占康有，周顯華，陳 瑛，吳一民

(中國建材國際工程集團(tuán)有限公司，上海 200063)

碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃，是在玻璃襯底上依次沉積5層半導(dǎo)體薄膜而形成的光伏器件，膜層總厚度為3 μm，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的1/100。碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃是一種具備復(fù)合功能，能給業(yè)主創(chuàng)造價值的綠色、節(jié)能、創(chuàng)能的能源型建筑材料。此材料發(fā)電能力強(qiáng)(比單晶硅發(fā)電率高3%～8%)、轉(zhuǎn)換效率高(理論轉(zhuǎn)化率33%)、溫度系數(shù)低(受溫度影響最小)、弱光發(fā)電性能好(陰天下雨都發(fā)電)、安裝角度影響小(安裝角度自由)、穩(wěn)定性高(適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng))、熱斑效應(yīng)小(被樹葉、灰塵遮擋仍可正常發(fā)電)，非常適合應(yīng)用于分布式、集成化的綠色建筑。

邯鄲中建材年產(chǎn)300 MW碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃生產(chǎn)線項目為河北省重點工程，該項目應(yīng)用中國建材工程集團(tuán)專有知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)和專有技術(shù)，是在充分總結(jié)第一條成都生產(chǎn)線的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，采用第二代改進(jìn)型近空間升華生產(chǎn)工藝最新技術(shù)成果，在國內(nèi)建設(shè)投產(chǎn)的第一條大面積高效薄膜發(fā)電玻璃生產(chǎn)線。伴隨著傳送帶勻速運轉(zhuǎn)，“機(jī)器人”自動操作，每55 s，一塊長1.6 m、寬1.2 m的碲化鎘發(fā)電玻璃組件就會下線、打包裝箱。為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，物料信息可追溯性，每塊玻璃受光面都會有一個專屬ID，讀碼器通過讀取識別基板ID，就能在MES系統(tǒng)端查詢到這塊玻璃的過站履歷以及工藝配方參數(shù)。因此，識別ID系統(tǒng)的快捷性、穩(wěn)定性尤為重要。生產(chǎn)線選取一款合適的讀碼器，可以提高讀取正確率，提高產(chǎn)品良品率和產(chǎn)線運行速率，從而削減產(chǎn)線勞動力，為企業(yè)節(jié)省成本。

1 二維碼、S7-1500控制器、SR750讀碼器介紹說明

1.1 二維碼介紹

Data Matrix Code(二維條碼)是矩陣型二維碼，于1987年由美國國際資料公司發(fā)明并開發(fā)的矩陣二維碼，在1996年注冊為AIMI的ISS標(biāo)準(zhǔn)，在2000年注冊為ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已廣泛用于商品的防偽、統(tǒng)籌標(biāo)識。Data Matrix碼的數(shù)據(jù)區(qū)域四周為L形框(稱為“對準(zhǔn)圖案”)和點線(稱為“時鐘圖案”)，如圖1所示。讀碼器將捕獲這些圖案，通過圖像處理算法技術(shù)確定代碼的位置，因此，可從任何方向上讀取 Data Matrix碼。邯鄲碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃項目利用激光打碼設(shè)備，在玻璃的受光面右下角刻劃出4 mm×4 mm的二維碼,做為實際物料層的專屬ID[1,2]。

1.2 西門子PLC S7-1500系列介紹

西門子PLC S7-1500系列是西門子PLC系列的創(chuàng)新產(chǎn)品，它在性價比、運行能力、通訊功能、擴(kuò)展性能、響應(yīng)速度、顯示功能等方面，相比S7-300系列、S7-400系列都有了大幅提升，從而為用戶在自動化控制系統(tǒng)的配置中提供了更加完美的解決方案。西門子S7-1500系列PLC為用戶準(zhǔn)備了多種CPU，包括緊湊型CPU，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場需求進(jìn)行選擇,以便組成更加合理的控制系統(tǒng)。SIMATIC S7-1500PLC提供有集成 PROFINET 端口、集成 Web 服務(wù)器、增強(qiáng)的性能以及大量集成功能，它可作為離散自動化技術(shù)領(lǐng)域中眾多自動化應(yīng)用的一種解決方案[3]。

1.3 SR-750系列讀碼器介紹

基恩士KEYENCE SR-750系列工業(yè)級高速二維條碼數(shù)據(jù)掃描器，搭載了最新算法，可從多達(dá)25萬種的修正模式中自動選擇最佳設(shè)置，實現(xiàn)了同級超高的讀取能力，并同級首創(chuàng)了預(yù)防性維修功能。可對不易穩(wěn)定讀取的工件上直接印刷的條碼進(jìn)行穩(wěn)定讀取,繼承了SR系列優(yōu)良的操作性，具有優(yōu)秀的讀取能力，任何人都可輕松使用。軟件僅需3個步驟便可自動調(diào)整至最佳設(shè)置?？筛鶕?jù)規(guī)格判定激光打碼質(zhì)量，等級判定結(jié)果可輸出信號，因此可輕松把握激光打碼工序的操作維護(hù)時期。除了數(shù)據(jù)傳輸，本系列產(chǎn)品還可實時傳輸捕獲的圖像，并可快速查看讀取狀態(tài)或讀取錯誤圖像。另外，可構(gòu)建多廠商網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，更易與其他設(shè)備進(jìn)行連接，即使是難以讀取的條碼，也可通過修正拍攝及處理,實現(xiàn)同級超高的讀取能力。產(chǎn)品選購時，官方有配套的固定座安裝支架，安裝使用起來方便、快捷。

2 應(yīng)用系統(tǒng)配置說明

2.1 系統(tǒng)電氣元器件

系統(tǒng)電氣元器件包括西門子S7-1500系列PLC、基恩士 SR-750系列讀碼器、Ethernet cable OP-87359、Control cable OP-87224、Siemens 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、明緯(MW)24V穩(wěn)壓電源。

整個讀碼器電氣配置系統(tǒng)如圖2所示。其中S7-1500控制器通過PROFINET通訊，與每個SR-750讀碼器通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 SR-750 軟件設(shè)定

基恩士SR-750系列的讀碼器用戶體驗感很強(qiáng)，人機(jī)操作簡單。具體設(shè)置流程如下:1)設(shè)置讀碼器IP:點擊IP設(shè)置按鈕，設(shè)置讀碼器的IP地址和子網(wǎng)掩碼；2)讀碼器參數(shù)自動設(shè)置，見圖3。

2.3 西門子博途軟件組態(tài)

TIA博途軟件是一個系統(tǒng)，里面包含有多種軟件，可以滿足用戶在不同自動化控制系統(tǒng)中的各種需求。新款軟件功能非常強(qiáng)大，將很多功能集成在一起，編程設(shè)計人員可以進(jìn)行更加方便快捷的項目開發(fā)。此系統(tǒng)具體操作流程如下：1)新建博途項目，將S7-1511-1PN 型號控制器移入系統(tǒng)組態(tài)中，并設(shè)置好系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的IP,確保控制系統(tǒng)和讀碼器網(wǎng)絡(luò)在同一個網(wǎng)段；2)導(dǎo)入SR-750GSD文件：在基恩士官網(wǎng)搜索“GSDML-01FD-SR-750”，打包下載，并在博途軟件中添加文件。3)安裝完GSD文件后，將SR-750的硬件選入組態(tài)網(wǎng)路中，S7-1500和SR-750通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)連接，最終的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示[4]。

2.4 軟件編程邏輯

通過查看SR-750設(shè)備的使用手冊，PROFINET通訊I區(qū)(Reader data)共169個字節(jié)，Q區(qū)(User data)共134個字節(jié)，根據(jù)具體的時序圖，進(jìn)行控制器邏輯編程。

控制器通過脈沖發(fā)送，讀碼器執(zhí)行讀碼操作，快速響應(yīng)后將讀取狀態(tài)和結(jié)果發(fā)送給控制器?？刂破髟谧x取程序中，使用博途軟件自帶的擴(kuò)展指令 Chars_TO Strg，將讀取出來的字符轉(zhuǎn)換為字符串，后續(xù)對基板數(shù)據(jù)處理程序使用字符串指令進(jìn)行數(shù)據(jù)整理[5,6]。與此同時，每次掃碼過程中，控制器可以通過計數(shù)成功“Completion Status Bits”和失敗“Error Status Bits”的反饋數(shù)值，計算出讀碼器的讀取數(shù)量和讀取成功率，最終顯示在傳輸線里所在區(qū)域的HMI界面上，以便于生產(chǎn)管理人員診斷各個讀碼器的穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

按照工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計建成的邯鄲中建材碲化鎘薄膜發(fā)電玻璃生產(chǎn)線項目，自動化程度高，全線共有64個讀碼器，數(shù)量較多，穩(wěn)定性要求極高。基恩士公司開發(fā)的設(shè)定軟件AutoID Network Navigator，軟件系統(tǒng)設(shè)置方便快捷，人機(jī)交互方式良好。編程時，與博途軟件兼容性好，通過PROFINET與S7-1500控制器連線穩(wěn)定、快捷。目前讀碼器都已開啟運行，讀取率可以達(dá)到99%以上。使用較高讀取率的讀碼器，將會大大提高產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，提高工廠自動化、數(shù)字化水平，進(jìn)而助推企業(yè)高效高質(zhì)量發(fā)展。