一、摘要
    江蘇省連云港市硅資源豐富，水晶、石英的儲量和品質(zhì)均居全國首位。連云港市硅產(chǎn)業(yè)為國家級區(qū)域性支柱產(chǎn)業(yè)，主要產(chǎn)品普通綠碳化硅及碳化硅微粉的國內(nèi)市場占有率分別為50%和40%。然而，目前大多數(shù)碳化硅企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)總體上較為落后，產(chǎn)品附加值偏低，生產(chǎn)能耗大，因此企業(yè)亟須進(jìn)行產(chǎn)品的升級和高附加值產(chǎn)品的開發(fā)。
    為提高硅資源的利用率，提高其經(jīng)濟(jì)和社會效益，連云港研磨廠與南京工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)聯(lián)合申報2006年度江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項資金項目一“硅晶片線切割用6H SiC微粉材料的研究及產(chǎn)業(yè)化”項目，并委托東南大學(xué)進(jìn)行6H晶型碳化硅微粉產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與自動測控系統(tǒng)研制。本學(xué)位論文課題是其中一項子課題，工作內(nèi)容為承擔(dān)實現(xiàn)對粒度砂恒溫烘干、碳化硅下料、粉碎、氣流粗分進(jìn)行自動監(jiān)測、優(yōu)化控制的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計研制。設(shè)計方案是采用西門子S7-300 PLC為核心控制器構(gòu)架控制系統(tǒng)，采用先進(jìn)的自適應(yīng)PID控制策略，實現(xiàn)對烘干爐加溫、磨粉下料及氣流粗分的全自動控制，并采用美國intellution公司的iFix組態(tài)軟件設(shè)計監(jiān)控平臺，使用更方便、靈活。
    該系統(tǒng)實現(xiàn)了對烘干爐和電磁振動給料機(jī)的自動調(diào)節(jié)，保證烘干爐和粉碎主機(jī)始終工作在最佳負(fù)荷狀態(tài)，在保證質(zhì)量的同時有效的提高了生產(chǎn)效率，降低了能耗；在出現(xiàn)故障時能自動報警并關(guān)斷電源，保護(hù)了現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備。本系統(tǒng)的投入使用對促進(jìn)本地區(qū)碳化硅乃至整個硅產(chǎn)業(yè)的升級和結(jié)構(gòu)優(yōu)化都具有重要的示范和帶動作用。
本學(xué)位論文主要圍繞該系統(tǒng)的設(shè)計過程來展開，包括方案的論證，硬件設(shè)計選型、系統(tǒng)組態(tài)，自適應(yīng)PID建模、算法實現(xiàn)，上位機(jī)監(jiān)控平臺軟件的開發(fā)及系統(tǒng)軟硬件調(diào)試運行。論文對系統(tǒng)的設(shè)計、研發(fā)和調(diào)試過程進(jìn)行了詳細(xì)地闡述。關(guān)鍵詞：雷蒙磨碳化  硅粉碎  PLC自適應(yīng)  PID iFix
二、課題的背景
    電子信息產(chǎn)業(yè)及太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的重要增長點，而硅晶片加工業(yè)對這兩大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要影響。江蘇省是我國最大的微電子及光伏產(chǎn)業(yè)基地，電子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模居全國第二位，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模為全國第一，已基本形成了由硅晶圓制造加工到電子芯片及太陽能電池制造的產(chǎn)業(yè)鏈。硅晶片加工業(yè)是該產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)。作為在硅晶片切割加工中的關(guān)鍵原材料，碳化硅磨削微粉的成功開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化無疑對本省的電子信息產(chǎn)業(yè)及太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有積極意義。
    江蘇省連云港市硅資源豐富，水晶、石英的儲量和品質(zhì)均居全國首位。石英儲量達(dá)3億噸，其中包括適合碳化硅生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)石英砂。連云港市硅產(chǎn)業(yè)為國家級區(qū)域性支柱產(chǎn)業(yè)，主要產(chǎn)品硅微粉、石英玻璃制品、碳化硅磨料以及石英砂礦產(chǎn)等在國內(nèi)都具有重要地位。其中，普通綠碳化硅及碳化硅微粉的國內(nèi)市場占有率分別為50%和40%。然而，目前大多數(shù)碳化硅企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)總體上較為落后，產(chǎn)品附加值偏低，生產(chǎn)能耗大，因此企業(yè)亟須進(jìn)行產(chǎn)品升級和高附加值產(chǎn)品的開發(fā)。
    硅晶片線切割用碳化硅微粉是高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，目前其國際市場價格約為普通碳化硅微粉價格的10倍，為普通石英砂價格的200倍左右，而且國內(nèi)外市場需求正處于高速增長期。然而，硅晶片線切割對碳化硅磨削微粉的晶相、純度、粒度分布、顆粒形貌、表面特性（親水性、分散性）要求極高。目前只有少數(shù)國外企業(yè)掌握了硅晶片線切割用碳化硅微粉的制造技術(shù)，如日本的FUJIMI株式會社、美國的Electro磨料公司、荷蘭的ESK-SIC公司和法國Saint Gobain公司等，國際市場被上述幾家企業(yè)所壟斷。其中FUJIMI株式會社規(guī)模最大，其技術(shù)水平及產(chǎn)品質(zhì)量均居世界領(lǐng)先地位，硅晶片線切割用碳化硅微粉的供應(yīng)量占世界市場的60%左右，也是Intel公司全球唯一碳化硅磨削微粉特約供應(yīng)商。
    目前，國內(nèi)已有院校及企業(yè)在進(jìn)行硅晶片線切割用碳化硅微粉的研發(fā)工作，但試制品在6H晶相含量、顆粒形貌、親水性等關(guān)鍵指標(biāo)方面，與國際先進(jìn)水平還有較大的差距，產(chǎn)品尚無法進(jìn)入國際市場或替代進(jìn)口，國內(nèi)IC硅晶片線切割所用碳化硅微粉仍然依賴進(jìn)口。
    在此背景下，連云港研磨廠與南京工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)聯(lián)合申報2006年度江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項資金項目——“硅晶片線切割用6H SiC微粉材料的研究及產(chǎn)業(yè)化”項目（項目編號：BA2006049），并得到了江蘇省科學(xué)技術(shù)廳的大力支持。連云港研磨廠委托東南大學(xué)進(jìn)行6H晶型碳化硅微粉產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與自動測控系統(tǒng)研制和建設(shè)實施。雷蒙磨粉碎自動控制系統(tǒng)是其中的一個子項目。
    連云港研磨廠碳化硅粉碎、氣流分級設(shè)備是生產(chǎn)線中的核心設(shè)備之一。500噸中試項目研發(fā)設(shè)備成功地制備出了具有理想顆粒形貌的碳化硅微粉，但其生產(chǎn)設(shè)備需工人手動操作，生產(chǎn)能耗大、效率低，難以保證規(guī)模化生產(chǎn)對產(chǎn)量、質(zhì)量穩(wěn)定性的要求。特別當(dāng)進(jìn)料過量時，極易造成堵塞、甚至燒毀電機(jī)的現(xiàn)象。
    因此，隨著連云港研磨廠規(guī)模的發(fā)展壯大，市場對產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量需求的不斷提高，雷蒙磨粉碎自動控制系統(tǒng)的研制并投入使用已成為一項非常緊迫的任務(wù)。
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