Casos de aplicación de los servomotores Delta

A medida que el suministro de energía mundial se vuelve cada vez más limitado, los productos fotovoltaicos de energía renovable se están desarrollando rápidamente. Según las estadísticas de la industria, la capacidad de producción nacional de células solares era de 300 MW en 2005 y había aumentado a 1.000 MW en 2007. En 2010, la capacidad de producción de células solares/capacidad de producción de módulos de mi país alcanzará más de 5000 MW, lo que muestra una enorme demanda del mercado de silicio monocristalino y policristalino, más de 10 años por delante de las expectativas originales del mercado, y también indica que la demanda del mercado de hornos de silicio monocristalino crecerá exponencialmente. El horno de silicio monocristalino es un equipo especial para los cristales de Czochralski de materiales semiconductores. Las varillas de silicio monocristalino se procesan en chips mediante procesos posteriores como el corte y se convierten en dispositivos principales de materiales semiconductores como diodos, células solares y circuitos integrados. En los últimos años, debido a la crisis energética internacional y la mejora del medio ambiente global, ha habido una enorme demanda de energía nueva y renovable. La industria fotovoltaica ha experimentado un crecimiento sin precedentes y la producción de materiales semiconductores de silicio ha entrado en un nuevo desarrollo. Por lo tanto, el desarrollo de la energía renovable se ha acelerado vigorosamente. La industria fotovoltaica del silicio y el material más básico: los materiales semiconductores de silicio (monocristalinos, multichip) se han convertido en una máxima prioridad, y el crecimiento del silicio. Los materiales son inseparables del soporte del equipo de los hornos de silicio monocristalino y de los hornos de silicio policristalino.

2. Introducción al flujo del proceso del horno de silicio monocristalino, análisis de requisitos técnicos y soluciones

2-1. Introducción al flujo del proceso del horno de silicio monocristalino

Los componentes de un horno de silicio monocristalino se pueden dividir en cuatro partes

(1) Cuerpo del horno: incluido el crisol de cuarzo, el crisol de grafito, los componentes de calentamiento y aislamiento y las paredes del horno

(2) Mecanismo de elevación y rotación del crisol y varilla de cristal: incluye plato de semillas, alambre para colgar y componentes giratorios de elevación

(3) Control de presión atmosférica: incluye control de flujo de gas, sistema de vacío y válvula de control de presión

(4) Sistema de control: incluye sensor de detección y sistema de control por computadora

Tecnología de procesamiento:

Alimentación → fusión → crecimiento de cuello → crecimiento de hombros → crecimiento de igual diámetro → Crecimiento de cola

(1) Adición de materiales: coloque las materias primas de polisilicio y las impurezas en el crisol de cuarzo. El tipo de impurezas depende del tipo de resistencia N o P. Los tipos de impurezas incluyen boro, fósforo, antimonio y arsénico.

(2) Fusión: después de agregar materias primas de polisilicio al crisol de cuarzo, el horno de crecimiento de cristales debe cerrarse y evacuarse, luego llenarse con gas argón de alta pureza para mantenerlo dentro de un cierto rango de presión, y luego encienda el calentamiento de grafito. Encienda la fuente de alimentación del dispositivo y caliéntelo por encima de la temperatura de fusión (1420 °C) para derretir la materia prima de polisilicio.

(3) Crecimiento del cuello: cuando la temperatura del silicio fundido es estable, el cristal semilla se sumerge lentamente en el silicio fundido. Debido a la tensión térmica cuando el cristal semilla está en contacto con el campo de fusión de silicio, se producirán dislocaciones en el cristal semilla, y estas dislocaciones deben eliminarse mediante crecimiento por contracción. El crecimiento del cuello consiste en levantar rápidamente el cristal semilla hacia arriba, de modo que el diámetro del cristal semilla crecido se reduzca a un cierto tamaño (4-6 mm, ya que la línea de dislocación forma un ángulo con el eje de crecimiento, siempre que el cuello sea). Durante el tiempo suficiente, la dislocación puede crecer fuera de la superficie del cristal, produciendo un cristal sin dislocaciones.

(4) Crecimiento sin hombros: Una vez crecido el cuello delgado, se debe reducir la temperatura y la velocidad de extracción para que el diámetro del cristal aumente gradualmente hasta el tamaño requerido.

(5) Crecimiento de igual diámetro: después de que crecen el cuello y los hombros delgados, el diámetro del lingote se puede mantener entre más y menos 2 mm ajustando continuamente la velocidad de extracción y la temperatura. Este diámetro es fijo. La pieza se llama pieza de igual diámetro. Las obleas de silicio monocristalino se toman de la sección de igual diámetro.

(6) Crecimiento de la cola: si la varilla de cristal se separa de la superficie del líquido inmediatamente después de hacer crecer la parte de igual diámetro, la fuerza del efecto provocará que aparezcan dislocaciones y líneas de deslizamiento en la varilla de cristal. Por lo tanto, para evitar este problema, el diámetro de la varilla de cristal debe reducirse lentamente hasta que se convierta en una punta afilada separada de la superficie del líquido. Este proceso se llama crecimiento de la cola. El lingote crecido se eleva a la cámara superior del horno y se enfría durante un período de tiempo antes de sacarlo, completando así un ciclo de crecimiento. La máquina completa del horno de silicio monocristalino se muestra a continuación:

2-2 Requisitos técnicos y análisis de la solución

El horno de silicio monocristalino requiere cuatro ejes de transmisión, dos de los cuales se utilizan. sistema de servocontrol, y los otros dos se realizan mediante dispositivos de accionamiento de CC según las necesidades del proceso, el equipo se divide en un marco de horno, una cámara de horno principal, una cámara auxiliar, un mecanismo giratorio de elevación, un mecanismo de seguimiento inferior y un sistema hidráulico; Mecanismos de elevación: sistemas de circuitos de gas y vacío, sistemas de refrigeración por agua, sistemas de medición óptica, sistemas de control de movimiento y calefacción eléctrica, sistemas de control por computadora y muchos otros mecanismos. A través de la optimización del sistema se logra la integración de productos de alta tecnología. En segundo lugar, el equipo adopta muchos mecanismos más nuevos.

El mecanismo de elevación y rotación anterior utiliza un eje estriado equipado con una rueda de bobinado de alambre y un anillo de cepillo para lograr una elevación y rotación estables en un volumen pequeño, cumpliendo con los requisitos del proceso y reduciendo la altura del equipo. El mecanismo del husillo de bolas de precisión se combina con el sello de fluido magnético del crisol y las piezas que sostienen el movimiento se colocan fuera de la cámara de vacío para lograr la combinación perfecta de movimiento de precisión y sellado al vacío. El uso es estable y confiable. El mecanismo de elevación no utiliza autobloqueo para mantener la válvula de giro de la cámara auxiliar. En emergencias como fugas de silicio en el horno y aumento repentino de presión, se puede realizar un alivio automático de presión para mejorar la seguridad y confiabilidad del equipo. En términos de control eléctrico, el equipo adopta funcionamiento programable, reemplazando el tradicional relé de programación lógica. El sistema de control eléctrico se ha actualizado desde el microordenador de un solo chip utilizado en la mayoría de las máquinas domésticas a tres tipos de control de automatización industrial: IRCON y CCD, lo que ha mejorado el nivel de control de automatización del equipo.

En algunos esquemas de control, el sistema de servocontrol tiene los siguientes problemas: 1. El ángulo del tubo de salida del codificador del servocontrolador se daña con frecuencia; 2. El extremo del eje de salida del servomotor a menudo está roto; 3. Los puntos de entrada y salida del servocontrolador requieren un total de 4 fuentes de alimentación conmutadas de 24 V CC y 12 V CC;

La comparación de funciones entre el sistema de servocontrol original y el sistema de servocontrol de la serie Delta AB es la siguiente : Proyecto original Ventajas del servo japonés Serie Delta AB fuente de alimentación de entrada de servo monofásico 200 V (por debajo de 400 W) < monofásico 200 V (por debajo de 2 KW) control de un solo eje ninguno < punto a punto función de indexación de ocho puntos ninguno < 32 -grados de posicionamiento automático ninguno < 8 conjuntos de posicionamiento del temporizador ENTRADA DI 7 puntos < 8 puntos SALIDA DO 4 puntos < 5 puntos Comunicación RS232 < MODBUS Tiempo de establecimiento de posicionamiento de posición 3 ms < 1 ms Entrada digital programable NO < OK Características de frecuencia del bucle de velocidad 450 Hz = 450Hz DC24V Ninguno < Integrado a través del servosistema japonés original Problemas existentes y tabla de comparación de funciones entre el servo Delta y el servo japonés original El cliente finalmente eligió nuestra solución de control del servosistema serie Delta AB para el sistema de servocontrol: 2 juegos de servocontrol. sistemas seleccionados del servo de la serie Delta AB, modelo ASDA-0421AB;

3. Teoría de control y características principales del servo de la serie Delta AB

3-1. El servo de la serie Delta AB adopta un control robusto avanzado. teoría (PDFF) como se muestra a continuación

3-2 Ventajas y desventajas de la teoría de control robusta

Ventajas:

1. amplio rango, el sistema mantiene un excelente rendimiento

2. Diferentes controles de compensación para comandos e interferencias

3 La estabilidad está totalmente garantizada

4. y características de rotación a baja velocidad Excelente

Desventajas:

1 Los parámetros de control deben obtenerse mediante cálculos matemáticos complejos y los usuarios no pueden ajustarlos por sí mismos

Contramedidas: Dependiendo del tamaño de la rigidez de amortiguación, el controlador contiene diez conjuntos de potentes controladores para que los usuarios elijan

4 Implementación de servosoluciones de la serie Delta AB en hornos de silicio monocristalino

4-1. Silicio monocristalino La línea de conexión entre el sistema de control de la computadora superior del horno y el servo de la serie Delta AB. Color de línea servo CN1 Con límite sin límite. √ Azul 10 H954 √ √ Blanco 21 H955 √ √ Marrón 22 H956 √ √ Rojo 42 H949 √ √ Negro 13 H950 √ √ 4-2. Depuración del servo Delta

Depuración manual: Después de la instalación mecánica del Todo el sistema y la conexión eléctrica están completos, primero use el modo de control manual del sistema host o el servo Delta, y configure los parámetros P0-02 de todos los servos en 14, para que el eje X y el eje Y del mecanismo puedan alternativo, que se mostrará en la pantalla del servo. Para el momento de inercia JL/JM aplicado por el servo en este mecanismo, utilizamos el ajuste de ganancia estática en la función de ajuste automático de ganancia del software del servo Delta para combinar el momento de inercia JL. /JM mostrado por el servo con el ancho de banda de respuesta B.W calculado mediante depuración. En el software de entrada, en el proyecto del horno de silicio monocristalino, probamos que el momento de inercia del servo JL/JM y el ancho de banda de respuesta B.W son 80. Calculamos los parámetros que. necesita e ingresa manualmente estos parámetros en el servocontrolador. El horno de silicio puede funcionar normalmente.

Depuración automática: este tipo de depuración es más simple que la depuración manual Primero, pruebe el momento de inercia JL/JM como manual, ingrese este valor en el parámetro P1-37 y luego configure el parámetro P2 Set -31. a 64 y P2-32 a 5, para que el horno de silicio monocristalino pueda funcionar normalmente.

Pasos de ajuste automático de ganancia de PDFF sin software de computadora. El ajuste manual es mucho más preciso que el ajuste automático. Se puede probar un conjunto de parámetros que son más adecuados para todo el mecanismo mediante múltiples pruebas de procesamiento; sin embargo, el ajuste manual lleva más tiempo y cuesta más. El período de construcción también es relativamente largo y, al mismo tiempo, es muy inconveniente ingresar los parámetros del servo durante la producción en masa. El servo de la serie Delta AB tiene un alto rendimiento, un tiempo de establecimiento corto y parámetros de modulación de frecuencia más amplios en aplicaciones de hornos de silicio monocristalino. encendido, por lo que utilizamos el ajuste automático con más frecuencia en aplicaciones normales de hornos de silicio monocristalino.

4-3. Descripción de los parámetros del servo ASDA

Explicación de los parámetros que deben cambiarse cuando se utiliza el servo ASDA en sistemas de hornos de silicio monocristalino

P0- 02:14

Visualización del estado del conductor utilizado para mostrar el momento de inercia del mecanismo

P1-01:2

Configuración del modo de control y control; fuente de entrada de comando

P1-37:11

La relación de inercia de carga del servomotor se utiliza para configurar la relación de inercia de carga del servomotor en modo automático

P1-44: 12. P1-45:10

El numerador y denominador de la relación de engranaje electrónico; haciendo que el husillo de bolas y otros mecanismos impulsados ​​por el servomotor se muevan la misma distancia que la distancia requerida por la computadora host

P1 -46:10128

Configuración del número de pulso de salida del detector: el rango de valores de configuración del número de pulso es el número de pulsos monofásicos emitidos por el servomotor para uno revolución.

P2-00:125

La ganancia de control de posición controla principalmente la capacidad de respuesta del bucle de posición del servo

P2-04:5526

La ganancia de control de velocidad controla principalmente la capacidad de respuesta del bucle de velocidad del servo

P2-06:80

La compensación integral de velocidad controla la desviación fija del servomotor; mecanismo y la fluctuación de todo el mecanismo

P2-25:3

Filtro de paso bajo de supresión de vibraciones utilizado para establecer la constante de tiempo del filtro de paso bajo de supresión de vibraciones

P2-26:14

Ganancia de resistencia a interferencias externas utilizada para aumentar la resistencia a fuerzas externas y reducir el exceso de aceleración y desaceleración

P2-31:64

Configuración del modo automático y simple; se utiliza para configurar el ancho de banda de respuesta en modo automático

P2-32:5

Método de ajuste de ganancia; establece el modo de ajuste del servo. Es el PDFF; modo automático, es decir, la relación de inercia de carga es fija y el ancho de banda de respuesta del servo es ajustable

En 2007, entre la producción mundial de silicio cristalino, el grado electrónico representó casi el 55%, y el grado solar. representó más del 45%. Con el rápido desarrollo de la industria solar fotovoltaica, la demanda de silicio cristalino para chips de células solares está creciendo mucho más rápido que el desarrollo del silicio cristalino semiconductor (la tasa de crecimiento de la energía solar es de más de 2 dígitos y la de los chips semiconductores es de aproximadamente 5%). En un futuro próximo, la demanda de silicio cristalino solar superará significativamente el consumo de silicio cristalino de grado electrónico. Actualmente, los materiales de silicio cristalino (incluidos el silicio policristalino y el silicio monocristalino) son los materiales fotovoltaicos más importantes, con una cuota de mercado de más del 90%, y seguirán siendo el material principal para las células solares durante mucho tiempo. En todo el mundo, la producción y el suministro de silicio cristalino de grado solar han restringido seriamente el desarrollo de células solares. De esto podemos ver que el mercado de hornos de silicio monocristalino y hornos de silicio policristalino correspondientes a la producción de silicio cristalino debe estar extremadamente caliente. Al mismo tiempo, en los últimos años, el desarrollo de equipos de hornos de silicio cristalino es también una de las direcciones de desarrollo importantes que afectan a la industria de la energía solar;