張世超，劉建生，朱富良，姜 川，楊 建

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120；2.北京利瑪環(huán)太科技有限公司，北京 100120）

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太陽能槽式發(fā)電真空集熱管移載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張世超1，劉建生2，朱富良2，姜 川1，楊 建2

（1.北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120；2.北京利瑪環(huán)太科技有限公司，北京 100120）

摘 要：本系統(tǒng)是為太陽能槽式發(fā)電真空集熱管自動(dòng)排氣線設(shè)計(jì)的，每次可以從車間物流小車上抓取8支集熱管，通過水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)移載到相應(yīng)的排氣臺(tái)，并同時(shí)自動(dòng)完成排氣臺(tái)烘箱蓋的自動(dòng)移載。系統(tǒng)主要由PLC、伺服控制器、伺服電機(jī)、低壓電器等元件組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)集熱管、烘箱蓋抓取和移載的手動(dòng)/自動(dòng)控制和保護(hù)。

關(guān)鍵詞：太陽能槽式發(fā)電；真空集熱管；移載；伺服控制器；PLC

0　引言

傳統(tǒng)的太陽能真空集熱管一般用于太陽能熱水器，其體積比較小，質(zhì)量都比較輕，人工即可裝卸。而本課題所生產(chǎn)的太陽能真空集熱管用于太陽能槽式發(fā)電站，玻璃外管直徑為125mm，長(zhǎng)度為4022mm，單管質(zhì)量在30kg～35kg，靠傳統(tǒng)的人工移載幾乎是不可能的，而且很容易導(dǎo)致集熱管損壞，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的就是提高工作效率和安全性。

1　系統(tǒng)概述

1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)及移載原理

移載機(jī)構(gòu)主要由集熱管移載機(jī)、烘箱蓋移載機(jī)和導(dǎo)軌及框架組成，實(shí)現(xiàn)烘箱蓋的的順序入位和集熱管的運(yùn)輸移載功能。兩臺(tái)移載機(jī)各成一體，獨(dú)立動(dòng)作，兩套移載機(jī)共用一套導(dǎo)軌及框架機(jī)構(gòu)。水平移動(dòng)主要通過移載機(jī)上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，齒輪咬合導(dǎo)軌上的齒條實(shí)現(xiàn)水平位移；移載機(jī)的升降動(dòng)作主要通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿升降機(jī)機(jī)實(shí)現(xiàn)。移載機(jī)由車體、吊架、抓取機(jī)構(gòu)及動(dòng)力機(jī)構(gòu)組成，因集熱管移載機(jī)和烘箱移載機(jī)移載的工件重量、功能、精度不同，在抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上和剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有所區(qū)別。移載機(jī)機(jī)械框圖如圖1（非完整框圖）所示。

集熱管移載機(jī)的移載控制過程為：零點(diǎn)位置（物料車上方）下降（垂直移載）→抓取待排氣集熱管→上升（垂直移載）→水平移載至“要管”排氣工位→下降（垂直移載）→中停，調(diào)整尾管和電封爐的位置→下降（垂直移載）→集熱管尾管進(jìn)氣囊，到位→抓取總成松開→上升（垂直移載）→水平移載至零點(diǎn)位置。

烘箱蓋車的移載機(jī)的控制功能與集熱管移載機(jī)的控制功能類似，實(shí)現(xiàn)烘箱蓋的順序入位，即按照人工發(fā)出的配對(duì)指令“取蓋”—“要蓋”，移載機(jī)將自動(dòng)移至“取蓋”排氣工位上方，將該排氣工位上的烘箱蓋移載至指定的“要蓋”排氣工位的烘箱臺(tái)面上。整個(gè)自動(dòng)的移載過程主要?jiǎng)幼鳛椋核揭戚d至“取蓋”排氣工位→下降（垂直移載）→抓取烘箱蓋→上升（垂直移載）→水平移載至“要蓋”排氣工位→下降（垂直移載）→烘箱蓋到位，氣缸松開→上升（垂直移載）→回到零點(diǎn)位置。

圖1　移載機(jī)機(jī)械框圖

1.2系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

太陽能槽式發(fā)電真空集熱管移載機(jī)控制系統(tǒng)由HMI、PLC、交換機(jī)、西門子伺服控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)組成；其系統(tǒng)組織框圖如圖2所示。

圖2　移載機(jī)控制系統(tǒng)組織框圖

1.3伺服模塊配置

伺服模塊配置用西門子專門的stater軟件。該軟件用于西門子部分傳動(dòng)裝置的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)控，修改裝置參數(shù)，故障檢測(cè)和復(fù)位，以及跟蹤記錄等強(qiáng)大功能。該項(xiàng)目中伺服結(jié)構(gòu)配置如圖3所示。

圖3　伺服結(jié)構(gòu)配置

下面對(duì)圖3中各個(gè)部分進(jìn)行介紹：

Communication：對(duì)系統(tǒng)通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。PC機(jī)與DriveUnit之間通訊方式選擇以太網(wǎng)；Cu、BLM、CoverMover、Cover Lift、Tube Move、Tube Lift模塊通訊報(bào)文設(shè)置如圖4所示。

圖4　模塊報(bào)文設(shè)置

Cu：對(duì)應(yīng)于圖2中的伺服控制器，作用是向四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制信號(hào)。BLM：電源塊，為圖2中的四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電。Cover Move：對(duì)應(yīng)于圖2中的烘箱蓋行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制烘箱蓋移載機(jī)水平方向上的運(yùn)動(dòng)。

Cover Lift：對(duì)應(yīng)于圖2中的烘箱蓋升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制烘箱蓋移載機(jī)垂直方向上的運(yùn)動(dòng)。

Tube Move：對(duì)應(yīng)于圖2中的集熱管行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制集熱管移載機(jī)水平方向的運(yùn)動(dòng)。

Tube Lift：對(duì)應(yīng)于圖2中的集熱管升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制集熱管移載機(jī)垂直方向的運(yùn)動(dòng)。

1.4移載系統(tǒng)程序的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)：

1）伺服電機(jī)的控制功能封裝為一個(gè)功能塊FB1，減少了程序的復(fù)雜性，提升了易讀性和可維護(hù)性，為4個(gè)伺服電機(jī)生成4個(gè)實(shí)例（背景DB塊）。

2）集熱管運(yùn)動(dòng)控制（行走和升降）邏輯集成在一個(gè)子程序中，根據(jù)控制功能去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)工作方式下速度、位置的控制。

移載系統(tǒng)程序框架如5所示。

圖5　移載系統(tǒng)程序框架

2　結(jié)束語

本系統(tǒng)成功解決了大型真空集熱管的移載運(yùn)輸問題，已經(jīng)成功運(yùn)用到某太陽能槽式發(fā)電真空集熱管生產(chǎn)企業(yè)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的安全性。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 西門子.S120的基本定位功能［z］.

［2］ 西門子.SIMATIC S7 S7-1200.可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)［z］.

檢測(cè)與監(jiān)控

The design of vacuum tube transfer system for concentrating solar power

ZHANG Shi-chao1， LIU Jian-sheng2， ZHU Fu-liang2， JIANG Chuan1， YANG Jian2

中圖分類號(hào)：TP23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1009-0134（2016）05-0014-02

收稿日期：2016-01-28

作者簡(jiǎn)介：張世超（1989 -），男，河南人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化。