伺服系统在石英晶体切割设备上应用

1 引言

石英晶体元器件主要生产国集中在亚洲，其中中国在产值和技术水平方面占有很大优势。近年来，伴随我国经济快速发展，我国晶体产业也有了较大的发展，日本主要晶体厂商基本将其成熟产品迁到我国生产，使我国成为世界上主要的晶体生产国之一。目前，就数量而言，我国已经成为生产大国，包括外资企业在内，年产量约有几十亿只左右。

随着中国加入WTO及作为世界工厂地位的确立，晶体产量的提高，晶体切割设备需求也越来越多。以前的晶体切割设备都是从日本进口。进口设备势必成本高，晶体切割设备国产化的需求越来越大。台州某公司生产的石英晶体切割设备的研发成功，为国人提供更多选择机会，可以降低生产成本，提高生产质量。

2 晶体切割设备工艺描述

石英晶体切割过程是拉丝加切割两者的复合动作的过程。拉丝动作跟拉丝机或者薄膜收放卷的动作完全一样。工作过程基本上可以划分成放线、拉丝、收线等3部份工艺过程。但是控制精度和稳定性比较高，需选择高端切割丝线（铜丝）。不同精度规则的产品，不同晶振频率，需选择不同规格的拉丝线径。切割过程是切割线材在收放卷运动过程中，放置石英晶体的工作台以很慢的速度（约5毫米每分钟）速度向切割线材方向运动达到切割的目的。工作台的速度要慢，运转平稳，定位精度高。

3 台达伺服系统应用设计

3.1 方案设计

切割设备的收放卷部分是整个系统最难控制的部分；也是决定设备生产效率的部分。为了调高生产效率和调高产品的品质。选择机械特性非常好的台达伺服系统收放卷来实现同步控制与恒张力控制。系统中的触摸屏用于人机交互操作（设置参数/状态状态等）；PLC主要作为伺服定长控制和恒张力控制；伺服系统用于定长控制；变频器用于排线控制。

为了提高切割设备的效率，系统要求伺服能频繁启停，且保证高速启停以及加减速过程中要保证收放线都很平稳。经调整参数台达B系列伺服系统完全满足要求。

为保证工作台能以5毫米每分钟的低速平稳运转及调高切割精度，推荐客户配置精密减速机。

3.2控制系统的组成

（1）伺服：台达B系列0.4－2KW 共5个伺服的变频器： VFD022B43A 两个；
（2）PLC: 台达 DVP28SV+DVP-01PU；
（3）HMI: 台达DOP-A75BSTD。

3.3设备调试

整个系统在启动、加速、减速、停车过程中要求收放线能很快达到平衡。启动时要求主拉具有较高的启动转矩，且速度不能下降。伺服低速百分之三百的过负载能力保证了启动时高转矩。为调高工作效率，要求控制系统能快速相应速度变化，对浮动杆的变化响应也要快。伺服加减速时间需要比较短。最好能够收放卷的伺服加减速时间比拉丝加减速时间长一点。为保证启动，加速，减速，停止过程中收放卷系统平稳，收卷和放卷系的PID参数中位置和速度增益要调大一点；积分增益设置稍微大点，积分周期也要长点，这样能保证速度快速相应和浮动杠的平衡。另外，在使用时PLC程序比较长，扫描时间比较长，对恒张力的收放卷反应速度影响很大。最好尽量少使用FROM/TO指令和简化PLC程序。

4 结束语

用台达的工控系统完成的石英晶体切割设备功能完全能满足客户的要求，晶体切割精度与效率得到提高，达到了预期设计的效果。系统启动、加速、减速、停止的动态过程，浮动杆稳定在平衡位置很小的一个范围内轻微的摆动。(end)