伺服系統在石英晶體切割設備上應用

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(lái)，伴隨我國經(jīng)濟快速發(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(chǎng)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，就數量而言，我國已經(jīng)成為生產(chǎn)大國，包括外資企業(yè)在內，年產(chǎn)量約有幾十億只左右。

隨著(zhù)中國加入WTO及作為世界工廠(chǎng)地位的確立，晶體產(chǎn)量的提高，晶體切割設備需求也越來(lái)越多。以前的晶體切割設備都是從日本進(jìn)口。進(jìn)口設備勢必成本高，晶體切割設備國產(chǎn)化的需求越來(lái)越大。臺州某公司生產(chǎn)的石英晶體切割設備的研發(fā)成功，為國人提供更多選擇機會(huì )，可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

2 晶體切割設備工藝描述

石英晶體切割過(guò)程是拉絲加切割兩者的復合動(dòng)作的過(guò)程。拉絲動(dòng)作跟拉絲機或者薄膜收放卷的動(dòng)作完全一樣。工作過(guò)程基本上可以劃分成放線(xiàn)、拉絲、收線(xiàn)等3部份工藝過(guò)程。但是控制精度和穩定性比較高，需選擇高端切割絲線(xiàn)（銅絲）。不同精度規則的產(chǎn)品，不同晶振頻率，需選擇不同規格的拉絲線(xiàn)徑。切割過(guò)程是切割線(xiàn)材在收放卷運動(dòng)過(guò)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(xiàn)材方向運動(dòng)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(gè)系統最難控制的部分；也是決定設備生產(chǎn)效率的部分。為了調高生產(chǎn)效率和調高產(chǎn)品的品質(zhì)。選擇機械特性非常好的臺達伺服系統收放卷來(lái)實(shí)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(tài)狀態(tài)等）；PLC主要作為伺服定長(cháng)控制和恒張力控制；伺服系統用于定長(cháng)控制；變頻器用于排線(xiàn)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(guò)程中要保證收放線(xiàn)都很平穩。經(jīng)調整參數臺達B系列伺服系統完全滿(mǎn)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(hù)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(gè)伺服的變頻器： VFD022B43A 兩個(gè)；
（2）PLC: 臺達 DVP28SV+DVP-01PU；
（3）HMI: 臺達DOP-A75BSTD。

3.3設備調試

整個(gè)系統在啟動(dòng)、加速、減速、停車(chē)過(guò)程中要求收放線(xiàn)能很快達到平衡。啟動(dòng)時(shí)要求主拉具有較高的啟動(dòng)轉矩，且速度不能下降。伺服低速百分之三百的過(guò)負載能力保證了啟動(dòng)時(shí)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(dòng)桿的變化響應也要快。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(cháng)一點(diǎn)。為保證啟動(dòng)，加速，減速，停止過(guò)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(diǎn)；積分增益設置稍微大點(diǎn)，積分周期也要長(cháng)點(diǎn)，這樣能保證速度快速相應和浮動(dòng)杠的平衡。另外，在使用時(shí)PLC程序比較長(cháng)，掃描時(shí)間比較長(cháng)，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(jiǎn)化PLC程序。

4 結束語(yǔ)

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(mǎn)足客戶(hù)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(dòng)、加速、減速、停止的動(dòng)態(tài)過(guò)程，浮動(dòng)桿穩定在平衡位置很小的一個(gè)范圍內輕微的擺動(dòng)。(end)