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台达PLC、伺服、总线在多线切割机排线应用

中达电通股份有限公司
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摘要本文介绍了台达PLC,伺服,总线产品在多线切割机的线轮排线系统的应用,适用于多线切割机 高速单向或往复工作时的线轮排线工作,具有实现简单,可靠性高的优点。
AbstractThis paper introduces the PLC,servo and fieldbus of Delta applicated in wire wheel cable system of multi-line cutting machine.It is suitable for wire wheel cable machine in doing high speed work of one-way or  reciprocating.It is eraier and safety.
【关键字】PLC;现场总线;排线控制系统
KeywordsPLC,fieldbus,row line control system
 
    中国能源需求的急剧增长打破了中国长期以来自给自足的能源供给格局。随着市场对能源的需求逐渐加大,进一步新能源开发的愿望也愈渐强烈,太阳能光伏产业成为了时代需求下的一个新兴产业。
    太阳能光伏板组建是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以硅制成的薄身固体光伏电池组成。硅片是半导体和光伏领域的主要生产材料。硅片多线切割技术是目前世界上较先进的硅片加工技术,它不同于传统的刀锯片、砂轮片等切割方式,也不同于先进的激光切割和内圆切割,它的原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃料对硅棒进行摩擦,从而达到切割效果。在整个过程中,钢线通过十几个导线轮的引导,在主线辊上形成一张线网,而待加工工件通过工作台的下降实现工件的进给。硅片多线切割技术与其他技术相比具有效率高、产能高和精度高等优点,是目前采用最广泛的硅片切割技术。硅片多线切割机如图1所示。
图1  硅片多线切割机
系统概述
    多线切割机对于控制系统的可靠性,实时性要求较高,为保证加工质量,需要对切割过程中的钢丝张力进行控制。准确控制张力值,减小张力的波动是多线切割机的一项关键技术,对于提高加工质量及切割过程中不断线以及提高设备的可靠性具有重要意义。
    为减小张力的波动,线轮排线的质量对其有重要影响。线轮的钢丝线排布整齐,以及线轮卷径变化小都能够提高张力控制精度,减小切割过程中的张力波动;反之,如果线轮的钢丝线排布不整齐,线轮卷径变化大则会使切割时张力波动增大,甚至造成钢丝断线,设备不能正常工作。
    通过对于多线切割机工作过程中的线轮布线的研究和缝隙,我们采用了台达PLC控制器及台达A2伺服组成的布线控制系统实现对于线轮的排线控制,通过对0.16mm直径的钢线进行实际切割,表明其工作稳定可靠,排线整齐,钢丝线张力波动小。已经在新研制的300mm多线切割机中得到应用。
 
2   系统配置
2.1  ASD-A2-0721-M 控制器
    台达A2系列高解析智能伺服是台达电子凭借多年的伺服研发经验于2009年推出的新一代伺服系统,其设计引入了欧系高端伺服智能化的理念和控制架构。大幅提升了产品的性能和应用价值。ASD-A2-0721-M控制器如图2所示。
 
 
图2      ASD-A2- 0721—M 控制器
 
    该款产品主要具备四大特点。第一,20bit高解析编码器,可以提供1280000ppr的更高定位精度;第二,内含CANopen接口,最高速度可以到1Mbps;第三,内含伺服By-pass功能,可以实现命令信号逐级传递不衰减,轻松构造一主多从的控制架构;最后,高响应和共振抑制可以满足各类机械环境。
 
2.2  现场总线-DVPCOPM-SL
    采用CANopen现场总线作为通讯介质,主要为了实现多从站大量数据高速通信响应和提高通讯稳定性。与传统Modbus通讯协议比较,CANopen总线通讯协议有质的飞跃,数据通讯不再受到Modbus轮询方式的制约,大大提高了主从站之间的大量数据通讯响应速度和稳定性。
    28SV左侧高速并行接口连接CANopen总线主站模块DVPCOPM-SL,A2伺服通过CANopen总线与28SV主机的总线接口相连接。SV PLV通过DVPCOPM-SL主站模块与CANopen网络相连,DVPCOPM-SL主站模块负责PLC与总线上其它从站的数据交换,DVPCOPM-SL主站模块负责将PLC的数据传送到总线上的从站,同时从总线上各个搜集返回的数据,传回PLC,实现数据交换。
 
2.3  PLC
    28SV提供左侧并列式高速扩展,可扩充应用多样的网络模块如以太网、DeviceNet、ProfiBus、CANopen以及模拟量、温度模块等,以实现即时控制要求。最多可以连接16台特殊扩展模块,主机内建200KHZ四轴独立脉冲输出。程序容量16K,指令执行速度02.4。
 
2.4  排线控制系统
    线轮驱动电机和排线电机使用台达A2伺服控制系统控制ECMA伺服电机,该伺服系统控制精度高,动态性能好,可以满足线轮速度控制和排线机构位置控制的要求。使用台达DVP28SV PLC控制器通过CANopen现场总线与A2伺服系统进行数据通讯,对伺服系统进行控制并获取状态信息。
DVP28SV PLC控制器通过现场总线每10ms发送控制数据控制A2各伺服电机的运动并读取各电机的状态数据。在多线切割机工作过程中,通过读取线轮电机的编码器数据,获取线轮的转动圈数,由于线轮的出\入线点的位置和转动圈数满足函数关系,利用PLC控制器计算,可以完成对于出\入点位置的定位。
    通过以上分析,可以输出多线切割机的收\放线轮排线操作步骤
    (1)在多线切割机工作前,先移动排线机构,将对其准线轮出\入线点的位置;
    (2)使用编码器测量装置测得线轮出入点的初始位置;
    (3)根据收放线轮的排线情况确定线轮的排线方向;
    (4)根据线轮的初始位置及线轮的排线方向,确定线轮布线时的初始位置。
    (5)在多线切割机工作时,通过对线轮电机编码器测得线轮工作时的转动圈数,即可以得到多线切割机工作过程中的出入点位置。控制排线电机驱动横移架台移动到指定点,不断跟踪放线轮的出线点位置,并控制收线轮入线点的位置,使得线轮的排线整齐。
 
3 结论   
    台达的PLC及伺服产品在多线切割机上的应用,经过长时间的加工实验表明该方法排线整齐,均匀性好,且控制说法简单,控制可靠性高,完全满足多线切割机高速单向及往复运动的线轮排线,已经在多线切割机上得到了应用。

 
 
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