Applied-Materials-切片机的PLC控制

1、江苏城市职业学院毕业设计论文 2021 届 设计论文题目 Applied Materials 切片机的PLC控制 系 部 信息工程系 专 业 应用电子技术 班 级 08应用电子技术(1)班 学 号 082106350225 姓 名 陈 辉 起 讫 日 期 2021-112021-4 指导教师 李娅、毛明军 职称 副教授、工程师 2011 年 4 月 13 日摘 要 多线切割根本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，从而将硅棒等硬脆材料一次同时切割为数千片薄片的一种切割加工方法。多线切割由于其更高效、更小切割损失以及更高精度的优势，对于切割贵重、超硬材料有着巨大的

2、优势，近十年来已取代传统的内圆切割成为硅片切割加工的主要方式。 在2003年以前，多线切割主要满足于半导体行业的需求，切割技术主要掌握在欧、美、日、台等国家和地区，国内半导体业务以封装业务为主，上游的晶圆切割技术远远落后于兴旺国家和地区，相关的设备制造研发也难有进展。 2003年随着太阳能光伏行业的爆发式增长，国内民营企业的硅片切割业务迅速开展起来。大量引进了瑞士和日本产的先进的数控多线切割设备。国内设备制造企业也看到了这个巨大的商机，纷纷投入资金和人力物力进行技术研发。但大多数都是仍以仿制为主。2021年开始有一些厂家开始尝试将在其他行业比方蓝宝石切割使用的金钢线切割技术引入到硅片切割领域来

3、，本文在这里将不对这方面的设备展开讨论。关键字：Applied Materials 切片机控制系统 PLC程序设计学习文档 仅供参考目 录第一章 绪论1第二章 切片机控制系统总体控制方案确定22.1 总体控制方案确定22.1.1 控制系统的比较22.2.2 切片机的PLC控制系统概述22.2.3 PLC的设计步骤3第三章 切片机的根本结构43.1 切片机的原理和构造43.1.1 切片机的构造43.1.2 HCT-B6的特点53.1.3 HCT-B6切割原理53.2 线轮正反转系统63.3 线轮变速运转系统83.3.1控制程序流程图83.3.2局部子程序83.3.3触摸屏程序设计9第四章 电气控

4、制系统114.1 控制系统原理114.2 检测电路系统11第五章 软件的选择135.1 切片机的控制要求135.2 控制系统的梯形图设计13第六章 小结14参考文献16附录17 江苏城市职业学院高职毕业设计论文 第一章 绪论 随着中国光伏产业以令全世界震惊的讯速崛起，几大多线切割设备厂家的设备生产能力远远不能满足中国硅片加工企业的购置需求，在2021年市场炽热的设备交货期最少半年以上，有的甚至一年以上。于是很多相关的设备制造企业纷纷介入，比方日本的高鸟、安永专门推出了针对太阳能硅片切割的机型。 国内最早从事太阳能多线切割机开发的要数上海日进了。上海日进引进日本技术，早在2006年就推出了第一台

5、多线切割样机，样机类似NTC MWM442D。样机在日进内部切割试验结果良好，切除的硅片质量完全合格。但是在客户实际试用的时候，还是遇到了很多的问题，比方成品率低、断线率高、设备的控制精度比国外进口设备要差。 国内陆陆续续推出多线切割样机的厂家还有上海汉虹、电子集团45所、兰州瑞德、无锡开源、大连连城、北京京联发、湖南宇晶等。 从样机来看，技术原理和设计主要都是借鉴了日本 NTC MWM442D机型的很多理念，样机根本都属于小型机。北京京联发尝试开发类似HCT B5机型的样机，但是在市场上没有看到试用的设备。国内目前开发出的多线切割机样机都面临着类似的问题，成品率低、断线率高、控制精度差等。加

6、上硅料价格高昂，客户尝试新机器的本钱非常高，每次的损失可能动那么几万元到几十万元，这也限制了设备制造企业很难获得更多的生产性试验数据来改进设备。 湖南宇晶在2006 年左右开始研制多线切割机，主要针对水晶切割市场。经过几年的实验和改进后，目前在国内也已经销售出了几十台多线切割机，取得了长足的进步。但是该公司还没有开发出适应太阳能硅片切割的多线切割机。第二章 切片机控制系统总体控制方案确定2.1 总体控制方案确定2.1.1 控制系统的比较PLC系统的特点：1可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长

7、。2使用方便灵活，PLC采用了根本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。3编程简单，PLC的优越性主要表达在它采用了独特的，多种面向广阔工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有电脑知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与电脑控制容易。2.2.2 切片机的PLC控制系统概述切片机采用PLC控

8、制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率无形地增加了维修本钱费用，在各种控制系统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点。它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图1所示：图1 PLC控制系统的硬件组成框图2.2.3 PLC的设计步骤 开发应用PLC 的设计任务分为硬件和软件设计两局部。硬件设计主要包括:1确定安

9、排PLC 的输入、输出点; 2设计外围电路, 包括主电路; 3选购PLC 并进行现场安装接线等内容；软件设计, 大多数用梯形图和指令程序, 主要包括: 1设计控制流程, 根据工艺要求先画出工作循环,如有必要再画详细的状态流程图;2根据工作循环图, 画出虚拟的电路图继电器梯形图;按梯形图编写指令程序表;3系统调试: 根据设计要求, 对程序进行调试和修改, 必要时还可对硬件进行修改, 直到满足要求。第三章 切片机的根本结构3.1 切片机的原理和构造3.1.1 切片机的构造HCTB6多线切割机是由切割室、两个放线室、基台、浆料缸、配电室、气压仓6局部组成。切割室主要有4个橡胶导轮和线网构成，线网是绕

10、在导轮上，处在基台下方。导轮长度为140cm，切割时，切割室的4个导轮带动线网告诉运转。放线室由放线轮、收线轮和滑轮组成。浆料缸是在机器后部，为了在机器底部形成以个回流槽，然后由机器上方的气压仓将底部的浆料抽到上方的喷嘴处，流下的浆料又回流进回流槽，再回到浆料缸。浆料缸中有过滤网，可过滤出切割杂志。图2 HCT MaxEdge 切片机3.1.2 HCT-B6的特点HCT-B6多线切割设备集成了化学、物理、机械、电气等方面技术。拥有高精度4轴排线导轮驱动装置技术。增大了切割能力。切割进给伺服系统。配合线丝张力自动控制系统，保证在不断丝的条件下实现切割的高效性。使用浆料回收系统，浆料可以直接从浆料

11、缸取出回收利用。节省了大局部的浆料本钱。片厚平均厚度误差小，适合大量制造。3.1.3 HCT-B6切割原理太阳能硅片的切割其实是钢线带着碳化硅微粉在切，所以微粉的粒型及粒度是硅片表片的光洁程度和切割能力的关键。粒型规那么，切出来的硅片外表就会光洁度很好；粒度分布均匀，就会提高硅片的切割能力。由于HCT-B6是双向走线型，双向走线时，钢线速度开始由零点沿一个方向用2-3秒的时间加速到规定速度，运行一段时间后，再沿反方向慢慢降低到零点，在零点停顿0.2秒后再慢慢反向加速到规定速度，再沿反方向慢慢降低到零点的周期切割过程。钢线的张力是硅片切割工艺中相当核心的要素之一。张力控制不好是产生线痕片、崩边、

12、甚至断线的重要原因。图3 钢线切割线图 图中1为放线轮、2为进线口、3为导轮、4为基台装有硅锭、5为出线口、6为收线轮。注意：1、开始布线时，在线网中会留有旧线雨新线的线结，此时张力不可大于10N。等线结跑过一段时间，线网留有一定的新线，剪去线结和线结往前的线，包住新线跑线，此时张力要打到24N，直到跑线结束接到收线轮上。2、切割时的张力大小会影响硅片的质量好坏，所以要保证张力的正确。3、由于切割主要靠的就是碳化硅切割液，就是所谓的浆料，所以浆料的密度要保证在1.6kg/L以上。3.2 线轮正反转系统要求当按下正转按钮，电机连续正转；按下反转按钮，电机连续反转；按下停止按钮，电机断开电源停止转

13、动。图4为三相电动机的正反转控制原理图。主电路中，KM1的三个常开触电控制电动机的正转，KM2三个常开触电控制电动机的反转。为节省输入点数，接线图中把热继电器FR的常闭触点串联于输出电路而未作为输入信号处理。表1 地址分配输入输出SB1X1KM1Y1SB2X2KM2Y2SB3X0 注：SB1为正转 SB2为反转 KM1为正转 KM2为反转三相异步电动机的正反转控制梯形图如图5采用了两个自保电路的组合，并像继电器控制一样采用了Y0、Y1常闭触点串于对方进行电器互锁。为了能到达正反转的直接转换，将各自启动按钮对应的输入继电器的常闭触点串于对方，进行按钮互锁。通过启保电路以及正反转电路可以看出，梯形

14、图电路和继电器控制中的控制电路有很大的相似性，因为原理是一样的，这也是熟悉继电器控制电路工程技术人员学次可编程控制器的原因。图4 三相电动机的正反转控制原理图图5 三相异步电动机的正反转控制梯形图3.3 线轮变速运转系统3.3.1控制程序流程图根据功能要求, PLC控制系统的软件设计方案主要采用顺序控制继电器指令,软件设计主要包括加速、恒速、减速三段梯形图。其中主程序流程图如图6所示,加速局部流程图如图7所示;恒速局部采用P ID算法,减速局部与加速局部类似。 图6 主程序流程图 图7 加速局部流程图3.3.2局部子程序根据I/O输入、输出地址分配表,以及各局部流程图及各种信号转换关系,利用S

15、TEP 72Micro /W IN 32软件编出相关梯形图。其中初始化子程序及加速阶段子程序如图8所示。 图8初始化子程序及加速阶段子程序在程序初始化时,由于PLC内部产生的是020 mA的电流,而PLC输出给变频器的电流必须是420 mA,因此必须将4 mA对应的数字量6 554作为f = 0 Hz时的初始值赋给AC0,加速阶段那么从+ 6554进行线性增加。在程序第一段利用了T37、T32两个定时器,当T32为1时AC0增加一次,当T37为1时程序一段结束。在程序二段,经屡次调试得出合理的P ID参数。参数设置如下:比例常数Kp 取0. 16、采样时间T为0. 1 s、积分时间常数Ti =

16、 1 024、微分时间Td = 32。程序三段与一段类似。经实验室屡次调试,该程序能稳定的控制电机按设定的要求运行,且电机运行情况能在触摸屏上实时显示。3.3.3触摸屏程序设计将触摸屏使用在变频调速系统中,可以提高调速系统的实用性和灵活性,操作简便、直观,可用触摸屏远程控制电机的起动、停止。在电机起动后,光电编码器测速系统将转速信号反响给PLC, PLC再将对应的数字量输出给触摸屏。触摸屏实时显示对应的转速值和转速波形,通过观察触摸屏上的数值和转速波形,可以判断电机是否按照设定的要求运转。触摸屏按钮及输出显示信号对应PLC的位地址如表2所示。 表2PLC与触摸屏连接存储单元分配表 触摸屏 起动

17、 低速 开/关 数值显示 图形显示 PLC M3.0 M3.1 M3.2 VW30 VW30 对触摸屏的显示界面及与PLC连接的数据传输地址根据分配表进行编辑。在运行梯形图程序之前按输入、输出表和I/O 接线图进行接线,通过S72200的RS2485口连接到触摸屏,用触摸屏进行操作。经试验室调试,试验过程能很好的按照设定的要求进行。 第四章 电气控制系统4.1 控制系统原理程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机的控制。电动机驱动式程序控制器又称为机械式程序控制器，它具有程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而且能直接控制较大电流等优点

18、，单片机程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功能齐全，运行可靠等优点。目前，机械式程序控制器根本上已被淘汰。PLC在系统中是处于中心位置，电动机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定。用PLC控制的切片机各种动作典型的系统结构如下列图：电机正转电机加速转电机减速电机反转PLC 4.2 检测电路系统检测电路主要由各类传感器组成。在切片程中起决定作用的物理量有张力、硅锭高度、线轮转速、钢线长度和浆料密度等,这些物理量都需要有适当的传感器来获取信息,并转换成PLC能接收的电信号。1张力传感器张力检测的精度直接影响钢线是否能切的动硅片。2硅锭高度传感器因为太阳能电池片有自己的规格，所以对于硅片切割时

19、的控制需要传感器来传输信息，并且准备阶段需要控制硅锭离钢线的距离，这节省了切割的时间，切割完成也需要传感器来传达准确的信息。 3线轮转速传感器整个切片过程其实是线轮带动钢线转动，使得浆料通过钢线与硅锭接触进行切割。这就要求切割过程的速度要保证在一定范围内，并尽可能保持匀速。4钢线长度传感器钢线在切割过程中尤为重要，所以钢线的长度得保证足够切割完成。5浆料密度传感器浆料和钢线同样是切割的要素，浆料密度太低就无法切割。第五章 软件的选择5.1 切片机的控制要求要求：1 初次点触正转按钮，电机匀速正转；2 初次点触反转按钮，电机匀速反转；3 点触加速正转按钮，电机加速一次，再点触择再加速一次，以此类

20、推至限定速度；4 点触加速反转按钮，电机加速一次，再点触择再加速一次，以此类推至限定速度；5 正转于一定速度时，点触反转按钮，线轮减速至零，然后反转至一定速度；6 反转于一定速度时，点触正转按钮，线轮减速至零，然后正转至一定速度；5.2 控制系统的梯形图设计 见附录13第六章 小结经过一个多月的努力我的毕业设计终于完成了,但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，艰辛同时又充满乐趣,不过乐趣尽在其中！通过本次毕业设计，没有接受任务以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高

21、。这次毕业设计是我自己拟定的题目，自行设计这对我将来踏上工作岗位是非常有帮助的。从课题分析开始，再进行总体设计、详细设计,最后到系统实现。每一步都让我将理论学习的知识应用到实践中去。也使我掌握了一整套标准的设计操作流程。 在课题分析阶段，由于本次是设计一个PLC控制系统，所以对其中的PLC的工作分析尤为重要。从查阅资料、提出问题，到慢慢一一解决问题。在总体设计阶段，由于课题分析做的比较全面，很快就对系统的功能，控制机制有了充分的认识，形成了装备流水线的控制。 下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。第一，接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目.第二，题目确定后就是找资料了。查资料是做毕业设计的前期准备工作，我一般都是采用上网查找资料的方式。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。 第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，再加上实习的实际操作，使得我对所选的题目也大概有了一些了解