plc的uv照射机控制系统设计
【摘要】UV照射是晶圆生产加工环节重要的组成部分，UV照射机的工作效率影响着企业的经济效益，从UV照射设备的安全生产、高效率方面着手，设计并实现一种可使生产效率最大化并且具有低出错率的自动输送UV照射控制系统。系统利用可编程控制器（PLC），作为控制中心，结合机械手、伺服电机、位置传感器、光电传感器以及接近传感器等元件，实现了UV照射生产过程中的抓取，搬运，循环等功能。控制系统应保证机械手牢固抓取工件，搬运定位精确等控制要求，结合触摸屏达到达到便于作业的目的。
目录
引言 1
一、UV照射机特点 2
二、UV照射机控制功能介绍 2
三、PLC控制系统设计 2
四、控制系统的硬件选型 3
（一）PLC选型 3
（二）伺服电机的选型 3
（三）触摸屏的选型 4
（四）PLC的I/0设计 4
五、PLC的程序编写 5
六、UV照射机系统的人机界面设计 8
总结 10
参考文献 11
谢辞 12
附录 13
引言
随着自动化技术的发展，在半导体行业，晶圆的半自动化作业也得到了广泛的应用。为减少因设备误操作造成的不良品，提高作业效率，则需要将晶圆的抓取，输送及搬运有机地结合起来，由此提出了UV照射机的控制系统方案，此设备包括了夹取手臂，输送轨道及触摸屏显示装置等。通过PLC控制机械手夹取C夹具箱中的C夹具，通过伺服电机实现合理的输送速度，再用传感器检测是否到位，经过伺服电机的准确定位，实现C夹具搬运过程的可靠运行，通过触摸屏进行监视与操作，大大提高了生产作业的效率及正确率。
一、UV照射机特点
UV照射机在各个工厂都有着广泛的应用，它可以用于半导体晶圆切割后和晶圆减薄后的UV膜解胶工序。具体采用LED冷光源以实现稳定性、均匀性的照射，将LED冷光源采用扫描式平射半导体晶圆产品，使UV膜的粘性减弱直至消除。到了半导体晶圆的下一步工序黏晶时，此时就将之前分割完成的每一粒晶粒置于引线架上并用银胶用以固定。UV照射便起了关键的作用，在没有UV透的情况下，将产生晶粒取不出的情况，甚至会损坏这一整枚晶圆，这样的损
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失是极大的。UV灯发射出来的紫外线光波对人体是有害的，如果长时间看的话，会影响人的眼睛。
二、UV照射机控制功能介绍
根据要求，UV照射控制系统是以PLC，传感器，伺服电机，气动技术和触摸屏操作为核心的自动控制系统，由搬运照射组合结构上的各种传感器和限位开关连接PLC的输入部分，并且能显示在触摸屏上。PLC的输出就与各类电磁阀、伺服电机等相连接，进而控制夹取输送、UV照射各部分的组合。
控制系统从机械结构上分为装载部，机械手，输送轨道和UV照射部。采用机械手夹爪实现工件的夹取与放松和推进与缩回动作。机械手主要是由气缸和电磁阀控制，实现工件的夹取，伸缩，放置等动作，由伺服电机控制机械手的位移，以达到目标位置进行UV。移动式机械手主要完成工件抓取及水平移动. 移动式机械手由伺服驱动器控制伺服电机水平移动，将被夹取的工件在导轨上拖动，移动至指定位置后，经由传感器检测是否到位，若传感器没有得到信号时，则应启动设备的报警信号，并将由人进行判断出现的原因及现象，若要继续正常作业，就必须手动拖动至指定位置，让传感器得到信号，并进行下一步的操作。针对以c夹具为工件的情况，将接近传感器至于机械手上。在机械手位移到位后，由接近传感器检测是否存在工件。若不存在，则装载部通过伺服电机下移一定距离，移至下一个工件槽，让传感器检测工件，依次循环。
UV控制系统还有各种与PLC相关的输入与输出模块，包括传感器模块、伺服电机模块、电磁阀模块等。夹取搬运单元使用了较多的传感器作为参照。其中光电传感器信号用于判定检测工件是否到位。限位传感器保证了系统的正常运行，避免出现误差。伺服电机驱动器接收PLC控制器输出的脉冲及方向信号，驱动伺服电机转动使移动式机械手水平运行，实现工件的水平移动及准确定位。电磁阀主要控制了机械手的伸缩气缸，夹爪的抓取，UV完成后合格印的敲打。
三、PLC控制系统设计
由于单片机设计线路比较复杂，并且单片机控制的线路容易受到外界的环境干扰，具有不稳定性，因此选择用PLC来控制整个系统，能确保系统运动控制的准确性。PLC控制系统包含硬件和软件，其中硬件由PLC控制器、伺服电机、机械手、气缸、触摸屏及各类位置检测传感器等元件组成。
系统程序主要分为自动程序与手动程序，在设备上电后，PLC得电首先会执行内部初始化，可以根据设备的基本情况以及触摸屏上显示的详细数据实现手动和自动的程序变更来实施控制。该系统的主要程序包涵工件检测程序，抓取工件程序，工件运输程序，UV灯管开闭程序，并将监控相应的程序状态，设备内部各个元件的状态。最大化实现设备的自动化程度，大大提高安全性，提供高效，安全的生产。
自动程序主要用以工厂的日常生产，循环工作，手动程序则主要用于系统的调试、突然发生故障的分析处理以及复归动作。系统的初始化状态包括了各搬运机构的复位，气缸的复位，伺服电机参数的初始值设定，伺服电机的原点返回。手动程序包括了各搬运工件的动作参数、状态，伺服电机的参数设定。
四、控制系统的硬件选型
（一）PLC选型
根据此UV照射系统所需的I/O点数，可编程序控制器选用的是日本三菱公司的产品：型号为FX3U一48MT,它具有24个输入点，24个输出点，是晶体管输出，使用于直流负载。FX3U系列PLC是三菱公司推出的高性能小型可编程序控制器，是适应用户需求而开发出来的第三代微型可编程控制器，全面取代了FX2N系列，FX2N系列本身就具有功能强，速度快，质量轻，能耗小，编程简单，配置灵活的特点。在此基础上，FX3U提高了运算速率，高速脉冲输出也可以同时使用三个，通讯口也增加到了3个，FX3U的扩展点数也比FX2N多，这些改进大大增强了FX3U系列PLC的性能，能完成FX2N系列许多不能所不能轻易完成的任务。
（二）伺服电机的选型
夹取搬运单元水平移动及位置检测精度要求较高,用伺服电机实现传动定位控制,选用东方电机伺服驱动器MCD505匹配伺服电机NX410AA3。适合驱动电压50V、功率在200W以下的直流伺服电机。伺服系统包含三个反馈回路（位置回路，速度回路及电流回路）。最内环电流回路的反应速度最快，中间环节速度的反应速度须高于最外环位置回路，假使未遵守此原则，将会造成震动或反应不良。而此伺服驱动器的设计可以确保电流回路具备良好的反应效能。
编码器电缆将伺服驱动器与伺服电机进行连接。伺服电机接收来自驱动器的电压信号并转化为相应的转矩量和转速值驱动移动式机械手水平移动。旋转编码器检测出伺服 电机的转数，并将角位移转换成脉冲值，通过内置的高数计数器统计编码器发出的脉冲数，从而判断移动式机械手在水平运动过程中所处的位置。改变控制脉冲数的大小，就可控制伺服电机转动的角位移，而控制移动机械手在水平方向的移动距离，现水平方向的精确定位。
（三）触摸屏的选型
目录
引言 1
一、UV照射机特点 2
二、UV照射机控制功能介绍 2
三、PLC控制系统设计 2
四、控制系统的硬件选型 3
（一）PLC选型 3
（二）伺服电机的选型 3
（三）触摸屏的选型 4
（四）PLC的I/0设计 4
五、PLC的程序编写 5
六、UV照射机系统的人机界面设计 8
总结 10
参考文献 11
谢辞 12
附录 13
引言
随着自动化技术的发展，在半导体行业，晶圆的半自动化作业也得到了广泛的应用。为减少因设备误操作造成的不良品，提高作业效率，则需要将晶圆的抓取，输送及搬运有机地结合起来，由此提出了UV照射机的控制系统方案，此设备包括了夹取手臂，输送轨道及触摸屏显示装置等。通过PLC控制机械手夹取C夹具箱中的C夹具，通过伺服电机实现合理的输送速度，再用传感器检测是否到位，经过伺服电机的准确定位，实现C夹具搬运过程的可靠运行，通过触摸屏进行监视与操作，大大提高了生产作业的效率及正确率。
一、UV照射机特点
UV照射机在各个工厂都有着广泛的应用，它可以用于半导体晶圆切割后和晶圆减薄后的UV膜解胶工序。具体采用LED冷光源以实现稳定性、均匀性的照射，将LED冷光源采用扫描式平射半导体晶圆产品，使UV膜的粘性减弱直至消除。到了半导体晶圆的下一步工序黏晶时，此时就将之前分割完成的每一粒晶粒置于引线架上并用银胶用以固定。UV照射便起了关键的作用，在没有UV透的情况下，将产生晶粒取不出的情况，甚至会损坏这一整枚晶圆，这样的损
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
失是极大的。UV灯发射出来的紫外线光波对人体是有害的，如果长时间看的话，会影响人的眼睛。
二、UV照射机控制功能介绍
根据要求，UV照射控制系统是以PLC，传感器，伺服电机，气动技术和触摸屏操作为核心的自动控制系统，由搬运照射组合结构上的各种传感器和限位开关连接PLC的输入部分，并且能显示在触摸屏上。PLC的输出就与各类电磁阀、伺服电机等相连接，进而控制夹取输送、UV照射各部分的组合。
控制系统从机械结构上分为装载部，机械手，输送轨道和UV照射部。采用机械手夹爪实现工件的夹取与放松和推进与缩回动作。机械手主要是由气缸和电磁阀控制，实现工件的夹取，伸缩，放置等动作，由伺服电机控制机械手的位移，以达到目标位置进行UV。移动式机械手主要完成工件抓取及水平移动. 移动式机械手由伺服驱动器控制伺服电机水平移动，将被夹取的工件在导轨上拖动，移动至指定位置后，经由传感器检测是否到位，若传感器没有得到信号时，则应启动设备的报警信号，并将由人进行判断出现的原因及现象，若要继续正常作业，就必须手动拖动至指定位置，让传感器得到信号，并进行下一步的操作。针对以c夹具为工件的情况，将接近传感器至于机械手上。在机械手位移到位后，由接近传感器检测是否存在工件。若不存在，则装载部通过伺服电机下移一定距离，移至下一个工件槽，让传感器检测工件，依次循环。
UV控制系统还有各种与PLC相关的输入与输出模块，包括传感器模块、伺服电机模块、电磁阀模块等。夹取搬运单元使用了较多的传感器作为参照。其中光电传感器信号用于判定检测工件是否到位。限位传感器保证了系统的正常运行，避免出现误差。伺服电机驱动器接收PLC控制器输出的脉冲及方向信号，驱动伺服电机转动使移动式机械手水平运行，实现工件的水平移动及准确定位。电磁阀主要控制了机械手的伸缩气缸，夹爪的抓取，UV完成后合格印的敲打。
三、PLC控制系统设计
由于单片机设计线路比较复杂，并且单片机控制的线路容易受到外界的环境干扰，具有不稳定性，因此选择用PLC来控制整个系统，能确保系统运动控制的准确性。PLC控制系统包含硬件和软件，其中硬件由PLC控制器、伺服电机、机械手、气缸、触摸屏及各类位置检测传感器等元件组成。
系统程序主要分为自动程序与手动程序，在设备上电后，PLC得电首先会执行内部初始化，可以根据设备的基本情况以及触摸屏上显示的详细数据实现手动和自动的程序变更来实施控制。该系统的主要程序包涵工件检测程序，抓取工件程序，工件运输程序，UV灯管开闭程序，并将监控相应的程序状态，设备内部各个元件的状态。最大化实现设备的自动化程度，大大提高安全性，提供高效，安全的生产。
自动程序主要用以工厂的日常生产，循环工作，手动程序则主要用于系统的调试、突然发生故障的分析处理以及复归动作。系统的初始化状态包括了各搬运机构的复位，气缸的复位，伺服电机参数的初始值设定，伺服电机的原点返回。手动程序包括了各搬运工件的动作参数、状态，伺服电机的参数设定。
四、控制系统的硬件选型
（一）PLC选型
根据此UV照射系统所需的I/O点数，可编程序控制器选用的是日本三菱公司的产品：型号为FX3U一48MT,它具有24个输入点，24个输出点，是晶体管输出，使用于直流负载。FX3U系列PLC是三菱公司推出的高性能小型可编程序控制器，是适应用户需求而开发出来的第三代微型可编程控制器，全面取代了FX2N系列，FX2N系列本身就具有功能强，速度快，质量轻，能耗小，编程简单，配置灵活的特点。在此基础上，FX3U提高了运算速率，高速脉冲输出也可以同时使用三个，通讯口也增加到了3个，FX3U的扩展点数也比FX2N多，这些改进大大增强了FX3U系列PLC的性能，能完成FX2N系列许多不能所不能轻易完成的任务。
（二）伺服电机的选型
夹取搬运单元水平移动及位置检测精度要求较高,用伺服电机实现传动定位控制,选用东方电机伺服驱动器MCD505匹配伺服电机NX410AA3。适合驱动电压50V、功率在200W以下的直流伺服电机。伺服系统包含三个反馈回路（位置回路，速度回路及电流回路）。最内环电流回路的反应速度最快，中间环节速度的反应速度须高于最外环位置回路，假使未遵守此原则，将会造成震动或反应不良。而此伺服驱动器的设计可以确保电流回路具备良好的反应效能。
编码器电缆将伺服驱动器与伺服电机进行连接。伺服电机接收来自驱动器的电压信号并转化为相应的转矩量和转速值驱动移动式机械手水平移动。旋转编码器检测出伺服 电机的转数，并将角位移转换成脉冲值，通过内置的高数计数器统计编码器发出的脉冲数，从而判断移动式机械手在水平运动过程中所处的位置。改变控制脉冲数的大小，就可控制伺服电机转动的角位移，而控制移动机械手在水平方向的移动距离，现水平方向的精确定位。
（三）触摸屏的选型
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