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    太陽能電池測試分選設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    2014-07-04 03:28:12唐超凡賈京英顏秀文
    電子工業(yè)專用設(shè)備 2014年9期
    關(guān)鍵詞:分料滑臺探針

    唐超凡,賈京英,王 娟,顏秀文

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

    1 測試分選設(shè)備介紹

    中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所開發(fā)的Y05-1/UM 型全自動(dòng)太陽能電池測試分選設(shè)備主要用于晶體硅太陽能電池的性能測試和自動(dòng)分選,總體構(gòu)成如圖1 所示。設(shè)備主要由上料臺、電池定位、電池流片、探針測試臺、模擬器、測試系統(tǒng)、電池分檔等幾大部分組成。各部分裝置通過機(jī)械、氣動(dòng)、電氣、控制的有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)電池片參數(shù)的準(zhǔn)確測試與自動(dòng)分類。

    圖1 Y05-1/UM 型全自動(dòng)太陽能電池測試分選設(shè)備

    設(shè)備基本工作流程:料盒傳送系統(tǒng)將裝滿電池片的料盒傳送至上料臺,上料臺的升降裝置將電池片頂至合適的位置,通過氣體懸浮分片裝置使盒內(nèi)電池片分離,取料滑臺將料盒頂部的電池抓住并放到傳送帶上,傳送帶上的電池片經(jīng)過位置校正后被準(zhǔn)確傳送至測試臺,測試探針壓住電池片柵線后啟動(dòng)太陽模擬器工作,測試系統(tǒng)通過探針引線將測試數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,并將處理后的數(shù)據(jù)高速傳遞給分選系統(tǒng),分選系統(tǒng)接到指令后,根據(jù)用戶設(shè)置的分選規(guī)則,通過前后分料滑臺的真空抓手抓取已經(jīng)測試過的電池片并送至相應(yīng)的儲片盒內(nèi),完成了一個(gè)周期內(nèi)單片晶體硅電池的測試分選。

    2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成

    全自動(dòng)化的太陽能電池生產(chǎn)線對設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性提出了很高的要求,對于測試分選設(shè)備來說,必須具備測試準(zhǔn)確、快速、碎片率低、性能穩(wěn)定、操作簡單等特點(diǎn)。2 個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)要求為:

    ●生產(chǎn)效率:≥1400 片/h

    ●碎片率:≤3‰(180~330 μm 硅片)

    1 400 片/h 的生產(chǎn)率相當(dāng)于每片的分選時(shí)間為2.57 s,即在2.57 s 的時(shí)間內(nèi)分選機(jī)必須完成電池片上料、位置校正、傳送、測試、分檔等一系列的動(dòng)作,由于電池片的厚度僅為180~330 μm,在快速頻繁的動(dòng)作過程中容易破碎,如何在極短的時(shí)間內(nèi)(2.57 s)完成測試分選一系列復(fù)雜的動(dòng)作又保證碎片率≤3‰,對于測試分選設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

    運(yùn)動(dòng)控制的核心為運(yùn)動(dòng)控制器,目前,運(yùn)動(dòng)控制器按結(jié)構(gòu)可分為3 類,一是基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制卡,它是利用工業(yè)計(jì)算機(jī)硬件和操作系統(tǒng), 并結(jié)合用戶開發(fā)的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn), 具有高速的數(shù)據(jù)處理能力;二是基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制器, 其優(yōu)點(diǎn)是硬件可靠、開發(fā)周期快、面向工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用;三是基于嵌入式芯片的運(yùn)動(dòng)控制卡, 這種控制卡采用高度集成的運(yùn)動(dòng)控制芯片DSP 或?qū)S玫倪\(yùn)動(dòng)控制芯片, 其優(yōu)點(diǎn)是可大幅度簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),減少外部元器件個(gè)數(shù)。

    由于可編程控制器(PLC)具有高速的邏輯控制能力,極高的可靠性,方便的功能單元組合,簡便的系統(tǒng)維護(hù)等一系列優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由中國電子科技集團(tuán)公司第四十八研究所研發(fā)的Y05-1/UM 型全自動(dòng)太陽能電池測試分選設(shè)備同樣采用了PLC 作為控制核心,因此,其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用了PLC+運(yùn)動(dòng)控制模塊的方式來搭建。該運(yùn)動(dòng)控制模塊具備1.5 ms 的超高響應(yīng)速度,即可進(jìn)行4 軸獨(dú)立的速度和位置控制,還具有多種直線和圓弧插補(bǔ)功能。能夠很好地滿足測試分選設(shè)備對運(yùn)動(dòng)控制的需求。

    圖2 所示為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖。

    圖2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)框

    由圖可見,測試分選設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括電池升降控制、取料滑臺定位控制、橫向定位控制、縱向定位控制、前夾持定位控制、后夾持定位控制、上探針定位控制、下探針定位控制、前分料X 軸定位控制、前分料Y 軸定位控制、后分料X軸定位控制、后分料Y 軸定位控制、電池傳送定位控制和料盒傳送定位控制共14 個(gè)運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)。各運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)的控制原理和電池升降控制系統(tǒng)相同。

    3 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件界面

    測試分選設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制包括電池升降、取料滑臺、橫向定位、縱向定位、前夾持、后夾持、上探針、下探針、前分料滑臺、后分料滑臺、電池傳送和料盒傳送共14 個(gè)運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)。在人機(jī)界面的設(shè)計(jì)上將其分為4 個(gè)板塊,分別是:

    (1)取料板塊:包括電池升降和取料滑臺的控制和參數(shù)設(shè)定;

    (2)傳送板塊:包括電池傳送、料盒傳送、橫向定位、縱向定位的控制和參數(shù)設(shè)定;

    (3)測試板塊:包括前夾持、后夾持、上探針、下探針的控制和參數(shù)設(shè)定;

    (4)分選板塊:包括前分料滑臺、后分料滑臺的控制和參數(shù)設(shè)定。

    下面以分選相關(guān)界面為例簡單說明,分選機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)將測試完成的電池片按照設(shè)定的分選規(guī)則自動(dòng)傳送至對應(yīng)的儲片盒中的功能。分選動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)通過分料滑臺來完成,分料滑臺由橫向和縱向(X 軸和Y 軸)兩個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)滑臺組合完成。通過兩個(gè)滑臺的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)分料定位的高精度控制。圖3 所示為前、后分料滑臺的硬件連接示意圖。

    圖3 分料滑臺硬件組成

    軟件設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)以下功能:

    (1)滑臺在手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行時(shí)的速度設(shè)定和控制;

    (2)當(dāng)前位置坐標(biāo)顯示和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的顯示,包括兩個(gè)軸各自的CW、CCW 和原點(diǎn)傳感器狀態(tài)的顯示;

    (3)滑臺位置精確調(diào)整,包括兩個(gè)軸各自的JOG 運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)指示;

    (4)起點(diǎn)位和32 個(gè)分料檔位的坐標(biāo)設(shè)定、存儲、功能測試;

    (5)原點(diǎn)復(fù)歸的控制和顯示;

    (6)開光量的控制和顯示。

    圖4 所示為前、后分料滑臺的軟件界面。

    圖4 運(yùn)動(dòng)控制軟件界面

    4 PLC 運(yùn)動(dòng)控制程序

    4.1 運(yùn)動(dòng)控制原理和流程

    PLC 通過編制梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的方法和流程見圖5 所示。

    ①通過執(zhí)行PLC 的CPU 單元中存儲的梯形圖程序,向定位單元發(fā)出動(dòng)作指令。

    ②定位單元根據(jù)PLC 的指令,從自身存儲器中讀取動(dòng)作所必要的系統(tǒng)參數(shù)、速度參數(shù)和點(diǎn)參數(shù)后,按照這些信息向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出脈沖。

    ③驅(qū)動(dòng)器接受定位單元的脈沖后,輸出信號,驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

    ④通過電機(jī)動(dòng)作,移動(dòng)對象物體,進(jìn)行定位。

    ⑤定為單元同步校驗(yàn)由驅(qū)動(dòng)單元發(fā)出的信號及由機(jī)械裝置的停止傳感器及限位開關(guān)等各種傳感器,校驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行的一系列動(dòng)作。

    圖5 運(yùn)動(dòng)控制動(dòng)作流程

    ⑥CPU 單元通過讀取定位單元發(fā)出的信號,校驗(yàn)對象物體的動(dòng)作狀態(tài)

    4.2 梯形圖程序編制

    通過梯形圖編制運(yùn)動(dòng)控制的部分程序?yàn)椋?/p>

    5 結(jié) 論

    基于PLC+運(yùn)動(dòng)控制模塊組成的太陽能電池測試分選設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已在超過100 臺分選設(shè)備上采用,連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3年,實(shí)踐證明,該系統(tǒng)擁有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、定位準(zhǔn)確、控制精度高、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。

    [1] 李全利. PLC 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

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