光伏電池生產(chǎn)車間自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)

（中國(guó)鐵建重工集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源問(wèn)題已成為人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和重要制約因素。太陽(yáng)能光伏具有無(wú)污染、存在普遍性以及永不枯竭等優(yōu)點(diǎn)，是解決人類能源危機(jī)及環(huán)境問(wèn)題的有效途徑，是最具前景的新能源技術(shù)之一，而太陽(yáng)能光伏的核心部件是太陽(yáng)能電池。目前，80%的太陽(yáng)電池是由晶體硅材料制備而成，晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線的技術(shù)水平直接影響太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)成本，是太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的集中體現(xiàn)。

雖然我國(guó)各大光伏領(lǐng)軍企業(yè)的光伏電池生產(chǎn)線已經(jīng)部分采用自動(dòng)插片機(jī)、取片、上料機(jī)構(gòu)以及設(shè)備間的自動(dòng)轉(zhuǎn)送裝置，但整體水平仍處于半自動(dòng)化狀態(tài)，我國(guó)的太陽(yáng)能光伏電池制造企業(yè)建成完善的自動(dòng)化生產(chǎn)鏈寥寥無(wú)幾，生產(chǎn)系統(tǒng)中的絕大部分仍由人工完成。設(shè)備間的組合、生產(chǎn)鏈設(shè)計(jì)等方面都存在明顯欠缺。由于缺乏完整的自動(dòng)化生產(chǎn)體系導(dǎo)致太陽(yáng)能光伏電池制造容易出現(xiàn)銜接問(wèn)題，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，使太陽(yáng)能資源的利用率無(wú)法得到有效提高。

本文針對(duì)某公司太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線，提出了一種太陽(yáng)能電池自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)，銜接各個(gè)工序之間電池傳輸問(wèn)題，全過(guò)程無(wú)人干預(yù)，提高了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。

1 現(xiàn)有生產(chǎn)線狀態(tài)

晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線的工藝環(huán)節(jié)有上料，清洗制絨，擴(kuò)散，刻蝕，二次清洗，PECVD，激光消融，絲印燒結(jié)，分選。工藝流程如圖1所示，各個(gè)工藝環(huán)節(jié)設(shè)備如圖2所示。圖1中的生產(chǎn)線是一種半自動(dòng)化狀態(tài)，單個(gè)工藝環(huán)節(jié)能用專用設(shè)備進(jìn)行處理，但是每個(gè)工藝環(huán)節(jié)的上料、下料，以及兩個(gè)工藝環(huán)節(jié)之前的銜接，單晶硅電池片必須用人工進(jìn)行搬運(yùn)。采用人工對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的影響有：

1）影響電池片的清潔度。在人工搬運(yùn)的工程中，裝電池片用的花籃以及電池片與人接觸到的幾率大幅增加。人體自帶的靜電以及污染物會(huì)傳播到電池片，影響電池片的清潔度。

圖1 晶體光伏電池片工藝流程

圖2 電池片生產(chǎn)線

2）影響電池片的清潔度。在人工搬運(yùn)的工程中，裝電池片用的花籃以及電池片與人接觸到的幾率大幅增加。人體自帶的靜電以及污染物會(huì)傳播到電池片，影響電池片的清潔度。

3）增加電池片的碎片率。在電池片的上下料以及電池片運(yùn)輸過(guò)程中，人工搬運(yùn)會(huì)增加碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，增加電池片的碎片率，造成浪費(fèi)，增加成本。

4）影響生效率。在下料過(guò)程中，由于人工的疏忽，未及時(shí)上料，下料，會(huì)造成整個(gè)設(shè)備的停頓，影響效率。

2 自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)

針對(duì)上節(jié)生產(chǎn)線所存在的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)化運(yùn)輸生產(chǎn)線，如圖3所示。在每個(gè)工藝環(huán)節(jié)銜接的地方，電池片的上下料運(yùn)輸采用工業(yè)機(jī)器人來(lái)進(jìn)行，即圖3中的OP10～OP80工位。各個(gè)工位的工序內(nèi)容簡(jiǎn)介如下：

OP10：倒片機(jī)與制絨機(jī)之間傳輸。倒片機(jī)由人工上料硅片，倒片機(jī)將硅片自動(dòng)裝入花籃盒，倒片機(jī)與制絨機(jī)之間前道花籃盒的傳輸由機(jī)器人自動(dòng)上下料。

OP20：制絨機(jī)與擴(kuò)散插片機(jī)之間傳輸。制絨機(jī)通過(guò)帶式輸送線傳送至擴(kuò)散間。通過(guò)輸送線上定位機(jī)構(gòu)將花籃精確定位，機(jī)器人抓取花籃完成制絨機(jī)與擴(kuò)散插片及之間的花籃傳輸。

OP30：擴(kuò)散插片機(jī)與方阻檢測(cè)設(shè)備之間傳輸。采用地軌移動(dòng)式機(jī)器人完成擴(kuò)散插片機(jī)與方阻檢測(cè)設(shè)備之間的前道花籃中轉(zhuǎn)。

OP40：方阻檢測(cè)設(shè)備與刻蝕機(jī)上料機(jī)之間傳輸。方阻檢測(cè)設(shè)備下料后的滿花籃通過(guò)輸送線抵達(dá)濕刻機(jī)上料機(jī)前端。定位機(jī)構(gòu)將輸送線上的滿花籃進(jìn)行定位之后，機(jī)器人抓取滿花籃完成方阻檢測(cè)設(shè)備與蝕刻機(jī)上料機(jī)之間的傳輸。

刻蝕上料機(jī)上料后的空花籃通過(guò)AGV小車傳輸至倒片機(jī)處。

圖3 自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)方案

OP50：蝕刻下料機(jī)與平板PECVD上下料機(jī)之間傳輸。由機(jī)器人將刻蝕清洗下料機(jī)處的滿花籃搬運(yùn)至背鈍化平板PECVD上下料機(jī)上料口；同時(shí)將平板PECVD上下料機(jī)上料口處的空花籃搬運(yùn)至到刻蝕清洗下料機(jī)的空花籃上料口。

OP60：平板PECVD上下料機(jī)與管式PECVD插片機(jī)之間傳輸。平板PECVD上下料機(jī)通過(guò)上下兩層式輸送線將滿花籃傳輸至管式PECVD插片機(jī)附近，同時(shí)在輸送線具有緩存15個(gè)花籃盒的功能。機(jī)器人從輸送線上層抓取滿花籃放置于管式PECVD入料口，同時(shí)將管式PECVD 的空花籃放回輸送線下層。

OP70：管式PECVD插片機(jī)與激光消融機(jī)之間傳輸。OP60工位的地軌移動(dòng)式機(jī)器人同時(shí)從OP70中轉(zhuǎn)區(qū)抓取空花籃放置于管式PECVD插片機(jī)上料口，從管式 PECVD插片機(jī)滿花籃下料口抓取滿花籃放置于OP70中轉(zhuǎn)區(qū)。另一臺(tái)機(jī)器人從中轉(zhuǎn)區(qū)抓取滿花籃完成管式PECVD插片機(jī)與激光消融機(jī)之間的滿花籃的傳輸。同時(shí)從激光消融機(jī)抓取空花籃放置于中轉(zhuǎn)區(qū)。

OP80：激光消融機(jī)與絲網(wǎng)印刷機(jī)之間傳輸。機(jī)器人實(shí)現(xiàn)激光消融下料處和絲網(wǎng)印刷上料處的花籃盒自動(dòng)上下料。

3 系統(tǒng)集成

3.1 電氣硬件系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)硬件構(gòu)成：CPU：西門子1500；PLC與STN從站以及機(jī)器人之間通信模式采用PROFINET。

圖4 電氣系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)器人工作過(guò)程當(dāng)中，與中間工藝環(huán)節(jié)設(shè)備之間的信息交互，工作PLC來(lái)進(jìn)行中轉(zhuǎn)，工作模式如圖5所示。

3.2 程序流程

OP10機(jī)器人任務(wù)分配：

1）從AGV取空花籃防止倒片機(jī)；

2）從倒片機(jī)取滿花籃放至制絨；

圖5 與第三方設(shè)備交互

3）從緩存取滿花籃放至制絨；

4）從倒片機(jī)取滿花籃放至緩存。

流程圖如圖6所示。

圖6 OP10機(jī)器人工作流程圖

OP20機(jī)器人任務(wù)分配：

1）從制絨出料抓滿花籃至擴(kuò)散入料口；

2）從緩存抓滿花籃至擴(kuò)散入料口；

3）從制絨出料口抓滿花籃至緩存。

流程圖如圖7所示。

OP30機(jī)器人任務(wù)分配：

1）從擴(kuò)散出料抓滿花籃至方阻入料口；

2）方阻出口抓滿花籃至刻蝕入口；

3）方阻入口抓空花籃至方阻出口。

流程圖如圖8所示。

OP40機(jī)器人任務(wù)分配：

1）從刻蝕入口抓滿花籃至刻蝕上料機(jī)；

2）從刻蝕上料機(jī)抓空花籃至AGV；

3）從刻蝕上料口抓滿花籃至緩存；

4）從緩存抓滿花籃至刻蝕上料機(jī)。

圖7 OP20機(jī)器人工作流程圖

圖8 OP30機(jī)器人工作流程圖

流程圖如圖9所示。

OP50機(jī)器人任務(wù)分配：

1）刻蝕下料口取滿花籃放至緩存；

2）從緩存取空花籃放至刻蝕下料口；

3）從平板PE取滿花籃放至緩存；

4）從緩存取空花籃放至平板PE。

工作流程如圖10所示。

圖9 OP40機(jī)器人工作流程圖

圖10 OP50機(jī)器人工作流程圖

OP60機(jī)器人任務(wù)分配：

1）從輸送線上取滿花籃防止管式PE上料口；

2）管式PE上料口取空花籃放至輸送線；

3）從管式PE下料口取滿花籃放至中轉(zhuǎn)臺(tái)1；

4）從中轉(zhuǎn)臺(tái)2取空花籃放至管式PE下料口。

流程圖如圖11所示。

OP70機(jī)器人任務(wù)分配：

圖11 OP60機(jī)器人工作流程圖

1）從中轉(zhuǎn)臺(tái)1取滿花籃防止激光消融；

2）從激光消融取空花籃防止中轉(zhuǎn)臺(tái)2；

3）從中轉(zhuǎn)臺(tái)1取滿花籃防止緩存；

4）從緩存取空花籃放至中轉(zhuǎn)臺(tái)2；

5）從激光消融取空花籃防止緩存；

6）從中轉(zhuǎn)臺(tái)取滿花籃放至緩存。

流程圖如圖12所示。

圖12 OP70機(jī)器人工作流程圖

OP80機(jī)器人任務(wù)分配：

1）從絲網(wǎng)印刷取空花籃防止激光消融；

2）從激光消融取滿花籃放至絲網(wǎng)印刷；

3）從激光消融取滿花籃放至緩存；

4）從緩存取空花籃防至激光消融；

5）從絲網(wǎng)印刷取空花籃防止緩存；

6）從緩存取滿花籃放至絲網(wǎng)印刷。

流程圖如圖13所示。

圖13 OP80機(jī)器人工作流程圖

4 結(jié)論

本文中的電池片自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)已在某公司生產(chǎn)車間投入使用，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)檢驗(yàn)，自動(dòng)化系統(tǒng)提高了車間的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，減少了人工數(shù)量，減少了有人工搬運(yùn)過(guò)程中造成碎片以及電池片的污染，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。