自動(dòng)層壓機(jī)的PLC自動(dòng)控制分析

摘 要：全自動(dòng)層壓機(jī)是一種太陽(yáng)能光伏電池的生產(chǎn)封裝設(shè)備，其控制系統(tǒng)直接影響太陽(yáng)能電池產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。我們對(duì)國(guó)內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的層壓機(jī)加熱系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查，研究了提高加熱均勻性、減少滯后性的措施，編制了一套自動(dòng)層壓機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)層壓機(jī)；PLC自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 12-0000-01

新能源開發(fā)利用是21世紀(jì)左右經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。太陽(yáng)能這種清潔高效的能源被人們逐漸重視起來(lái)，但是我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)近些年的發(fā)展卻十分艱難。經(jīng)濟(jì)危機(jī)和全球組件價(jià)格跳水等對(duì)國(guó)內(nèi)嚴(yán)重依賴國(guó)外市場(chǎng)的光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了致命的打擊。光伏產(chǎn)業(yè)是未來(lái)能源的主要力量，需要大量的太陽(yáng)能電池板完成能量的轉(zhuǎn)換，制造太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品除了需要優(yōu)質(zhì)的原材料，還需要高端的技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備。目前層壓機(jī)是最常見的太陽(yáng)能電池組件封裝設(shè)備，用于把鋼化玻璃和太陽(yáng)能組件、背板等按照一定的順序在高壓下壓制成為完成的整體。影響層壓機(jī)工作質(zhì)量的重要因素就是層壓機(jī)的PLC自動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)自動(dòng)控制能夠有效的提高光伏產(chǎn)品的生產(chǎn)速度。

一、層壓機(jī)

太陽(yáng)能組件層壓機(jī)主要有半自動(dòng)層壓機(jī)和全自動(dòng)層壓機(jī)兩種，主要區(qū)別在于能夠在上料和卸料環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。全自動(dòng)層壓機(jī)由于更加自動(dòng)化，效率更高，目前發(fā)展比較快。比較常見的主要有雙腔室層壓機(jī)、三腔室層壓機(jī)和多腔層壓機(jī)等。生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的主要是油加熱管層壓機(jī)，在加熱油箱內(nèi)加熱導(dǎo)熱油，推送至層壓加熱板，使用真空泵抽出層壓機(jī)下室的氣體，從這個(gè)層面看，太陽(yáng)能組件層壓機(jī)還可以稱作真空熱壓機(jī)。

二、自動(dòng)層壓機(jī)PLC自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

（一）控制方案

層壓機(jī)涉及到的參數(shù)主要有四個(gè)，分別是層壓溫度、抽氣時(shí)間、充氣時(shí)間、層壓時(shí)間。在幾個(gè)時(shí)間中，層壓時(shí)間是最長(zhǎng)的。從實(shí)際出發(fā)，生產(chǎn)過(guò)程通常設(shè)置溫度在層壓溫度，也就是EVA的固化溫度，這種方法比較簡(jiǎn)便但是開始階段溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致EVA的熔化，給抽氣帶來(lái)了困難，容易產(chǎn)生氣泡，影響太陽(yáng)能電池質(zhì)量，并且高溫下EVA的交聯(lián)難以控制，在實(shí)際控制中需要進(jìn)行一些調(diào)整。

設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)首先需要考慮不同溫度下EVA的固化曲線，選擇最合適的固化溫度，設(shè)定為層壓溫度。抽氣需要掌握好時(shí)機(jī)和抽氣的時(shí)間，在EVA處于固態(tài)或者流動(dòng)性較好的時(shí)候開始抽氣，并且抽氣泵一定要有很高的抽吸效率，而加壓不能過(guò)早，加壓時(shí)間設(shè)定在交聯(lián)度在某一范圍內(nèi)時(shí)比較適宜。

（二）PLC、設(shè)備選型方案

是PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中最重要的部分。選擇功能能夠滿足控制要求，并且運(yùn)行可靠，維護(hù)方便性價(jià)比高的機(jī)型。在選擇型號(hào)時(shí)盡量不要選擇冷門機(jī)型，不能選擇淘汰機(jī)型。對(duì)層壓機(jī)工作過(guò)程和控制系統(tǒng)需要完成的功能進(jìn)行分析后，可以確定PLC需要的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，開關(guān)量移動(dòng)16個(gè)，主要是啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)、手動(dòng)/自動(dòng)選擇等，不一一列舉。選擇PLC時(shí)盡量選擇運(yùn)算功能優(yōu)異，能夠有龐大程序和資料存儲(chǔ)空間的PLC。

溫度控制對(duì)組件產(chǎn)品質(zhì)量非常重要，溫度控制需要使用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)。送卸料檢測(cè)裝置使用傳送帶和光電傳感器協(xié)作，取代人工操作，并使用光敏二極管產(chǎn)生電信號(hào)作為控制上料、卸料的控制信號(hào)。選用真空傳輸泵作為自動(dòng)控制的抽氣泵，并選擇幾種真空泵形成真空抽氣系統(tǒng)共同抽氣，使之能夠滿足生產(chǎn)和科學(xué)研究要求，在不同的工作壓力范圍內(nèi)選擇不同的泵工作。

（三）控制算法

選擇PID這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便的自動(dòng)調(diào)節(jié)器。比例控制是一種簡(jiǎn)單的控制方式，輸出和輸入的誤差信號(hào)成正比，系統(tǒng)出現(xiàn)誤差時(shí)比例控制器就會(huì)發(fā)揮作用，減少誤差，但是比例系數(shù)過(guò)大會(huì)造成震蕩，影響穩(wěn)定性。積分控制的輸出輸入誤差也成正比，反映著誤差信號(hào)的變化，對(duì)誤差在時(shí)間上積分，即便誤差很小，但是會(huì)產(chǎn)生很大的積分值。而微分控制對(duì)誤差信號(hào)變化有著一定的預(yù)見性，能夠在誤差變的太大之前引入一個(gè)早期修正信號(hào)，產(chǎn)生了超前的控制作用。

層壓機(jī)加熱系統(tǒng)的特點(diǎn)在于大滯后、大慣性，層壓過(guò)程開關(guān)等機(jī)械動(dòng)作存在時(shí)變性，建立精確的數(shù)學(xué)模型是十分困難的。我們使用了PID復(fù)合控制算法，使系統(tǒng)能夠更加快速、平穩(wěn)、精確。在開機(jī)啟動(dòng)階段進(jìn)行模糊控制。系統(tǒng)偏差增大時(shí)就加大系統(tǒng)的控制力度，此時(shí)的控制主要是對(duì)主加熱的控制，開機(jī)之前加熱油、棒均在室溫下，這時(shí)應(yīng)該快速加熱至工作溫度，但是不能過(guò)熱導(dǎo)致層壓平臺(tái)變形。溫差較大時(shí)可以同時(shí)啟動(dòng)主加熱系統(tǒng)和副加熱系統(tǒng)，進(jìn)行模糊控制。

接近層壓溫度之后，使用模糊自適應(yīng)PID控制，短時(shí)間預(yù)熱之后系統(tǒng)偏差已經(jīng)很小，使用模糊自適應(yīng)PID控制，保證溫度不會(huì)發(fā)生大的波動(dòng)。層壓平臺(tái)溫度上升帶最佳層壓溫度下，使用副加熱器進(jìn)行加熱。

層壓機(jī)加熱系統(tǒng)中加熱棒對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，使用熱油泵把導(dǎo)熱油送入層壓平臺(tái)下的加熱管道中形成對(duì)流，提高了熱傳到速率。并能夠獲得盡量均勻的溫度場(chǎng)。我們還考慮到了管路內(nèi)熱油向?qū)訅号_(tái)加熱板的傳導(dǎo)熱量和管路內(nèi)熱油的消耗熱量相等，根據(jù)熱量的計(jì)算公式，能夠得到單位時(shí)間內(nèi)熱油從入口到出口的熱量消耗，并由此得知，層平臺(tái)溫度恒定時(shí)導(dǎo)熱油的導(dǎo)熱量和導(dǎo)熱油的流速成正比。在設(shè)計(jì)中，選擇了大功率熱油泵，提高導(dǎo)熱油的流速，能夠有效提高導(dǎo)熱效率，獲得均衡的熱場(chǎng)，并能夠提高能源的利用率。

（四）軟件環(huán)境

主程序只有一個(gè)，每次掃描周期內(nèi)處理器都要執(zhí)行一次主程序。子程序和終端子程序需要寫在最后一個(gè)FEND指令和END指令之間。在PLC編程軟件WPLSoft上完成軟件的編程和調(diào)試。子程序主要有加熱系統(tǒng)子程序、自動(dòng)層壓子程序、手動(dòng)層壓子程序，系統(tǒng)使用PLC中的CJ指令轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序中執(zhí)行。

三、結(jié)束語(yǔ)

介紹了層壓機(jī)基本構(gòu)成，分析了太陽(yáng)能電池組件的封裝工藝，對(duì)控制環(huán)節(jié)需要的設(shè)備進(jìn)行了選型，采用了雙管道蛇形導(dǎo)熱油加熱管道排列方式，使用了更大功率的導(dǎo)油泵，獲得了更高的導(dǎo)熱效率和更均衡的熱場(chǎng)，并設(shè)置了主、副兩套加熱裝置，提高了控制精度，在加熱溫度控制上采用了模糊控制和傳統(tǒng)PID控制結(jié)合的方式，獲得了更高的溫度控制效果。

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