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1  前言

隨著中國光伏電池產量的高速增長，晶體硅的的生產及其加工設備也得到了迅猛發展。晶體硅的生產和加工工藝主要：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、尾部及超出客戶規格的部分，將單晶硅棒分成切片設備可以處理的長度。臺達機電產品在單晶硅生產及其加工設備領域有著廣泛的應用。本文以單晶硅棒切割機的工作原理和結構特點為基礎并結合臺達機電產品，對切斷機的控制系統的設計和實施進行了簡要介紹。

2  晶體切斷機介紹

該設備為晶體切斷專用設備，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：調整鋸條張力，夾緊棒料，設定切割參數，啟動鋸條，手輪推進，自動推進，切割完畢。其中在自動切割狀態下，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  控制構架

根據上述控制工藝，系統控制主要電氣元件如表1。

表1 系統空竹的主要電氣元件

系統控制如圖2。

圖2 系統控制圖

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，回原點功能，張力控制，故障報警等。下面就幾個主要功能進行說明。

4.1在點動畫面功能

圖3 點動畫面功能界面圖

點“主軸轉速設定”，用戶可設定主軸轉速，設定范圍0～900r/min；“漲緊力顯示”，用戶可根據此數值確定張緊力數值，以便用戶調整帶鋸條；點擊“進”“退”，切斷軸運動，點“前”“后”，進料軸運動，其運動速度由“進給速度”設定；“增量方式”以“增量距離”設定值進給，當選中“增量方式”時，各軸的“進”“退”“前”“后”，各軸以進給速度，按照“增量距離”設定的距離運動；“主軸旋轉”點“啟”則主軸旋轉，“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，將機床各個軸移動到切斷起點；在“切斷距離設定”中設定切斷距離，切斷速度在“手動參數”中設定；點擊“手動切斷”，主軸按照“主軸轉速設定”中的值旋轉，當主軸轉速達到設定時，切斷軸由當前點開始切斷，進料軸不移動；點“暫停”，切斷軸進給保持，但主軸不停；中途中想終止“手動切斷”時，請先點擊“暫停”，然后點“鋸條退出”有效，點“鋸條退出”，切斷軸后退，鋸條退出時主軸不停；當切斷完成時請點擊“復位”，但主軸旋轉不停；停止主軸旋轉必須點主軸“停”鍵。

4.3手輪畫面功能

圖5 手輪畫面功能界面

點“進料軸”和“切斷軸”進行軸選擇，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 “自動參數設定”中設定好自動加工的其它參數，即可執行自動切斷加工。點“開始”，開始執行自動切斷程序；“暫停”：在自動切斷過程中，中斷加工，用以觀察加工情況，再次點擊“暫停”繼續執行加工程序；“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，即分步執行加工程序，加工程序每步執行完成后暫停，再點擊“開始”執行下一步加工程序；“鋸條退出”：與手動中的“鋸條退出”功能相同，即點擊“暫停”，再點擊“鋸條退出”鋸條退出；“主軸停止”：主軸停止旋轉。

4.5部分PLC 程序

圖7 部分程序圖

5  結束語

隨著國家對清潔能源的大力推廣，光伏產業必將迅猛發展，同時必將帶動單晶硅的生產機加工設備的發展。臺達機電將會依托完整的產品線，提供更加完善的整體控制方案，為該行業的發展貢獻自己的力量。使用臺達機電控制方案的單晶硅切斷機已經投入使用，該系統控制精度高、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，畢業于河北科技大學，電氣工程及其自動化專業。現任中達電通股份有限公司北京分公司應用工程師。主要工作是熟識各產品及其應用，為客戶提供產品的技術支持及整體解決方案。