)達(dá)到預(yù)定速度是伺服電機(jī)達(dá)到預(yù)定速度否否設(shè)定時(shí)間內(nèi)金剛線是否接觸到單晶硅否否設(shè)定時(shí)間內(nèi)金剛線是否接觸到單晶硅是是是擺動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)張力反饋值正常是擺動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)張力反饋值正常否是否是否檢測(cè)是否有硅片切割完成開始切割否檢測(cè)是否有硅片切割完成開始切割是進(jìn)給電機(jī)啟動(dòng)是進(jìn)給電機(jī)啟動(dòng)結(jié)束結(jié)束圖4-1主程序流程圖Figure4-1Mainprogramflowchart4.2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(((gAxisCmd_typ_Main1.ErrorID<>0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Main1.AxisError=1))AND(Axis_Step<State_Error))THEN

MC_BR_AutControl_Main1.Start:=0；

MC_BR_AutControl_Main1.Enable:=0；

gAxisCmd_typ_Main1.StopSlave:=0；

gAxisCmd_typ_Main1.StartSlave:=0；

Axis_Step:=State_Error；

strcpy(ADR(gAxisAct_typ_Main1.AxisStatus),ADR('Main1axiserror'))；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_Main2.ErrorID<>0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Main2.AxisError=1))AND(Axis_Step<State_Error))THEN

MC_BR_AutControl_Main2.Start:=0;

MC_BR_AutControl_Main2.Enable:=0;

gAxisCmd_typ_Main2.StopSlave:=0;

gAxisCmd_typ_Main2.StartSlave:=0;

Axis_Step:=State_Error;

strcpy(ADR(gAxisAct_typ_Main2.AxisStatus),ADR('Main2axiserror')); 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5~20次/分,可調(diào)擺動(dòng)角度關(guān)于擺軸對(duì)稱,最大±1.5°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)金剛線在切割過程中時(shí)，如果線的張力大于設(shè)定的某個(gè)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4-1PLC控制梯形圖Figure4-1PLCladderdiagram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。這樣切出來的硅片斷面光潔，沒有線痕。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(((gAxisCmd_typ_Feed1.ErrorID<>0)OR(MC_DRIVESTATUS_TYP_Feed1.AxisError=1))AND(Axis_Step<State_Error))THEN

MC_BR_AutControl_Feed1.Start:=0;

MC_BR_AutControl_Feed1.Enable:=0;

gAxisCmd_typ_Feed1.StopSlave:=0;

gAxisCmd_typ_Feed1.StartSlave:=0;

Axis_Step:=State_Error;

strcpy(ADR(gAxisAct_typ_Feed1.AxisStatus),ADR('Feed1axiserror')); END_IFEND_IF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0~130mm/min，無級(jí)可調(diào)工作臺(tái)最大移動(dòng)距離為315mm。切割絲線速度10~15m/s，±0.1m/sP.S，無級(jí)可調(diào)切割絲直徑φ0.42mm。切割絲長(zhǎng)度5000m單塊線耗為截?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)156×156棒料截?cái)嗲懈钇骄?10分鐘完成一組(30塊)156×156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，可通過觸摸屏監(jiān)控各個(gè)過程數(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,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15℃~30℃。廢料回收體統(tǒng)使用的切削液科技經(jīng)過過濾循環(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。

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0.12~0.16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5-1走線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.5-1Structureoflinearsystem所有線的線輪都要通過一系列的導(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)處理輥通過同步帶輪由一個(gè)主電機(jī)控制,使兩個(gè)處理過程中輥正向和反向交替操作,同時(shí)通過一根金剛線,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為例來說明張力波動(dòng)的原因，張力控制結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。V2V1V2V1圖5-2張力控制結(jié)構(gòu)Fig.5-2Thetensioncontrolstructure由圖5-2可得（5-1）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：（5-2）式中F—鋼絲線的張力M—張力電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩J—張力電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由式(2)變形可得（5-3）結(jié)合方程式(1)、(3)并分析數(shù)據(jù)可知，張力F大小的波動(dòng)是因?yàn)槭?3)第二項(xiàng)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)單來說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)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。77SERCOS總線SERCOS總線S2S5S4S3S1S2S5S4S3S1D3D2D1D4D5D3D2D1D4D53315和615和624圖5-3張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Fig.5-3Designoftensioncontrolsystem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SERCOS總線控制各個(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)矩控制來施加張力，同時(shí)通過調(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)來間接控制金剛線的張力大小。5.3.2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）式中Wi(t)—第i軸的角速度Ji—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（5-5）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（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ε0。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)，EI(T)的定義（5-7）式中，α是一個(gè)正的系數(shù)。圖5-4Multi伺服供電Figure5-4multiservopowersupply定義誤差控制量（5-8）式中，β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ēi(t)將接近于零，那么ei(t)和ēi(t)也將接近于零,達(dá)到同步伺服電機(jī)同步的效果。

定義積分滑模面（5-9）設(shè)計(jì)控制轉(zhuǎn)矩為（5-10）式中,Kr和Ks為正的系數(shù)。主軸的控制框圖如圖4所示。多電機(jī)同步控制方法基于相鄰軸誤差趨近于零的通過控制跟蹤誤差和同步誤差,簡(jiǎn)化了多個(gè)電機(jī)之間的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的同步運(yùn)動(dòng)。為了定量的準(zhǔn)確對(duì)比這幾種伺服控制方法的產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，下面用公式來準(zhǔn)確計(jì)算張力的靜差大小和波動(dòng)幅度兩個(gè)參數(shù)。

靜態(tài)率作為評(píng)價(jià)系統(tǒng)穩(wěn)定的性能的一個(gè)標(biāo)志,它的計(jì)算公式如下（5-11）式中，F(xiàn)t為張力參考值。從表1計(jì)算:使用PID張力控制,靜態(tài)滑=8.2%,波動(dòng)率=8.24%；使用該控制方法,靜態(tài)滑=1.91%,波動(dòng)率=1.92%，達(dá)到了降低波動(dòng)率的作用。6結(jié)論與展望本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以GX-MBCM-30類型單晶硅截?cái)鄼C(jī)為例，對(duì)單晶硅截?cái)鄼C(jī)的控制系統(tǒng)做了初步的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)主要指對(duì)截?cái)鄼C(jī)的收放線伺服電機(jī)為例，運(yùn)用顯示屏的操作畫面對(duì)單晶硅截?cái)鄼C(jī)的張力控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過對(duì)張力傳感器反饋回PLC的信號(hào)進(jìn)行分析，可以的出系統(tǒng)在運(yùn)行過程中金剛線的實(shí)時(shí)張力大小，并收集處理反饋信號(hào)，當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警并停止工作，并在顯示屏上提示錯(cuò)誤的代碼和原因，以便于調(diào)試人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查維修。單晶硅截?cái)鄼C(jī)包括機(jī)械部分、切割部分、收放線驅(qū)動(dòng)部分、網(wǎng)框部分、張力控制噴淋系統(tǒng)、廢料回收系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)針對(duì)以上6部分分別作了設(shè)計(jì)和介紹，并說明了每部分的作用。在實(shí)際的切割單晶硅過程中發(fā)現(xiàn)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)還有很多不足的地方，導(dǎo)致在切割過程中經(jīng)常斷線，說明張力控制還需要改進(jìn)，還有可能就是金剛線本身的質(zhì)量不好，某些位置存在裂痕等問題。隨著太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，以后對(duì)硅片的需求也會(huì)不斷增加，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)有著很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Γ疝q結(jié)束并不代表我的研究課題到此為止，我會(huì)在日后的工作中不斷地對(duì)我的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整修改，爭(zhēng)取早日達(dá)到硅片的生產(chǎn)要求。切割出完美的硅片。目錄第一章可行性研究報(bào)告概述 11.1項(xiàng)目名稱 11.2項(xiàng)目承擔(dān)單位 11.3項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn) 11.4可研報(bào)告編制單位 11.5項(xiàng)目概述及主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 1第二章編制目的、依據(jù)、原則和范圍 52.1編制目的 52.2編制依據(jù) 52.3編制原則 52.4可行性研究的范圍 6第三章建設(shè)的必要性 73.1符合國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要和循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求 73.2環(huán)境保護(hù)和節(jié)能降耗的需要 83.3企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要 9第四章項(xiàng)目建設(shè)條件 104.1主體工程概況 104.2廠址選擇 124.3公用設(shè)施及社會(huì)依托條件 12第五章改造規(guī)模與產(chǎn)品方案 155.1改造規(guī)模 155.2生產(chǎn)方案 15第六章生產(chǎn)設(shè)備節(jié)電技改方案 166.1企業(yè)能耗現(xiàn)狀分析 166.2改造設(shè)備運(yùn)行參數(shù) 166.3技術(shù)方案、設(shè)備方案 176.4項(xiàng)目建議改造方案 226.5消耗定額 256.6小結(jié) 25第七章項(xiàng)目實(shí)施機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目法人 287.1項(xiàng)目實(shí)施機(jī)構(gòu) 287.2項(xiàng)目法人 28第八章環(huán)境保護(hù) 28第八章環(huán)境保護(hù) 29第九章社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益 319.1環(huán)境效益 319.2社會(huì)效益 31第十章節(jié)約和合理利用能源 3310.1節(jié)能依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn) 33HYPERLINK\