鄧 斌，萬(wàn)喜新，郭 立，佘鵬程

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所，湖南長(zhǎng)沙 410111)

太陽(yáng)能電池絲網(wǎng)印刷機(jī)是利用絲網(wǎng)漏印原理將金屬漿料按一定電極圖形印刷到太陽(yáng)能電池片上的設(shè)備。絲網(wǎng)印刷技術(shù)是低成本太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。目前，大規(guī)模晶硅太陽(yáng)能電池片生產(chǎn)線要求絲網(wǎng)印刷機(jī)不斷提高生產(chǎn)能力和印刷質(zhì)量。以往國(guó)產(chǎn)的絲網(wǎng)印刷設(shè)備不能在線實(shí)時(shí)調(diào)整絲網(wǎng)印刷間距，只能在停機(jī)后通過(guò)手動(dòng)機(jī)械調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，不但降低了絲網(wǎng)印刷間距的調(diào)整精度，而且還會(huì)影響到晶硅電池的生產(chǎn)，限制了生產(chǎn)能力。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一種在線實(shí)時(shí)調(diào)整絲網(wǎng)印刷間距的系統(tǒng)，提高調(diào)整精度，實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印刷間距的快速在線調(diào)整，并應(yīng)用于新一代全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)。

1 絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

在絲網(wǎng)印刷機(jī)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)限位傳感器限定間距調(diào)整范圍，由可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）程序控制間距調(diào)整電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲網(wǎng)平行移動(dòng)，通過(guò)浪涌吸收器消除間距調(diào)整過(guò)程中由于電機(jī)起停而造成的浪涌電壓沖擊，以此達(dá)到精確調(diào)整絲網(wǎng)印刷間距的目的。

2 絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)的構(gòu)成

絲網(wǎng)印刷間距是指放置太陽(yáng)能電池片的印刷臺(tái)板和絲網(wǎng)之間的距離，它與印刷壓力協(xié)調(diào)作用，直接影響印刷品質(zhì)和碎片率，是太陽(yáng)能電池片電極絲網(wǎng)印刷的重要工藝參數(shù)之一。

整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由印刷臺(tái)板、絲網(wǎng)、印框、印框支架、印刷頭支架、凸輪軸、凸輪、同步帶、帶輪、間距調(diào)整電機(jī)及感應(yīng)片、傳感器、百分表等零部件組成。間距調(diào)整電機(jī)、凸輪軸、百分表和印框支架均安裝于印刷頭支架上，絲網(wǎng)固定在印框上，印框和印刷臺(tái)板平行安裝，整個(gè)印框支架懸掛在位于印框支架四角的四個(gè)同方向凸輪上，上、下限位傳感器分別安裝于印框支架的運(yùn)動(dòng)軌跡的上、下兩個(gè)端點(diǎn)處。

間距調(diào)整電機(jī)的輸出軸通過(guò)同步帶傳動(dòng)與兩根凸輪軸相連，再通過(guò)凸輪軸帶動(dòng)凸輪同步旋轉(zhuǎn)。如圖1所示為絲網(wǎng)印刷間距上限位置，當(dāng)凸輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到印框底面絲網(wǎng)的距離增大，從而帶動(dòng)絲網(wǎng)下降，減小了絲網(wǎng)印刷間距；當(dāng)?shù)竭_(dá)絲網(wǎng)印刷間距下限位置后，凸輪逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心到印框底面絲網(wǎng)的距離減小，從而帶動(dòng)絲網(wǎng)上升，增大了絲網(wǎng)印刷間距。凸輪偏心距離為2.5mm，則絲網(wǎng)印刷間距的調(diào)整范圍0～5mm。

絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)電氣構(gòu)成如圖2所示，包括間距調(diào)整電機(jī)、固態(tài)繼電器、浪涌吸收器、終端繼電器、交流電源等。與固態(tài)繼電器接通的直流電源的電壓為24V，與間距調(diào)整電機(jī)接通的交流電源的電壓為110V。圖3為系統(tǒng)PLC連接示意圖。其中上、下限位傳感器的開(kāi)關(guān)量輸出端與PLC輸入模塊連接，按鈕開(kāi)關(guān)接在PLC工作電源與PLC輸入模塊之間，PLC輸出模塊與固態(tài)繼電器的線圈相連，PLC輸出模塊根據(jù)輸入到PLC輸入模塊的開(kāi)關(guān)量信號(hào)而輸出控制信號(hào)來(lái)控制固態(tài)繼電器的直流工作電源，固態(tài)繼電器的觸點(diǎn)接入間距調(diào)整電機(jī)的工作電源回路上，通過(guò)PLC程序控制間距調(diào)整電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整絲網(wǎng)印刷間距，在上、下限位置之間具體的間距值由百分表直接讀取。由上、下限位傳感器限定絲網(wǎng)印刷間距的調(diào)整范圍。

圖1 絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)電氣構(gòu)成示意圖

浪涌吸收器與固態(tài)繼電器并聯(lián)相接后串聯(lián)接至間距調(diào)整電機(jī)，用來(lái)吸收固態(tài)繼電器高頻通斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓。終端繼電器與PLC輸出模塊相連，其觸點(diǎn)接入間距調(diào)整電機(jī)的工作電源回路。PLC程序利用間隙剎車(chē)信號(hào)來(lái)控制間距調(diào)整電機(jī)剎車(chē)裝置，消除傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的慣性影響。

圖3 絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)PLC連接示意圖

當(dāng)絲網(wǎng)印刷間距為下限時(shí)，PLC程序控制僅上升按鈕開(kāi)關(guān)能起作用，繼而只可以上調(diào)絲網(wǎng)印刷間距；反之，當(dāng)絲網(wǎng)印刷間距為上限時(shí)，PLC程序控制僅下降按鈕開(kāi)關(guān)能起作用，繼而只可以下調(diào)絲網(wǎng)印刷間距；當(dāng)絲網(wǎng)印刷間距處于間距下限和上限之間，則既可上調(diào)也可上調(diào)絲網(wǎng)印刷間距。

3 系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)

絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)PLC程序圖見(jiàn)圖4。在圖 1，2，3和 4中“間隙”、“間隔”均是指絲網(wǎng)印刷間距。圖4中輸出R2108、R2109、R2110分別控制電氣構(gòu)成示意圖2中的固態(tài)繼電器和終端繼電器的接通。當(dāng)需要調(diào)整絲網(wǎng)印刷間距時(shí)，按動(dòng)相應(yīng)按鈕開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入到PLC輸入模塊，PLC以掃描方式讀入信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC程序控制由PLC輸出模塊輸出開(kāi)關(guān)量控制接通固態(tài)繼電器24V直流電源，則固態(tài)繼電器的觸點(diǎn)接通，從而控制接通間距調(diào)整電機(jī)110V交流電源，再通過(guò)間距調(diào)整電機(jī)帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)整絲網(wǎng)印刷間距上升或下降。當(dāng)感應(yīng)片觸發(fā)上限或下限位傳感器時(shí)，上、下限位傳感器輸出限位開(kāi)關(guān)量信號(hào)到PLC輸入模塊，PLC程序控制輸出模塊停止輸出，從而限定了絲網(wǎng)間距的調(diào)整范圍。

間距上調(diào)信號(hào)（R1006）和下調(diào)信號(hào)（R1006）即按鈕開(kāi)關(guān)每輸入一次信號(hào)，R2108就在一個(gè)程序掃描周期T內(nèi)有輸出，從而控制間距調(diào)整電機(jī)在一個(gè)程序掃描周期內(nèi)輸出，輔之以間隙剎車(chē)信號(hào)來(lái)控制間距調(diào)整電機(jī)附帶的剎車(chē)裝置，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)調(diào)整電機(jī)，從而達(dá)到精確調(diào)整間距的目的（精度0.01mm）。

間距調(diào)整有連續(xù)信號(hào)輸入時(shí)，固態(tài)繼電器會(huì)以頻率f＝1/2T通斷電路，而負(fù)載間距調(diào)整電機(jī)可視為感性負(fù)載，在固態(tài)繼電器關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓U＝L2·d I/d t，其中L2為間距調(diào)整電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的等效電感，I為流過(guò)電機(jī)的電流，此時(shí)圖2中由電阻和電容組成的浪涌吸收器與L2組成回路，可抑制電壓的突變，對(duì)固態(tài)繼電器和間距調(diào)整電機(jī)起到保護(hù)作用。

當(dāng)絲網(wǎng)印刷間距為下限時(shí)，則下限傳感器有輸出信號(hào)，即圖4中常閉狀態(tài)的R1014斷開(kāi)，同時(shí)間距調(diào)整剎車(chē)信號(hào)R2110也不會(huì)導(dǎo)通，所以此時(shí)觸動(dòng)間隙下調(diào)按鈕開(kāi)關(guān)，即接通R1007，間隙下調(diào)線圈R2109也不會(huì)有輸出信號(hào)，操作不起作用；而上限傳感器無(wú)輸出信號(hào)，即R1013沒(méi)有導(dǎo)通，此時(shí)觸動(dòng)間隙上調(diào)按鈕開(kāi)關(guān)，即接通R1006，而R1007和R1013處于常閉狀態(tài)，經(jīng)過(guò)延時(shí)后間隔調(diào)整剎車(chē)線圈R2110接通，即開(kāi)關(guān)R2110接通，開(kāi)關(guān)R2108和R2109處于常閉狀態(tài)，所以間隔上調(diào)線圈R2108有輸出，從而可驅(qū)動(dòng)間距調(diào)整電機(jī)上調(diào)絲網(wǎng)印刷間距。當(dāng)絲網(wǎng)印刷間距為上限時(shí)，以及為下限至上限之間時(shí)，程序控制與上述情況相類(lèi)似，在此不詳述。

圖4 絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)PLC程序圖

4 結(jié) 論

絲網(wǎng)印刷間距調(diào)整系統(tǒng)成功應(yīng)用在太陽(yáng)能電池絲網(wǎng)印刷機(jī)中，有益效果是：能夠利用恒定轉(zhuǎn)速的間距調(diào)整電機(jī)并通過(guò)浪涌吸收和PLC程序設(shè)計(jì)，抑制電壓的突變，消除浪涌電壓沖擊，實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)精確調(diào)整絲網(wǎng)印刷間距，間距在1～5mm范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)整精度達(dá)0.01mm，進(jìn)而便于完善印刷工藝，有效提高了生產(chǎn)效率和印刷品質(zhì)，降低設(shè)備成本，利于國(guó)產(chǎn)絲網(wǎng)印刷機(jī)的推廣應(yīng)用。

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