基于PLC 的光伏玻璃基片分揀系統?

夏 巖，劉 泉，牟 冰

（北京信息科技大學 機電工程學院，北京 100192）

0 引言

隨著新能源技術的不斷進步和太陽能發電的大力推廣，太陽能光伏組件的生產規模越來越大，我國已經成為全球最大的太陽能光伏玻璃基片生產國之一［1］，但是現有的生產線自動化程度相對較低，為了適應現代化快速生產的需要和提高光伏玻璃基片質量檢測的效率，本文設計研究了一種自動化程度較高的光伏電池玻璃基片質量檢測線分揀機構［2］。

1 光伏電池基片質量檢測線工藝流程分析

光伏電池玻璃基片質量檢測線是太陽能電池基片生產線的后續檢測工藝設備，其主要功能是檢測光伏玻璃基片是否存在缺陷。光伏玻璃基片經清洗機之后進入質量檢測工藝流程。檢測線設計要求能滿足與前段生產線的速度（90塊/h）匹配，且要求能滿足多種規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，首先要經過編號或標記，以便以后記錄數據；接著進行光伏玻璃基片的質量檢測，在此需要滿足兩點要求：一是能夠連續檢測，二是不影響后續產品的正常傳輸；經過質量檢測之后，光伏玻璃基片進入自動分揀工位，根據檢測結果將合格品入庫，不合格品脫離生產線。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硬件結構

2.1 系統控制要求

（1）運行方式。分揀機具有手動和自動兩種工作方式，當采用自動工作方式時，系統將按照預先設定好的程序循環往復工作。手動方式用于設備單動、調試和維修時使用。

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

（4）緊急停止。當出現緊急情況時按下急停按鈕，則所有運行的設備全部停止運行。只有當急停按鈕全部復位后，設備才可以重新啟動。

（5）安全保護。在程序設計時，對關鍵環節設置多重保護，以避免發生人身及設備事故。

（6）技術先進性和可擴展性。保證系統的先進性，可減少二次投資的費用，而且應保證系統具有很好的擴展性，方便系統的升級。系統硬件設計中選擇性能優良的元器件和PLC主機；硬件和軟件的設計都要做冗余量的設計，設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 控制系統的基本結構

控制系統主要由PLC及外部輸入輸出設備組成。PLC是控制系統的核心部件，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；輸出設備主要有各種電磁閥、變頻器、繼電器和各種交流直流負載，如報警燈、警笛等；RFID是射頻識別設備，主要用來對產品進行身份標示和識別，以便PLC記錄產品信息。PLC控制系統的結構框圖見圖2。

圖2 PLC控制系統結構框圖

結合本設計的實際要求，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、輸出點數達到256點（其中輸入184點，輸出184點）；狀態繼電器S0～S999共計1 000點；計數器C0～C234共計235點；高速計數器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、狀態轉移圖和指令清單。擴展模塊選用FX－60ER，可以將I/O點數擴展至256點；定位控制選用FX－10GM，用于控制伺服電機；通信設備采用RS485通信擴展板，型號為FX2N－485－BD。

3 分揀機構系統設計

3.1 分揀機構設計

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讀取產品身份信息，并和存儲在PLC內部的信息比較，挑出不合格的產品。控制方式選擇順序控制方法，分揀機構工作原理如圖3所示。

圖3 分揀機構工作原理圖

分揀機構［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）根據光電接近開關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，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 主電路設計

采用PLC控制變頻器調節三相異步電機驅動輥道轉動，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，因此在設計電路時必須設計相應的電磁制動電路。圖5為分揀機構主電路設計圖。

圖5 分揀機構主電路圖

4 結束語

PLC控制系統在光伏電池片檢測線的生產實踐中取得了良好的控制效果，生產效率得到極大提高，生產線工人數量大量減少，使生產效率和產品質量檢測準確性等都得到顯著的提高，滿足了企業對生產的要求。

［1］施祖銘.太陽能光伏電池的發展［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的研究［J］.應用光學，2010（2）：96－99.

［3］張根保.自動化制造系統［M］.北京：機械工業出版社，1995.

［4］袁學軍.基于三菱PLC控制的交流伺服電動機位置控制系統研究［J］.科技創新導報，2012（14）：63.