6ES7223-1BF22-0XA8库存现货
1 前言
随着中国光伏电池产量的高速增长，晶体硅的的生产及其加工设备也得到了迅猛发展。晶体硅的生产和加工工艺主要：生长，切断，外径滚磨，平边，切片，倒角，研磨，等等。其中切断的目的是切除单晶硅棒的头部、尾部及超出客户规格的部分，将单晶硅棒分成切片设备可以处理的长度。台达机电产品在单晶硅生产及其加工设备领域有着广泛的应用。本文以单晶硅棒切割机的工作原理和结构特点为基础并结合台达机电产品，对切断机的控制系统的设计和实施进行了简要介绍。
2 晶体切断机介绍
该设备为晶体切断专用设备，适用于单晶硅棒和多晶硅棒坯料去头尾、切段等工作。其主要工艺流程为：调整锯条张力，夹紧棒料，设定切割参数，启动锯条，手轮推进，自动推进，切割完毕。其中在自动切割状态下，由于晶体硅棒表皮较硬材料特性，需采用慢入慢出的切割工艺。速度曲线如图1。
3 控制构架
根据上述控制工艺，系统控制主要电气元件如表1。
表1 系统空竹的主要电气元件
一、 DMV双摄像机检测原理
激光切割机是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。
客户目前的需要激光切割的板材尺寸约为1m×1.2m，需要利用激光切割出如图1的一个个小矩形，切割精度要求为0.05mm。由于被切割材料本体比较长，在上料的时候，往往很难保证其一致性，所以需要考虑采用视觉（又称CCD）来检测板材的倾斜角度以及偏移量。
二、系统配置
三、方案实施
由于材料本体尺寸比较大，如果将被测物完全拍摄到，则其检测精度必然无法达到要求。所以考虑只拍摄该板材上的上下两个MARK（标记）的位置，获知两个MARK点的偏移量后可通过推导得出该板材的整体偏移量以及旋转角度。
为确保检测精度，所以考虑采用一个相机各拍摄一个MARK的方法。本系统中采用2个相机和4个光源的架构
在材料无任何旋转以及偏移的情况下，两个MARK点的理论坐标为X1，Y1与X2，Y2。在实际上料以后，相机拍摄后会获取实际的坐标X3，Y3和X4，Y4。由此就可得：
ΔX1=X1-X3；ΔX2=X2-X4；ΔY1=Y1-Y3；ΔY2=Y2-Y2
根据上位机软件的计算，实际坐标之间的连线与理论坐标的连线就可获知该板材的旋转角度θ角。结合水平ΔX1，ΔX2以及垂直方向的ΔY1以及ΔY2，就可准确获知板材的整体偏移及旋转角度。
由于本案检测精度要求较高，MARK点的设置也变的尤为重要，经过多方讨论，终确定MARK采用如下方案：
由于拍摄距离客户要求330mm的物距，以及考虑到检测精度要求，所以采用2个增倍镜头以及接环。本项目都采用80万像素的相机，分辨率为1024×768，可根据分布像素推算检测精度:
4mm/1024pixel= 0.004mm/pixel（一个像素值代表0.003mm）；考虑到系统存在检测误差以及外部光源干扰与振动干扰，可以计算，本系统检测精度在0.012mm。
可使用“边形匹配”工具，定位Mark点的位置。接着使用“边缘位置”工具，检测Mark点的交叉点X，Y轴坐标。
同时，本DMV系统支持以太网通讯功能，可将检测到的坐标偏移量，通过以太网通讯的方式送到上位机，并进行处理。本案中客户采用的上位机是工业电脑。
四、实施效果
在本切割系统中，视觉定位为其精度的切割提供了前端的检测数据。为其终获得满足要求的切割精度提供了保证。视觉检测为许多先前无法检测或者难以检测的数据提供了一种全新的解决方案。
一、原系统分析
株洲硬质合金厂空调系统共有溴化锂机组两台，其中冷冻水泵2台功率为200KW，采用自耦降压启动。操作工根据负荷情况开1台或2台。单台水泵大输出**为600m3/h，系统全开时为1200m3/h。现水泵运行出口压力为4.5-9kg，小**需求为200m3/h，大**需求为950m3/h。压力波动较大的原因为，冷冻水泵**不能根据负载变化调节，一旦后级工段冷冻水量减少水泵出口压力就会急剧上升。冷冻水在管路里快速循环未充分换热就回水，造成回水温度低。水泵和主机都白白消耗能量。
当1#机组开起后，1#**必须满足低**值200 m3/h，如果用户**没有达到低**值时，机组就会停机保护，值班人员必须提前打开旁通阀，使部分冷冻水在机组内循环来保证机组内有200 m3/h以上的**。2#也如此。
二、改造控制要求：
分三个阶段完成自动控制，下面以1#空调机组为例详细说明如下：
机组冷水出口**不得低于200 m3/h;
当1台泵输出压力不能满足要求时，系统提示手动开启另一台泵;
选择1#或2#泵为变频运行泵。
当需求**为0～300 m3/h时，1#泵定频运行，保证300 m3/h的总**输出，旁通调节阀打开并做PID调节，以保证输出用户所需的**;
当需求**为300 m3/h～600 m3/h时，1#泵变频运行并做PID调节，同时旁通阀门全关;
当需求**为600 m3/h～900 m3/h时，1#泵定频运行，输出300 m3/h 的**;2#泵工频运行，输出600 m3/h的**;旁通调节阀打开并做PID调节，保证6kg的输出压力;
当需求**为900 m3/h～1200 m3/h时，1#泵变频运行，并做PID调节，2#泵工频运行，旁通阀门全关。
变频系统通过控制柜上选择开关，选择任意一台水泵采用变频控制方式，其他水泵还采用原控制模式。被选择作为变频水泵的机组作为整个系统的调节水泵，来自动调节冷冻水**。在自动控制模式下，利用PLC采集总管压力信号并根据PID运算发出变频器频率给定信号，自动调节电机（水泵）转速使冷冻水压力变化来实现自动控制。还采集输出**送到PLC进行PID计算后再输出4～20mA的电流信号控制旁通阀，来实现恒流的效果。
同时PLC将现场参数，进出口压力值、变频器频率、电流、电机转速等上传至控制室内的人机界面进行参数显示。在控制室可通过人机界面对给定压力值、下限**值、PID参数、变频泵选择和启动远程控制。远程实现各种操作，极大的方便了系统控制。控制方式本方案在保留原工频系统的基础上与原工频系统之间设置连锁以确保系统工作安全。
三、设备的配置
（1）友好的人机界面：由于系统需对每台机组的进口压力、出口压力、出口**、总压力的上限值和下限值，PID参数进行设置，还要对所有的压力、**值进行显示，还有报警信息进行记录。采用Eview的MT506LV人机界面。界面编辑了“主画面”、“控制画面”、“参数设置”、“故障记录”、“压力曲线”、“帮助”六个基本画面。主画面上对采集的压力、**值、变频器的运行频率、电流进行显示，还显示系统当前状态和故障显示，让用户一目了然。
（2）PLC：
PLC是设备的大脑，选用的是艾默生网络能源有限公司的新产品EC20系列的PLC及模拟输入模块和模拟输出模块，EC20系列PLC是高性能的通用PLC，内存指令容量达到8k；典型基本指令执行速度0.09 ~0.42μS典型应用指令则为5~280μS支持高达50kHz的高速输入和80kHz 的高速输出；具有丰富的中断功能，有8路输入中断，3个定时，6路高速计数，支持工业标准的Modbus 通讯网络；指令有浮点运算、PID、高速I/O、通讯等20类共243条，具有掉电检测和后备电池保持，可扩展多个模块，扩展模块有数字型、模拟型、温度型的模块。EC20 的编程采用界面友好的窗口软件，支持多种编程方式：梯形图、指令列表、顺序功能图，方便地监控和调试，可在线修改程序。
（3）PLC的配置
主模块选用EC20-2012BRA，20点输入12点继电器类型输出。模拟输入模块采用8通道的EC20-8AD，模拟输出采用4通道的EC20-4DA。
（4）输入输出设备配置
输入设备有“手动/自动”选择开关，选择变频泵“1#/2#”、系统“启动”“停止”，还采集了工频、变频接触器信号进行互锁和状态显示。
输出设备有1#泵变频运行、2#泵变频运行、故障和复位继电器。
（5）模拟输入输出设备配置
利用EC20-8AD采集了总管压力、旁通阀位置反馈、1#机组出口压力、2#机组出口压力、1#泵出口**、2#泵出口**；用EC20-4DA输出电流信号给定EV2000-4T2000P频率，另一路输出4~20mA的电流信号到旁通阀。
四．工作原理
主电路图如下：
系统采用工变频互备，另外可以灵活的选择需变频的电机是1#还是2#由KM3、KM4来完成。
PLC的I/O接线图如下：
五．程序要点
EC20的COM0与EVIEW人机界面通过MODBUS协议进行通讯，COM1通讯口与艾默生的EV2000变频器进行自由协议通讯，PLC软件设置：
COM1的自由口协议中的波特率、数据位、停止位、效验位必须与变频器中设置一样才能通讯上。EC20时刻检测着变频器的频率、电流、故障再反映到人机界面上。
系统需恒压、恒流，所以做成双PID对变频器和旁通阀进行控制，控制的压力和**在EVIEW人机界面上进行设置
在现场调试过程中，发现现场的负载在每天下午五点下班时会突变，由于负载500m3/h的**突变成几十的**，这个突变的时间只有两三秒的时间，而旁通阀动作的速度很慢，一个行程38mm需2分钟的时间，这样会造成空调机组保护停机，为了解决这一问题，采用实时时钟定时开度旁通阀，也就是每天在五点之前就给旁通阀一个开度，当设定的时间到达后，系统又恢复PID调节。负载突变的时段设置和旁通阀的开度设置画面如下：
五．结束语
本系统已完成，已正式投入使用。由于采用艾默生的EC20系列的PLC进行控制，性能稳定，运行可靠，系统结构紧凑，节省能耗，便于维护。变频器的频率在40HZ左右稳定压力，节能率达到48%。因此不但大大的**了产品的技术含量和自动化水平，而且还极大地**了企业的经济效率，非常具有推广价值。
