臺達伺服系統在石英晶體切割設備上應用

介紹基于臺達B系列伺服控制系統的石英晶體元器件切割自動化設計技術。項目已經開發成功。本文對于系統調試給出經驗性總結。
關鍵詞：伺服系統；PLC；HMI；恒張力

1 引言

石英晶體元器件主要生產國集中在亞洲，其中中國在產值和技術水平方面占有很大優勢。近年來，伴隨我國經濟快速發展，我國晶體產業也有了較大的發展，日本主要晶體廠商基本將其成熟產品遷到我國生產，使我國成為世界上主要的晶體生產國之一。目前，就數量而言，我國已經成為生產大國，包括外資企業在內，年產量約有幾十億只左右。

隨著中國加入WTO及作為世界工廠地位的確立，晶體產量的提高，晶體切割設備需求也越來越多。以前的晶體切割設備都是從日本進口。進口設備勢必成本高，晶體切割設備國產化的需求越來越大。臺州某公司生產的石英晶體切割設備的研發成功，為國人提供更多選擇機會，可以降低生產成本，提高生產質量。

2 晶體切割設備工藝描述

石英晶體切割過程是拉絲加切割兩者的復合動作的過程。拉絲動作跟拉絲機或者薄膜收放卷的動作完全一樣。工作過程基本上可以劃分成放線、拉絲、收線等3部份工藝過程。但是控制精度和穩定性比較高，需選擇高端切割絲線（銅絲）。不同精度規則的產品，不同晶振頻率，需選擇不同規格的拉絲線徑。切割過程是切割線材在收放卷運動過程中，放置石英晶體的工作臺以很慢的速度（約5毫米每分鐘）速度向切割線材方向運動達到切割的目的。工作臺的速度要慢，運轉平穩，定位精度高。

3 臺達伺服系統應用設計

3.1 方案設計

切割設備的收放卷部分是整個系統最難控制的部分；也是決定設備生產效率的部分。為了調高生產效率和調高產品的品質。選擇機械特性非常好的臺達伺服系統收放卷來實現同步控制與恒張力控制。系統中的觸摸屏用于人機交互操作（設置參數/狀態狀態等）；PLC主要作為伺服定長控制和恒張力控制；伺服系統用于定長控制；變頻器用于排線控制。

為了提高切割設備的效率，系統要求伺服能頻繁啟停，且保證高速啟停以及加減速過程中要保證收放線都很平穩。經調整參數臺達B系列伺服系統完全滿足要求。

為保證工作臺能以5毫米每分鐘的低速平穩運轉及調高切割精度，推薦客戶配置精密減速機。

3.2控制系統的組成

（1）伺服：臺達B系列0.4－2KW 共5個伺服的變頻器： VFD022B43A 兩個；
（2）PLC: 臺達 DVP28SV+DVP-01PU；
（3）HMI: 臺達DOP-A75BSTD。

3.3設備調試

整個系統在啟動、加速、減速、停車過程中要求收放線能很快達到平衡。啟動時要求主拉具有較高的啟動轉矩，且速度不能下降。伺服低速百分之三百的過負載能力保證了啟動時高轉矩。為調高工作效率，要求控制系統能快速相應速度變化，對浮動桿的變化響應也要快。伺服加減速時間需要比較短。最好能夠收放卷的伺服加減速時間比拉絲加減速時間長一點。為保證啟動，加速，減速，停止過程中收放卷系統平穩，收卷和放卷系的PID參數中位置和速度增益要調大一點；積分增益設置稍微大點，積分周期也要長點，這樣能保證速度快速相應和浮動杠的平衡。另外，在使用時PLC程序比較長，掃描時間比較長，對恒張力的收放卷反應速度影響很大。最好盡量少使用FROM/TO指令和簡化PLC程序。

4 結束語

用臺達的工控系統完成的石英晶體切割設備功能完全能滿足客戶的要求，晶體切割精度與效率得到提高，達到了預期設計的效果。系統啟動、加速、減速、停止的動態過程，浮動桿穩定在平衡位置很小的一個范圍內輕微的擺動。