宋婉貞，田洪濤，張繼靜

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京100176)

為了更好地滿足市場(chǎng)要求，設(shè)備的各方面性能也要不斷提高。相對(duì)于最初的全自動(dòng)硅片清洗設(shè)備，改進(jìn)之后的設(shè)備，機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制更簡(jiǎn)單穩(wěn)定，工藝適應(yīng)性更強(qiáng)，安全系數(shù)更高。

1 全自動(dòng)硅片清洗設(shè)備簡(jiǎn)介及工作流程

全自動(dòng)硅片清洗設(shè)備一般由槽體、機(jī)械臂、人機(jī)界面和電控柜等幾部分組成，除上料下料需人工外，其余工藝動(dòng)作均由機(jī)械臂來實(shí)現(xiàn)。電氣控制以姆龍公司CP 系列PLC、威綸觸摸屏為核心，該設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單、可靠性高、工藝參數(shù)修改方便等特點(diǎn)，自動(dòng)化程度高，使用于批量生產(chǎn)，可確保清洗質(zhì)量的一致性。

該設(shè)備由用戶手動(dòng)將裝滿工件的清洗籃放到上料臺(tái)，清洗籃根據(jù)在觸摸屏上設(shè)定的程序由機(jī)械臂自動(dòng)依次送到各工位，對(duì)工件進(jìn)行腐蝕、清洗等工藝，工藝結(jié)束后的工件由機(jī)械臂送到下料位，最后由用戶將清洗藍(lán)取走[1]。

2 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制方式改進(jìn)

全自動(dòng)硅片清洗設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制主要是由歐姆龍PLC 的脈沖輸出指令中的定位指令PLS2 并輔助定位傳感器對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行定位，該指令說明如下：

指令概要：在按輸出端口的指定中，指定脈沖輸出量、目標(biāo)頻率、加速比率、減速比率，輸出脈沖。只能為定位（獨(dú)立模式）[2]。

指令符號(hào)

操作數(shù)說明：

C1：端口指定

0000Hex：脈沖輸出0

0001Hex：脈沖輸出1

0002Hex：脈沖輸出2

0003Hex：脈沖輸出3

C2：模式指定

*1：在同時(shí)使用脈沖輸出0 和1 進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，請(qǐng)使用相同的方式

S1：設(shè)定表地位CH 編號(hào)

用1Hz 單位來分別指定按脈沖控制周期（4MS）的增減量

用1Hz 單位來指定加速、減速后的頻率

根據(jù)相對(duì)脈沖指定和絕對(duì)脈沖指定，在實(shí)際中輸出的移動(dòng)脈沖量分別為如下所示。

相對(duì)脈沖指定時(shí)：移動(dòng)脈沖量=脈沖輸出量設(shè)定值

絕對(duì)脈沖指定時(shí)：移動(dòng)脈沖量=脈沖輸出量設(shè)定值-當(dāng)前值

以六個(gè)槽體的全自動(dòng)清洗設(shè)備為例，將上料位作為脈沖原點(diǎn)，其他各個(gè)工位1#～6# 槽以及下料位相對(duì)于原點(diǎn)的脈沖量依次存到通道地址D0、D2、D4、D6、D8、D10、D12 中，移動(dòng)脈沖量存儲(chǔ)到D20 中。

最初的設(shè)備是用該指令的相對(duì)脈沖模式，在該模式的控制下，移動(dòng)脈沖量=脈沖輸出量設(shè)定值。所以當(dāng)機(jī)械臂由當(dāng)前的1# 槽向目標(biāo)3# 槽移動(dòng)時(shí)，不僅要判斷機(jī)械臂的運(yùn)行方向，用以確定PLS2 指令控制數(shù)據(jù)C2 中的方向指定是CW 方向還是CCW 方向，而且要同時(shí)將D0、D4 中的數(shù)據(jù)讀取出來，并計(jì)算出移動(dòng)的脈沖量D20=D4-D0 寫到指令控制數(shù)據(jù)S1+4，S1+5 中。

改進(jìn)之后的設(shè)備運(yùn)用PLS2 指令的絕對(duì)脈沖模式，移動(dòng)脈沖量=脈沖輸出量設(shè)定值- 當(dāng)前值。當(dāng)機(jī)械臂向目標(biāo)位置3# 槽移動(dòng)時(shí)，只需要將D4中的數(shù)據(jù)直接寫到指令控制數(shù)據(jù)S1+4,S1+5 中即可，這就大大減小了程序的復(fù)雜程度，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。

3 工藝適應(yīng)性改進(jìn)

傳統(tǒng)全自動(dòng)硅片清洗設(shè)備通常按客戶要求的工藝順序安排槽體布局，機(jī)械臂按槽體布局順序執(zhí)行。此種設(shè)備針對(duì)性較強(qiáng)，一臺(tái)設(shè)備只適應(yīng)于一種工藝流程，工藝適應(yīng)性極差。

改進(jìn)之后的設(shè)備針對(duì)此種弊端在工藝運(yùn)行順序上做了調(diào)整，設(shè)備最多可以存儲(chǔ)10 套工藝流程，每套工藝流程可以隨意編輯工藝運(yùn)行順序，亦可選擇性運(yùn)行某些槽體，并且每個(gè)槽體的工藝運(yùn)行時(shí)間及快排沖洗槽（QDR 槽）的運(yùn)行模式均可編輯。此種設(shè)備在某種程度上適用于多種工藝，大大提高了設(shè)備的工藝適應(yīng)性。以6 個(gè)槽體的全自動(dòng)清洗設(shè)備為例，工藝運(yùn)行設(shè)置如圖1所示。

圖1 參數(shù)設(shè)置界面

程序號(hào)為存儲(chǔ)的工藝編號(hào)；工序1～7 為工藝運(yùn)行的順序，可選擇1#～6# 槽體及下料位（下料位編號(hào)為7#）；1#～6# 槽時(shí)間為槽體的工藝運(yùn)行時(shí)間，可設(shè)；3#、5# 槽為QDR 槽，可選擇快排沖洗（QDR）模式和溢流模式。用戶可將經(jīng)常用到的幾個(gè)工藝流程提前存儲(chǔ)，運(yùn)行時(shí)只需在界面上選擇程序號(hào)即可，如圖2所示。

圖2 工藝運(yùn)行主界面

用戶選擇程序號(hào)后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，對(duì)應(yīng)的工藝順序、工藝時(shí)間及QDR 槽運(yùn)行模式就會(huì)加載到界面上，確認(rèn)無誤后即可運(yùn)行自動(dòng)程序。

4 安全性能改進(jìn)

主要圍繞設(shè)備安全性和操作工安全方面進(jìn)行了改進(jìn)。

4.1 設(shè)備安全性

4.1.1 硬件改進(jìn)

以往的設(shè)備單純用軟件標(biāo)志確定機(jī)械手抓籃，但當(dāng)設(shè)備運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后可能會(huì)由于震動(dòng)出現(xiàn)機(jī)械手松動(dòng)或偏差的情況，此時(shí)有很大可能出現(xiàn)機(jī)械手漏抓。所以單單只用軟件標(biāo)志來確定機(jī)械爪是否將抓籃提起存在很大的隱患，改進(jìn)之后的設(shè)備在機(jī)械手上安裝了提籃檢測(cè)裝置，用硬件信號(hào)來確定機(jī)械手抓籃顯然比軟件標(biāo)志更加可靠。

4.1.2 PLC 軟件改進(jìn)

機(jī)械臂在橫向或縱向運(yùn)行時(shí)總會(huì)有諸多運(yùn)行條件來判斷機(jī)械臂何時(shí)何地以何種方式運(yùn)行，為防止機(jī)械臂壓壞提籃或槽蓋，考慮對(duì)任何可能會(huì)對(duì)機(jī)械臂、提籃、槽蓋安全有威脅的情況，改進(jìn)之后的軟件在原有軟件基礎(chǔ)上增加了以下幾個(gè)條件：

①在機(jī)械臂平移脈沖輸出前加禁止機(jī)械臂提升脈沖輸出的條件；

②如果平移、提升電機(jī)同時(shí)有脈沖輸出就立即停止提升電機(jī)脈沖輸出，并報(bào)警提示；

③在自動(dòng)狀態(tài)下，如果機(jī)械臂不在任何一個(gè)工位，提升電機(jī)有脈沖輸出同樣立即停止提升電機(jī)脈沖輸出，并報(bào)警提示；

④對(duì)有槽蓋的槽體，同時(shí)用開蓋和關(guān)蓋信號(hào)確定槽蓋的開關(guān)情況：用開蓋檢測(cè)的常開點(diǎn)和關(guān)蓋檢測(cè)的常閉點(diǎn)確定開蓋，用關(guān)蓋的常開點(diǎn)和開蓋的常閉點(diǎn)確定關(guān)蓋，防止某一路檢測(cè)開關(guān)失效或信號(hào)干擾造成的誤判。如若兩檢測(cè)開關(guān)同時(shí)有信號(hào)必須并停止機(jī)械臂下降，并報(bào)警提示。

4.2 操作工安全

一臺(tái)好的設(shè)備不僅要保證設(shè)備自身的安全性，也要考慮到操作人員的安全。改進(jìn)之后的設(shè)備在機(jī)械臂兩側(cè)增加了硬件保護(hù)限位，當(dāng)保護(hù)限位被觸發(fā)時(shí)，立即停止機(jī)械臂脈沖輸出，并報(bào)警提示，以防止操作人員在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中將身體探入設(shè)備內(nèi)部時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)，最大限度的保護(hù)了操作人員的人身安全。

5 總 結(jié)

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的日益發(fā)展，全自動(dòng)硅片清洗設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)愈來愈廣泛。該設(shè)備自動(dòng)化程度高，不僅減少了人工成本而且大大提高了工作效率。改進(jìn)之后的全自動(dòng)硅片清洗設(shè)備，在硬件及PLC 軟件方面都做了改進(jìn)，大大提高了設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。

[1]郁漢琪.電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2003.

[2]OMRON SYSMAC CP 系列CP1H CPU 單元編程手冊(cè)[Z].版本號(hào)Man.No.W450-E2005.7