夏 巖，劉 泉，牟 冰

（北京信息科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192）

0 引言

隨著新能源技術(shù)的不斷進(jìn)步和太陽(yáng)能發(fā)電的大力推廣，太陽(yáng)能光伏組件的生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的太陽(yáng)能光伏玻璃基片生產(chǎn)國(guó)之一［1］，但是現(xiàn)有的生產(chǎn)線自動(dòng)化程度相對(duì)較低，為了適應(yīng)現(xiàn)代化快速生產(chǎn)的需要和提高光伏玻璃基片質(zhì)量檢測(cè)的效率，本文設(shè)計(jì)研究了一種自動(dòng)化程度較高的光伏電池玻璃基片質(zhì)量檢測(cè)線分揀機(jī)構(gòu)［2］。

1 光伏電池基片質(zhì)量檢測(cè)線工藝流程分析

光伏電池玻璃基片質(zhì)量檢測(cè)線是太陽(yáng)能電池基片生產(chǎn)線的后續(xù)檢測(cè)工藝設(shè)備，其主要功能是檢測(cè)光伏玻璃基片是否存在缺陷。光伏玻璃基片經(jīng)清洗機(jī)之后進(jìn)入質(zhì)量檢測(cè)工藝流程。檢測(cè)線設(shè)計(jì)要求能滿足與前段生產(chǎn)線的速度（90塊/h）匹配，且要求能滿足多種規(guī)格的光伏玻璃基片的檢測(cè)，即每隔40s會(huì)從清洗機(jī)傳輸出一塊光伏玻璃基片，基片的尺寸最大為2 800mm×1 800mm，最小為600mm×600mm。

從清洗機(jī)傳輸出來(lái)的光伏玻璃基片，首先要經(jīng)過(guò)編號(hào)或標(biāo)記，以便以后記錄數(shù)據(jù)；接著進(jìn)行光伏玻璃基片的質(zhì)量檢測(cè)，在此需要滿足兩點(diǎn)要求：一是能夠連續(xù)檢測(cè)，二是不影響后續(xù)產(chǎn)品的正常傳輸；經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢測(cè)之后，光伏玻璃基片進(jìn)入自動(dòng)分揀工位，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果將合格品入庫(kù)，不合格品脫離生產(chǎn)線。光伏電池基片檢測(cè)線工藝流程如圖1所示。

2 檢測(cè)線的控制要求及系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)控制要求

（1）運(yùn)行方式。分揀機(jī)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式，當(dāng)采用自動(dòng)工作方式時(shí)，系統(tǒng)將按照預(yù)先設(shè)定好的程序循環(huán)往復(fù)工作。手動(dòng)方式用于設(shè)備單動(dòng)、調(diào)試和維修時(shí)使用。

圖1 光伏電池基片檢測(cè)線工藝流程圖

（2）實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)中各工序的運(yùn)行情況、報(bào)警信息、檢測(cè)信息和故障信息等都能夠顯示在觸摸屏上。

（3）故障檢測(cè)。系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)各工序的運(yùn)行是否正常，如果出現(xiàn)異常情況，則在觸摸屏上顯示故障信息，同時(shí)設(shè)備停止運(yùn)行，直到故障解除后按啟動(dòng)按鈕，設(shè)備才能繼續(xù)運(yùn)行。

（4）緊急停止。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí)按下急停按鈕，則所有運(yùn)行的設(shè)備全部停止運(yùn)行。只有當(dāng)急停按鈕全部復(fù)位后，設(shè)備才可以重新啟動(dòng)。

（5）安全保護(hù)。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置多重保護(hù)，以避免發(fā)生人身及設(shè)備事故。

（6）技術(shù)先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。保證系統(tǒng)的先進(jìn)性，可減少二次投資的費(fèi)用，而且應(yīng)保證系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性，方便系統(tǒng)的升級(jí)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中選擇性能優(yōu)良的元器件和PLC主機(jī)；硬件和軟件的設(shè)計(jì)都要做冗余量的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的控制程序可讀性和可擴(kuò)展性要好，方便以后擴(kuò)展升級(jí)。

2.2 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)主要由PLC及外部輸入輸出設(shè)備組成。PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，它包括電源、CPU、存儲(chǔ)器、I/O端口、通信端口等；輸入設(shè)備主要包括各種光電傳感器、控制按鈕、急停按鈕以及控制面板和觸摸屏；輸出設(shè)備主要有各種電磁閥、變頻器、繼電器和各種交流直流負(fù)載，如報(bào)警燈、警笛等；RFID是射頻識(shí)別設(shè)備，主要用來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行身份標(biāo)示和識(shí)別，以便PLC記錄產(chǎn)品信息。PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖2。

圖2 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，本文選擇三菱FX2N－128MR－D型PLC作為光伏電池片質(zhì)量檢測(cè)線的控制器。三菱FX2N－128MR－D型PLC具有輸入繼電器X0～X77共計(jì)64點(diǎn)，輸出繼電器Y0～Y77共計(jì)64點(diǎn)，兩項(xiàng)合計(jì)128點(diǎn)，如果使用擴(kuò)展單元，可使輸入、輸出點(diǎn)數(shù)達(dá)到256點(diǎn)（其中輸入184點(diǎn)，輸出184點(diǎn)）；狀態(tài)繼電器S0～S999共計(jì)1 000點(diǎn)；計(jì)數(shù)器C0～C234共計(jì)235點(diǎn)；高速計(jì)數(shù)器C235～C255共計(jì)21點(diǎn)；輔助繼電器 M0～M3071、M8000～M8255共計(jì)3 328點(diǎn)；定時(shí)器T0～T255共計(jì)256點(diǎn)；采用繼電器輸入和輸出方式；AC電源供電；編程語(yǔ)言使用梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和指令清單。擴(kuò)展模塊選用FX－60ER，可以將I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展至256點(diǎn)；定位控制選用FX－10GM，用于控制伺服電機(jī)；通信設(shè)備采用RS485通信擴(kuò)展板，型號(hào)為FX2N－485－BD。

3 分揀機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

分揀模塊的主要功能是將檢測(cè)完畢的光伏玻璃基片按照合格品和不合格品進(jìn)行分揀，主要控制對(duì)象是輥道用電動(dòng)機(jī)、同步帶用電動(dòng)機(jī)和氣缸，此外還需要用RFID讀取產(chǎn)品身份信息，并和存儲(chǔ)在PLC內(nèi)部的信息比較，挑出不合格的產(chǎn)品?？刂品绞竭x擇順序控制方法，分揀機(jī)構(gòu)工作原理如圖3所示。

圖3 分揀機(jī)構(gòu)工作原理圖

分揀機(jī)構(gòu)［3］控制要求如下：

（1）F、G、H段輥道采用變頻器和三相異步電機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)型號(hào)為YEJ90L－2，額定功率為2.2kW，額定轉(zhuǎn)速為2 840r/min，變頻器采用三菱 FR－E740－2.2K－CHT；H段同步帶傳動(dòng)采用三相異步電動(dòng)機(jī)加減速箱拖動(dòng)，電機(jī)型號(hào)同輥道傳輸用電機(jī)相同。

（2）根據(jù)光電接近開(kāi)關(guān)SP9～SP16判斷光伏玻璃基片的位置，順序啟動(dòng)和停止各電機(jī)。

（3）擋板3和擋板4的上下移動(dòng)由氣缸C7～C14推動(dòng)，并由電磁閥YV7～YV14控制氣缸的動(dòng)作。B7～B14為氣缸磁性接近開(kāi)關(guān)，用來(lái)判斷氣缸桿的位置。

PLC程序控制［4］流程圖如圖4所示。

圖4 PLC程序控制流程圖

3.2 主電路設(shè)計(jì)

采用PLC控制變頻器調(diào)節(jié)三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)輥道轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠滾輪和玻璃之間的摩擦力傳輸光伏玻璃基片，同步帶傳動(dòng)由于比較穩(wěn)定和傳輸距離短，采用三相異步電機(jī)加減速箱的傳動(dòng)方式，用PLC直接控制接觸器接通或斷開(kāi)電機(jī)傳動(dòng)。同步帶用的電機(jī)具有電磁制動(dòng)的特性，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的電磁制動(dòng)電路。圖5為分揀機(jī)構(gòu)主電路設(shè)計(jì)圖。

圖5 分揀機(jī)構(gòu)主電路圖

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC控制系統(tǒng)在光伏電池片檢測(cè)線的生產(chǎn)實(shí)踐中取得了良好的控制效果，生產(chǎn)效率得到極大提高，生產(chǎn)線工人數(shù)量大量減少，使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)準(zhǔn)確性等都得到顯著的提高，滿足了企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的要求。

［1］施祖銘.太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)展［J］.裝備機(jī)械，2010（4）：69－73.

［2］王飛，崔鳳奎.一種平板玻璃缺陷在線檢測(cè)系統(tǒng)的研究［J］.應(yīng)用光學(xué)，2010（2）：96－99.

［3］張根保.自動(dòng)化制造系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

［4］袁學(xué)軍.基于三菱PLC控制的交流伺服電動(dòng)機(jī)位置控制系統(tǒng)研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（14）：63.