《汇川专业技术在硅片切割线设备中电气解决方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汇川专业技术在硅片切割线设备中电气解决方案（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、个人收集整理 仅供参考学习汇川技术在硅片切割线设备中电气解决方案（提供：深圳市汇川技术股份有限公司，应用领域：金属制品）作者：肖尚辉 V1.00关键词：硅片切割、排线自动补偿、精确卷径计算、R角补偿摘要：本文介绍了汇川技术变频器、PLC、伺服与HMI全系列产品在切割线设备上的成功应用，通过精确卷径计算控制排线伺服换向位置实现自动补偿，避免工字轮两变凸起涨轮和凹陷滑丝而夹丝，实现工字轮整个收线过程平整收线。资料个人收集整理，勿做商业用途前言随着全球能源的短缺，可再生的清洁能源成为各国发展的方向。太阳能光伏做为可再生的清洁能源受到越来越多人青睐。近年来国内市场对太阳能能源的需求大幅增加，太阳能光伏
2、电池原材料硅片切割的单晶硅切割钢丝的需求量相应增加，带来线切割设备的需求大增。资料个人收集整理，勿做商业用途硅片供应商生产硅锭或者硅块，将硅原料切合处理成硅片，最终销售给光伏电池制造商用于制造电池。硅片切割是太阳能光伏电池制造工艺中的关键环节，该工艺用于处理单晶硅或者多晶硅的固体硅锭。线锯首先把硅锭切成方块，然后切成很薄的硅片，这些硅片就是制造光伏电池的基板。资料个人收集整理，勿做商业用途硅片是晶体硅光伏电池技术中最昂贵的部分，降低这部分的制造成本对于提高太阳能对传统能源的竞争里至关重要。因此对切割用的钢丝抗拉强度、表面光洁度、尺寸精度、单根长度等都提出了很高的要求，并朝着细小高强度方向发展。
3、资料个人收集整理，勿做商业用途硅片切割工艺介绍光伏切片发展史第一台实用的光伏切片机台诞生于1980年代，它源于瑞士HCT切片系统创办人Charles Hauser博士，这些机台使用切割线配以研磨浆来完成切割动作。今天主流的用于硅锭和硅片切割的机台基本结构仍然源于Charles Hauser 博士最初的机台，不过在处理载荷和切割速度上已经有了显著的提高。资料个人收集整理，勿做商业用途硅片生产过程现代线锯的核心是在研磨浆配合下用于完成切割动作的超细高强度切割线。最多可达1000条切割线相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的切割线“网”。马达驱动导线轮使整个切割线网以每秒5到25米的速度移动。硅块被
4、固定于切割台上，切割台垂通过运动的切割线切割网，使硅块被切割成硅片。切割原理看似非常简单，但是实际操作过程中有很多挑战。线锯必须精确平衡和控制切割线直径、切割速度和总的切割面积，从而在硅片不破碎的情况下，取得一致的硅片厚度，并缩短切割时间，减少硅料消耗。对于以硅片为基底的光伏电池来说，晶体硅（c-Si）原料和切割成本在电池总成本中占据了最多的部分。光伏电池生产商可以通过在切片过程中节约硅原料来降低成本。降低截口损失可以达到这个效果，截口损失主要与切割线直径有关，是切割过程本身所产生的原料损失。切割线直径普遍使用的140100m降低切割线直径还可以在同样的硅块长度下切割出更多的硅片，提升机台产量
5、。让硅片变得更薄同样可以减少硅原料消耗。目前普遍厚度在180-220m范围内。资料个人收集整理，勿做商业用途硅片厚度也是影响生产力的一个因素，因为它关系到每个硅块所生产出的硅片数量。超薄的硅片给线锯技术提出了额外的挑战，因为其生产过程要困难得多。除了硅片的机械脆性以外，如果线锯工艺没有精密控制，细微的裂纹和弯曲都会产品不良率产生负面影响。资料个人收集整理，勿做商业用途光伏领域，线锯技术的进步缩小硅片厚度并降低切割过程中材料损耗，从而减少太阳能电力硅材料消耗量。（每瓦使用更少克数的硅材料）目前，原材料几乎占了晶体硅太阳能电池成本的三分之一，因此线锯技术对于降低太阳能每瓦成本并最终促使其达到电网平
6、价起到了至关重要的作用。最新最先进的线锯技术提高了生产力并通过更薄的硅片减少了硅材料的消耗。资料个人收集整理，勿做商业用途硅片切割对切割线拉拔工艺要求根据后道硅片切割严格的工艺要求，以及晶体硅昂贵的价格，因此对切割线的生产有着很高的要求，主要有：1） 单根丝要足够长，至少要50万米以上，中间不能有接头否则就变为废品处理。切割线相互平行的缠绕在导线轮上形成一个水平的切割线“网”，确保一次加工出多片硅片，如果长度不够将无法绕成“网”。资料个人收集整理，勿做商业用途2） 线外径尺寸一致准确，表面光洁无毛刺发生无论硅片的厚薄，晶体硅光伏电池制造商都对硅片的质量提出了极高的要求。硅片不能有表面损伤（细微
7、裂纹、线锯印记），形貌缺陷（弯曲、凹凸、厚薄不均）要最小化，对额外后端处理如抛光等的要求也要降到最低，切割线直径尺寸一致，表面光洁度好，对拉丝模具精度高，同时张力要平稳，运行后不能加减速。资料个人收集整理，勿做商业用途3） 缠绕在导线轮时放丝不出现夹线断线所谓夹丝是指后绕的丝压人或滑入之前绕的丝内，造成无法逐层放线，而形成断线。出现夹线就会造成无法放出足够长度的线，整盘线报废，所以对工字轮两变的排线要求很高，收线过程中时刻保持表面和两侧平整不出现凹陷和凸起现象。否则就必然夹丝，收线整个过程要求系统能自动检测收线表面凹凸，调整排线换向位置，不需要人为参与。因此对电气控制提出了很高要求。资料个人收
8、集整理，勿做商业用途4） 整根线有足够的抗拉强度，减少切割过程断丝的风险为了提高生产力，更高的切割速度和更大的荷载将会加大切割线的拉力，增加切割线断裂的风险。由于同一硅块上所有硅片是同时被切割的，只要有一条切割线断裂，所有部分切割的硅片都不得不丢弃。然而，使用更粗更牢固的切割丝也并不可取，这会减少每次切割所生产的硅片数量，并增加硅原料的消耗量，因此对线要求较小的直径下有足够资料个人收集整理，勿做商业用途抗拉强度。这主要是对材料和拉拔工艺有严格要求。切割线设备对电气控制要求1） 张力平稳，启停冲击小，运行中减少断丝的风险；2） 排线实现自动补偿，减少夹丝涨轮等情况发生；汇川线切割机控制方案（如图
9、1-1）电气控制柜原材料在一个大的工字轮上采用气缸抱闸控制放卷张力，进入主机后经过多道拉拔出来成品线，经过过线轮由摆杆检测张力进入排线导论再绕到收线工字轮上。拉丝主机控制整个拉丝的速度，变频器只起到调速作用，但低频带载能力要强。收卷由主机的运行频率做为主速度，同时根据摆杆检测到的信号做反馈经内部PID计算后得到PID输出频率，最后的输出频率为主速度加PID。资料个人收集整理，勿做商业用途排线控制是关键，除了精密排线外还要对两边线凹凸进行控制,如下图所示（图1-2）工字轮收线图A为工字轮空盘两边机械加工的需要有R角，这也是提高机械强度需要，同时工字轮两侧与中心线不垂直，这是由机械加工或工字轮使用
10、后涨轮造成，而且这种倾斜角度大小是不可预知的，因此仅靠开始对边的位置排线换向运行行下去必然带来如图B两边凸起或凹陷的情况，凸起的丝就会出现松丝滑落，凹陷后拉的丝就会滑入凹槽内，这就是造成夹丝放线断丝的原因，最后造成整盘丝报废。资料个人收集整理，勿做商业用途排线自动补偿的实现排线上电先回原点，确保排线位置准确一致，新盘上去后要对两边位置对边，当前排线位置由伺服电机编码器反馈信号到PLC，排线开始前要选择工字轮类型进行R角的补偿，PLC过线轮检测到的材料线速度和收线轮检测到的收线角速度计算出当前实时卷径值，卷径计算精度要控制在0.5mm以内，结合排线位置即可得到收线工字轮卷径的高低误差，经PI运算后调整下一个周期排线换向位置控制两边排线凹凸，总调整量为两R角补偿量与自动补偿量总和，实现平整排线，如图C补偿后的效果。为了实现精确排线要适当加大排线伺服刚性和速度前馈量，减少随动误差。资料个人收集整理，勿做商业用途采用汇川系统解决方案优点1） 性价比高，做到控制效果好成本低；2） 提供全系列产品解决方案，系统配合更紧密，可靠性高；3） 汇川人了解工艺更了解自己产品，所以能做到服务更加专业与高效；4） 精确检测技术和科学算法，实现排线自动精确补偿，废品率大为降低；5） 汇川做为本土化上市公司，能为客户提供持续不断的产品改进和方案优化；3 / 3
