基于CANopen現(xiàn)場總線的在線制絨清洗機(jī)控制系統(tǒng)

王 達(dá)，胡彩豐，李建國，高麗穎

(北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司，北京 100015)

在線式制絨清洗機(jī)，用于硅片表面形成絨面，提高光電轉(zhuǎn)換效率，并進(jìn)行表面清洗，去除表面顆粒和金屬離子污染。見圖1所示。

圖1 在線清洗機(jī)示意圖

在線制絨清洗機(jī)控制系統(tǒng)采用BECKHOFF的C6915工控機(jī)配19英寸觸摸顯示器作為上位機(jī)的管理操作平臺，施耐德的M 258 PLC為主控制器，同時選用3臺施耐德的LEX32A作為傳送電機(jī)的伺服驅(qū)動器以及6臺施耐德的A312作為泵的變頻調(diào)速器，并采用FESTO的2套閥導(dǎo)作為閥門的控制器，整個控制系統(tǒng)共有11個從站，再加上遠(yuǎn)程I/O模塊，必須采用高速通訊網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時交換與控制，因此系統(tǒng)采用了CANopen的高速現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建整個控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)反應(yīng)及時迅速并能穩(wěn)定可靠運(yùn)行，同時采用以太網(wǎng)接口，具有遠(yuǎn)程調(diào)試診斷功能，為工廠自動化預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)接口。

1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

在線制絨清洗機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 在線制絨清洗機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)控制分為三級。

第一級為執(zhí)行器，包括伺服驅(qū)動器，變頻器及閥導(dǎo)。傳送電機(jī)的伺服驅(qū)動器采用施耐德公司的LXM 32A總線型控制器，配有閉環(huán)控制編碼器，并且每個傳送軸另配有增量型編碼器，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。變頻器采用施耐德公司的ATV312系列控制器，對循環(huán)泵及干燥電機(jī)進(jìn)行精確的控制。閥導(dǎo)采用FESTO公司的MPA32型閥導(dǎo)對閥門進(jìn)行控制。伺服驅(qū)動器上配有CANopen總線接口，變頻器上配有CANopen菊花鏈通訊卡，閥導(dǎo)上配有FB14現(xiàn)場總線終端，與PLC組成CANopen現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時高速通訊。

第二級為PLC控制系統(tǒng)，PLC采用施耐德公司的M 258可編程控制器，并配有3個遠(yuǎn)程I/O，遠(yuǎn)程I/O與PLC通過TM 5發(fā)射器和接收器擴(kuò)展內(nèi)部TM 5數(shù)據(jù)總線，從而進(jìn)行運(yùn)程I/O擴(kuò)展對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時高速的采集與控制。遠(yuǎn)程I/O模塊通過TM 5數(shù)據(jù)總線與PLC的無延時通訊在很大程度上解決了因?yàn)榫嚯x長而產(chǎn)生的信號衰減與接線的繁瑣。

第三級為上位機(jī)控制系統(tǒng)，采用BECKHOFF的C6915工控機(jī)配19英寸觸摸顯示器，用于整個系統(tǒng)的監(jiān)控。上位機(jī)采用我單位自主研發(fā)的應(yīng)用軟件，通過以太網(wǎng)與PLC聯(lián)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)整個在線制絨清洗機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制和自動控制。采用以太網(wǎng)接口，具有遠(yuǎn)程調(diào)試診斷功能，為工廠自動化預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)接口。

2 主要控制功能

2.1 硅片的同步傳輸

傳送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 傳送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如何保證硅片同步傳輸，不疊片，不碎片，是整個控制系統(tǒng)的重點(diǎn)及難點(diǎn)！如圖3所示，整個傳送系統(tǒng)分為三部分，分別為入口處，噴淋1處及出口處。三部分單獨(dú)控制。我們在程序中采用以下幾種設(shè)計方式來保證硅片的同步傳輸，不疊片，不碎片：

（1）傳送啟動順序，出口處傳送3首先運(yùn)動，然后噴淋1處傳送2運(yùn)動，最后入口處傳送1運(yùn)動。從后往前依次運(yùn)動。程序如圖4所示。

圖4 傳送啟動程序示意圖

（2）傳送速度，V1

（3）增量編碼器被連接到傳送系統(tǒng)中，編碼器連接器將編碼器輸出接入高速計數(shù)器輸入，依靠脈沖數(shù)來計算傳送距離。增量編碼器的1個脈沖對應(yīng)1mm的距離。在程序里依靠脈沖（1 pulse＝1mm）的數(shù)量測量硅片流入所需通過的整個設(shè)備的長度。例如,1個硅片通過設(shè)備的距離（在輸入和輸出傳感器之間的距離）是2m，將需要2000個脈沖。

(4)在程序中不僅通過編碼器采集電機(jī)的實(shí)際速度，還把電機(jī)的實(shí)際狀態(tài)給到上位機(jī)。程序如圖5所示。

2.2 制絨溫度的閉環(huán)控制

制絨溫度控制原理如圖6所示。

圖5 電機(jī)實(shí)際狀態(tài)程序示意圖

圖6 制絨溫度控制原理圖

制冷機(jī)對儲液槽溶液進(jìn)行制冷，當(dāng)溫度傳感器1達(dá)到設(shè)定溫度時，循環(huán)泵P0201開始工作進(jìn)行循環(huán)，溶液進(jìn)入熱交換器，當(dāng)溫度傳感器2和溫度傳感器3與設(shè)定溫度相同時，溶液進(jìn)入溢流槽開始工作。當(dāng)溫度傳感器2或溫度傳感器3沒有達(dá)到設(shè)定溫度時，冷卻水閥門PV0206、PV0205打開，冷卻循環(huán)水開始循環(huán)帶走熱交換器中的熱量使溫度逐漸達(dá)到設(shè)定值，再進(jìn)入溢流槽工作。

2.3 自動清洗

自動清洗是在設(shè)備停機(jī)的狀態(tài)條件下進(jìn)行的，不僅在設(shè)備系統(tǒng)頁有清洗按鈕，在每一工位系統(tǒng)頁單獨(dú)有清洗每一工位的清洗按鈕，當(dāng)清洗按鈕按下后，每一槽的排放閥門打開，每一槽排放到低極限液位后延時一段時間排放閥門關(guān)閉，去離子水閥門打開，開始補(bǔ)液到儲液槽，一直補(bǔ)液到高液位為止，清洗過程補(bǔ)液液位比正常工作時液位偏高，循環(huán)泵啟動開始循環(huán)一段時間之后停止，重復(fù)排液、補(bǔ)液，循環(huán)過程，重復(fù)幾次。根據(jù)不同的工藝要求，自動清洗設(shè)備之后要根據(jù)工藝要求進(jìn)行配液。

3 總 結(jié)

在線制絨清洗機(jī)控制系統(tǒng)中，我們采用了M 258可編程控制器，CANopen現(xiàn)場總線系統(tǒng)，特別是Somachine PLC編程軟件，把很多功能封裝成功能塊，應(yīng)用時只要調(diào)用賦予管腳信息即可，省去了大量代碼的書寫，并且把CANopen通訊協(xié)議封裝好，在應(yīng)用中只要設(shè)定站點(diǎn)號及通訊速度即可，不必寫大量的命令代碼。這套控制系統(tǒng)在長距離信號傳輸上體現(xiàn)了很大的優(yōu)勢，尤其是遠(yuǎn)程島及CANopen現(xiàn)場總線的應(yīng)用解決了信號點(diǎn)多距離長的問題，CANopen現(xiàn)場總線的應(yīng)用，其高速的通訊性能，靈活的配置組態(tài)，已經(jīng)成為在線制絨清洗機(jī)控制系統(tǒng)的一大亮點(diǎn)，并將在以后的自動化控制系統(tǒng)中會越來越廣泛地應(yīng)用。

[1]施耐德公司.M 258可編程控制器硬件手冊[Z].2010.

[2]施耐德公司.M 258可編程控制器編程手冊[Z].2010.

[3]施耐德公司.Somachine軟件[Z].2010.