伺服系統(tǒng)在石英晶體切割設(shè)備上應(yīng)用

1 引言

石英晶體元器件主要生產(chǎn)國集中在亞洲，其中中國在產(chǎn)值和技術(shù)水平方面占有很大優(yōu)勢。近年來，伴隨我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國晶體產(chǎn)業(yè)也有了較大的發(fā)展，日本主要晶體廠商基本將其成熟產(chǎn)品遷到我國生產(chǎn)，使我國成為世界上主要的晶體生產(chǎn)國之一。目前，就數(shù)量而言，我國已經(jīng)成為生產(chǎn)大國，包括外資企業(yè)在內(nèi)，年產(chǎn)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(chǎn)量的提高，晶體切割設(shè)備需求也越來越多。以前的晶體切割設(shè)備都是從日本進(jìn)口。進(jìn)口設(shè)備勢必成本高，晶體切割設(shè)備國產(chǎn)化的需求越來越大。臺州某公司生產(chǎn)的石英晶體切割設(shè)備的研發(fā)成功，為國人提供更多選擇機(jī)會，可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

2 晶體切割設(shè)備工藝描述

石英晶體切割過程是拉絲加切割兩者的復(fù)合動作的過程。拉絲動作跟拉絲機(jī)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(wěn)定性比較高，需選擇高端切割絲線（銅絲）。不同精度規(guī)則的產(chǎn)品，不同晶振頻率，需選擇不同規(guī)格的拉絲線徑。切割過程是切割線材在收放卷運(yùn)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(yùn)動達(dá)到切割的目的。工作臺的速度要慢，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，定位精度高。

3 臺達(dá)伺服系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 方案設(shè)計(jì)

切割設(shè)備的收放卷部分是整個(gè)系統(tǒng)最難控制的部分；也是決定設(shè)備生產(chǎn)效率的部分。為了調(diào)高生產(chǎn)效率和調(diào)高產(chǎn)品的品質(zhì)。選擇機(jī)械特性非常好的臺達(dá)伺服系統(tǒng)收放卷來實(shí)現(xiàn)同步控制與恒張力控制。系統(tǒng)中的觸摸屏用于人機(jī)交互操作（設(shè)置參數(shù)/狀態(tài)狀態(tài)等）；PLC主要作為伺服定長控制和恒張力控制；伺服系統(tǒng)用于定長控制；變頻器用于排線控制。

為了提高切割設(shè)備的效率，系統(tǒng)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(wěn)。經(jīng)調(diào)整參數(shù)臺達(dá)B系列伺服系統(tǒng)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(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)及調(diào)高切割精度，推薦客戶配置精密減速機(jī)。

3.2控制系統(tǒng)的組成

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

3.3設(shè)備調(diào)試

整個(gè)系統(tǒng)在啟動、加速、減速、停車過程中要求收放線能很快達(dá)到平衡。啟動時(shí)要求主拉具有較高的啟動轉(zhuǎn)矩，且速度不能下降。伺服低速百分之三百的過負(fù)載能力保證了啟動時(shí)高轉(zhuǎn)矩。為調(diào)高工作效率，要求控制系統(tǒng)能快速相應(yīng)速度變化，對浮動桿的變化響應(yīng)也要快。伺服加減速時(shí)間需要比較短。最好能夠收放卷的伺服加減速時(shí)間比拉絲加減速時(shí)間長一點(diǎn)。為保證啟動，加速，減速，停止過程中收放卷系統(tǒng)平穩(wěn)，收卷和放卷系的PID參數(shù)中位置和速度增益要調(diào)大一點(diǎn)；積分增益設(shè)置稍微大點(diǎn)，積分周期也要長點(diǎn)，這樣能保證速度快速相應(yīng)和浮動杠的平衡。另外，在使用時(shí)PLC程序比較長，掃描時(shí)間比較長，對恒張力的收放卷反應(yīng)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(jié)束語

用臺達(dá)的工控系統(tǒng)完成的石英晶體切割設(shè)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(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。系統(tǒng)啟動、加速、減速、停止的動態(tài)過程，浮動桿穩(wěn)定在平衡位置很小的一個(gè)范圍內(nèi)輕微的擺動。(end)