基于PLC 的光伏玻璃基片分揀系統(tǒng)?

夏 巖，劉 泉，牟 冰

（北京信息科技大學(xué) 機電工程學(xué)院，北京 100192）

0 引言

隨著新能源技術(shù)的不斷進步和太陽能發(fā)電的大力推廣，太陽能光伏組件的生產(chǎn)規(guī)模越來越大，我國已經(jīng)成為全球最大的太陽能光伏玻璃基片生產(chǎn)國之一［1］，但是現(xiàn)有的生產(chǎn)線自動化程度相對較低，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)量檢測的效率，本文設(shè)計研究了一種自動化程度較高的光伏電池玻璃基片質(zhì)量檢測線分揀機構(gòu)［2］。

1 光伏電池基片質(zhì)量檢測線工藝流程分析

光伏電池玻璃基片質(zhì)量檢測線是太陽能電池基片生產(chǎn)線的后續(xù)檢測工藝設(shè)備，其主要功能是檢測光伏玻璃基片是否存在缺陷。光伏玻璃基片經(jīng)清洗機之后進入質(zhì)量檢測工藝流程。檢測線設(shè)計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，即每隔40s會從清洗機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。

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

2 檢測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）運行方式。分揀機具有手動和自動兩種工作方式，當(dāng)采用自動工作方式時，系統(tǒng)將按照預(yù)先設(shè)定好的程序循環(huán)往復(fù)工作。手動方式用于設(shè)備單動、調(diào)試和維修時使用。

圖1 光伏電池基片檢測線工藝流程圖

（2）實時顯示。系統(tǒng)中各工序的運行情況、報警信息、檢測信息和故障信息等都能夠顯示在觸摸屏上。

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

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

（5）安全保護。在程序設(shè)計時，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置多重保護，以避免發(fā)生人身及設(shè)備事故。

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

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，如報警燈、警笛等；RFID是射頻識別設(shè)備，主要用來對產(chǎn)品進行身份標(biāo)示和識別，以便PLC記錄產(chǎn)品信息。PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見圖2。

圖2 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

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

3 分揀機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 分揀機構(gòu)設(shè)計

分揀模塊的主要功能是將檢測完畢的光伏玻璃基片按照合格品和不合格品進行分揀，主要控制對象是輥道用電動機、同步帶用電動機和氣缸，此外還需要用RFID讀取產(chǎn)品身份信息，并和存儲在PLC內(nèi)部的信息比較，挑出不合格的產(chǎn)品。控制方式選擇順序控制方法，分揀機構(gòu)工作原理如圖3所示。

圖3 分揀機構(gòu)工作原理圖

分揀機構(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拖動，電機型號為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段同步帶傳動采用三相異步電動機加減速箱拖動，電機型號同輥道傳輸用電機相同。

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

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

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

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

圖5 分揀機構(gòu)主電路圖

4 結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)在光伏電池片檢測線的生產(chǎn)實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)量檢測準(zhǔn)確性等都得到顯著的提高，滿足了企業(yè)對生產(chǎn)的要求。

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

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

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

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