臺達伺服電機,又名,臺達伺服馬達,是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度的補助馬達間接變速裝置,是可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電——機械轉(zhuǎn)換器,是在自動化控制系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的微特電機(又名:執(zhí)行電機)。
特點
4.1、運行穩(wěn)定;
4.2、可控性好;
4.3、響應(yīng)快速;
4.4、靈敏度高;
4.5、機械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格(要求分別小于10%~15%和小于15%~25%)等特點;
臺達伺服電機優(yōu)勢
5.1、無
電刷和
換向器,因此工作可靠,對維護和保養(yǎng)要求低;
5.3、
慣量小,易于提高系統(tǒng)的快速性;
5.4、適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài);
5.5、同功率下有較小的體積和重量。
臺達伺服電機功能
臺達伺服電機工作原理
臺達伺服電機應(yīng)用案例
隨著世界
能源供應(yīng)的日趨緊張,可再生能源
光伏產(chǎn)品發(fā)展迅猛,據(jù)行業(yè)統(tǒng)計2005年全國太陽能電池產(chǎn)能為300MW,到 2007年已發(fā)展到1000MW,到2010年我國太陽能電池/組件產(chǎn)能將達到5000MW以上,顯示出對單晶和
多晶硅有很大的市場需求,比原來的市場預(yù)期提前了10年以上,也預(yù)示出
單晶硅爐的市場需求將成倍增長。單晶硅爐是半導(dǎo)體材料
直拉法晶體專用設(shè)備,其
硅單晶棒料經(jīng)切割等后續(xù)工藝處理成芯片被制作為二極管.太陽能電池.集成電路等半導(dǎo)體材料的主要器件。近幾年來由于國際
能源危機及
地球環(huán)境改善帶來對新能源,可再生能源的巨大需求,
光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)前所未有的增長,
半導(dǎo)體硅材料的生產(chǎn)又進入新的發(fā)展期,因此大力加速發(fā)展可再生能源.硅光伏產(chǎn)業(yè)及共基礎(chǔ)材料---高純
半導(dǎo)體硅(單晶.多芯片)材料已成為當(dāng)務(wù)之急,而硅材料的生長離不開單晶硅爐和
多晶硅爐的設(shè)備支持。
二、單晶硅爐的工藝流程簡介、技術(shù)需求及方案的分析
2-1、單晶硅爐的工藝流程簡介
(2)晶棒及
坩堝拉升旋轉(zhuǎn)機構(gòu):包括
籽晶夾頭,吊線及拉升旋轉(zhuǎn)組件
(3)氣氛壓力控制:包括氣體流量控制,真空系統(tǒng)及
壓力控制閥
(4)控制系統(tǒng):包括偵測感應(yīng)器及電腦控制系統(tǒng)
加工工藝:
加料→熔化→縮頸生長→放肩生長→等徑生長→
尾部生長
(1)加料:將
多晶硅原料及雜質(zhì)放入石英坩堝內(nèi),雜質(zhì)的種類依電阻的N或P型而定。雜質(zhì)種類有硼,磷,銻,砷。
(2)熔化:加完多晶硅原料于
石英堝內(nèi)后,長晶爐必須關(guān)閉并抽成真空后充入高純
氬氣使之維持一定壓力范圍內(nèi),然后打開
石墨加熱器電源,加熱至
熔化溫度(1420℃)以上,將多晶硅原料熔化。
(3)縮頸生長:當(dāng)硅熔體的溫度穩(wěn)定之后,將
籽晶慢慢浸入硅熔體中。由于籽晶與硅熔體場接觸時的
熱應(yīng)力,會使籽晶產(chǎn)生
位錯,這些位錯必須利用縮勁生長使之消失掉。
縮頸生長是將籽晶快速向上提升,使長出的籽晶的直徑縮小到一定大?。?-6mm)由于
位錯線與生長軸成一個交角,只要縮頸夠長,位錯便能長出
晶體表面,產(chǎn)生零位錯的晶體。
(4)放肩生長:長完細頸之后,須降低溫度與拉速,使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。
(5)等徑生長:長完細頸和肩部之后,借著拉速與溫度的不斷調(diào)整,可使晶棒直徑維持在正負2mm之間,這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。
單晶硅片取自于等徑部分。
(6)尾部生長:在長完等徑部分之后,如果立刻將晶棒與液面分開,那么效應(yīng)力將使得晶棒出現(xiàn)
位錯與
滑移線。于是為了避免此問題的發(fā)生,必須將晶棒的直徑慢慢縮小,直到成一尖點而與液面分開。這一過程稱之為
尾部生長。長完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時間后取出,即完成一次生長周期。
單晶硅爐整機如下圖:
2-2、技術(shù)需求和方案分析
單晶硅爐上面共需要四個軸驅(qū)動,其中2個使用的是伺服控制系統(tǒng),另外2個使用的是直流驅(qū)動裝置實現(xiàn);該設(shè)備根據(jù)工藝需要,設(shè)備分為爐架、主爐室、副室、提拉旋轉(zhuǎn)機構(gòu),下
隨動機構(gòu)及液壓提升機構(gòu)、真空及
氣路系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、
光學(xué)測量系統(tǒng)、電加熱和運動控制系統(tǒng)及
計算機控制系統(tǒng)等諸多機構(gòu)。通過系統(tǒng)優(yōu)化,實現(xiàn)高科技產(chǎn)品的集成。其次設(shè)備采用了許多較新的機構(gòu)。如上提拉旋轉(zhuǎn)機構(gòu),通過
花鍵軸配繞絲輪結(jié)合
電刷環(huán),在很小的體積上實現(xiàn)了穩(wěn)定提拉和旋轉(zhuǎn),滿足工藝需求且降低了設(shè)備高度,再有下隨動機構(gòu)設(shè)備采用精密滾珠絲杠配合
坩堝的
磁流體密封,運動保持部件置于真空室外,實現(xiàn)精密運動與真空密封的完美結(jié)合,使用穩(wěn)定可靠,還有液壓提升機構(gòu)對副室
翻板閥的保持采用無自鎖,爐內(nèi)有漏硅等壓力驟增的緊急情況可以實現(xiàn)自動泄壓提高了設(shè)備的安全可靠性等等。在電器控制上設(shè)備采用可編程操作,代替了傳統(tǒng)的邏輯編程繼電器。電器控制系統(tǒng)由國產(chǎn)機大多采用的單片機,提升到IRCON和CCD
工控自動化控制三個類型,提高了設(shè)備的
自動化控制水平。
有控制方案中
伺服控制系統(tǒng)存在如下問題:1、
伺服控制器的編碼器輸出管角經(jīng)常性的損壞;2、
伺服電機的輸出軸端經(jīng)常出現(xiàn)斷裂的情況;3、伺服控制器的輸入輸出點需要DC24V和DC12V的開關(guān)電源共計4個;
原有伺服控制系統(tǒng)同臺達AB系列伺服控制系統(tǒng)的功能比較如下表:
項 目
|
原有日系伺服
|
優(yōu)勢
|
臺達AB系列伺服
|
輸入電源
|
單相200V(400W以下)
|
<
|
單相200V(2KW以下)
|
單軸控制
|
無
|
<
|
點對點八點
|
分度功能
|
無
|
<
|
32度
|
自動定位
|
無
|
<
|
|
DI INPUT
|
7點
|
<
|
8點
|
DO OUTPUT
|
4點
|
<
|
5點
|
通信
|
RS232
|
<
|
|
位置定位整定時間
|
3ms
|
<
|
1ms
|
數(shù)字輸入可程序化
|
NO
|
<
|
OK
|
速度回路頻率特性
|
450Hz
|
=
|
450Hz
|
DC24V
|
無
|
<
|
內(nèi)建
|
通過原日系伺服系統(tǒng)所存在的問題以及
臺達伺服同原有日系
伺服的功能比較表客戶最終在
伺服控制系統(tǒng)上面選擇了我們
臺達AB系列伺服系統(tǒng)的控制方案即:2套伺服控制系統(tǒng)選用臺達AB系列伺服,型號為ASDA-0421AB;
三、臺達AB系列伺服的控制理論及主要特點
3-1、臺達AB系列伺服采用的是先進強健式的控制理論(PDFF)如下圖
3-2、強健式控制理論的優(yōu)缺點
優(yōu)點:
1、在大范圍負載
慣量變化,系統(tǒng)依然保有優(yōu)秀性能
2、對命令和干擾有不同的補償控制
3、穩(wěn)定性完全保證
4、阻尼剛性優(yōu)良, 低速轉(zhuǎn)動特性優(yōu)良
缺點:
1、控制參數(shù)需由繁復(fù)數(shù)學(xué)計算而得, 使用者無法自行調(diào)整
對策:依阻尼剛性的大小, 驅(qū)動器內(nèi)含十組強健控制器, 供使用者選用
四、臺達AB系列伺服在單晶硅爐上使用方案的實施
4-1、單晶硅爐上位機控制系統(tǒng)與臺達AB系列伺服的連線
線色
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伺服CN1
|
上位機線編號
|
帶限位
|
不帶限位
|
黃
|
11
|
H951
|
√
|
√
|
橙色
|
9
|
H952
|
√
|
√
|
綠色
|
31
|
H953
|
√
|
|
藍色
|
10
|
H954
|
√
|
√
|
白色
|
21
|
H955
|
√
|
√
|
棕色
|
22
|
H956
|
√
|
√
|
紅色
|
42
|
H949
|
√
|
√
|
黑色
|
13
|
H950
|
√
|
√
|
4-2、臺達伺服的調(diào)試
手動調(diào)試:在整個系統(tǒng)的機械安裝和電器的連接完畢后,首先利用上位系統(tǒng)或
臺達伺服所具有的手動控制方式,同時將所有
伺服的參數(shù)P0-02設(shè)置成14,讓機構(gòu)的X軸和Y軸進行往復(fù)的運動,在伺服的顯示屏上會顯示伺服在此機構(gòu)上面應(yīng)用的
轉(zhuǎn)動慣量JL/JM,我們利用臺達伺服的軟件自動增益調(diào)整功能中的靜態(tài)增益調(diào)整,將伺服顯示的轉(zhuǎn)動慣量JL/JM和我們通過調(diào)試計算出來的響應(yīng)頻寬B.W輸入的軟件中,在單晶硅爐項目中我們測試出伺服的轉(zhuǎn)動慣量JL/JM、響應(yīng)頻寬B.W是80,計算出來我們需要的參數(shù),把這些參數(shù)手動輸入的伺服控制器中,單晶硅爐即可正常運行。
自動調(diào)試:這種調(diào)試比手動要簡單了,首先也要像手動那樣先將轉(zhuǎn)動慣量JL/JM測試出來,把這個值輸入到參數(shù)P1-37中,再把參數(shù)P2-31設(shè)置成64、P2-32設(shè)置成5,這樣單晶硅爐就可以正常運行了。
無計算機軟件時的PDFF 自動增益調(diào)機步驟
|
手動調(diào)整比自動調(diào)整要精確的多,可以通過多次的加工測試來測試出一組最適合整個機構(gòu)的參數(shù);但是手動調(diào)整的時間要比較長,花費的工期也比較多,同時在成批量生產(chǎn)的過程中,伺服參數(shù)的輸入等也都非常的不方便;臺達AB系列伺服的高性能、整定時間短、在
單晶硅爐應(yīng)用中的調(diào)頻參數(shù)比較寬等等,所以我們在單晶硅爐的正常應(yīng)用中使用自動調(diào)整比較多一點。
4-3、ASDA伺服參數(shù)的說明
ASDA
伺服在單晶硅爐系統(tǒng)應(yīng)用中需要更改的參數(shù)說明
P0-02:14
P1-01:2
控制模式及控制命令輸入源的設(shè)定
P1-37:11
伺服電機的負載
慣量比;在自動模式下用來設(shè)定伺服電機的負載慣量比
P1-44:12、P1-45:10
電子齒輪比的分子、分母;使伺服電機帶動的滾珠絲杠等機構(gòu)運動的距離與
上位機要求的距離相同
P1-46:10128
檢出器輸出脈沖數(shù)設(shè)定: 脈沖數(shù)設(shè)定值范圍即為伺服電機一回轉(zhuǎn)的輸出單相脈沖數(shù)。
P2-00:125
位置控制增益;主要控制
伺服位置環(huán)回路的應(yīng)答性
P2-04:5526
速度控制增益;主要控制伺服速度環(huán)回路的應(yīng)答性
P2-06:80
速度積分補償;控制
伺服電機、機構(gòu)的固定偏差和整個機構(gòu)的抖動
P2-25:3
P2-26:14
外部干擾抵抗增益;用來增加對外力的抵抗能力并降低加減速的過沖現(xiàn)象
P2-31:64
自動及簡易模式設(shè)定;在自動模式時用來設(shè)定響應(yīng)的頻寬
P2-32:5
增益調(diào)整方式;設(shè)定
伺服的調(diào)整模式為PDFF自動模式即負載
慣量比固定,伺服的響應(yīng)頻寬可調(diào)整