臺達伺服系統(tǒng)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(yōu)勢。近年來，伴隨我國經濟快速發(fā)展，我國晶體產業(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(shù)量而言，我國已經成為生產大國，包括外資企業(yè)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(fā)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。

　　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(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(wěn)，定位精度高。

3.1 方案設計
切割設備的收放卷部分是整個系統(tǒng)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(tǒng)收放卷來實現(xiàn)同步控制與恒張力控制。系統(tǒng)中的觸摸屏用于人機交互操作（設置參數(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)。經調整參數(shù)臺達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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(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。

　　用臺達的工控系統(tǒng)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(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范圍內輕微的擺動。