光伏電池生產(chǎn)車間自動化傳輸系統(tǒng)

（中國鐵建重工集團有限公司，長沙 410000）

0 引言

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

雖然我國各大光伏領(lǐng)軍企業(yè)的光伏電池生產(chǎn)線已經(jīng)部分采用自動插片機、取片、上料機構(gòu)以及設(shè)備間的自動轉(zhuǎn)送裝置，但整體水平仍處于半自動化狀態(tài)，我國的太陽能光伏電池制造企業(yè)建成完善的自動化生產(chǎn)鏈寥寥無幾，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)計等方面都存在明顯欠缺。由于缺乏完整的自動化生產(chǎn)體系導致太陽能光伏電池制造容易出現(xiàn)銜接問題，進而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，使太陽能資源的利用率無法得到有效提高。

本文針對某公司太陽能電池生產(chǎn)線，提出了一種太陽能電池自動化傳輸系統(tǒng)，銜接各個工序之間電池傳輸問題，全過程無人干預，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)

晶體硅太陽能電池生產(chǎn)線的工藝環(huán)節(jié)有上料，清洗制絨，擴散，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)線是一種半自動化狀態(tài)，單個工藝環(huán)節(jié)能用專用設(shè)備進行處理，但是每個工藝環(huán)節(jié)的上料、下料，以及兩個工藝環(huán)節(jié)之前的銜接，單晶硅電池片必須用人工進行搬運。采用人工對整個生產(chǎn)線的影響有：

1）影響電池片的清潔度。在人工搬運的工程中，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輸過程中，人工搬運會增加碰撞的風險，增加電池片的碎片率，造成浪費，增加成本。

4）影響生效率。在下料過程中，由于人工的疏忽，未及時上料，下料，會造成整個設(shè)備的停頓，影響效率。

2 自動化傳輸系統(tǒng)

針對上節(jié)生產(chǎn)線所存在的問題，本文設(shè)計了一種自動化運輸生產(chǎn)線，如圖3所示。在每個工藝環(huán)節(jié)銜接的地方，電池片的上下料運輸采用工業(yè)機器人來進行，即圖3中的OP10～OP80工位。各個工位的工序內(nèi)容簡介如下：

OP10：倒片機與制絨機之間傳輸。倒片機由人工上料硅片，倒片機將硅片自動裝入花籃盒，倒片機與制絨機之間前道花籃盒的傳輸由機器人自動上下料。

OP20：制絨機與擴散插片機之間傳輸。制絨機通過帶式輸送線傳送至擴散間。通過輸送線上定位機構(gòu)將花籃精確定位，機器人抓取花籃完成制絨機與擴散插片及之間的花籃傳輸。

OP30：擴散插片機與方阻檢測設(shè)備之間傳輸。采用地軌移動式機器人完成擴散插片機與方阻檢測設(shè)備之間的前道花籃中轉(zhuǎn)。

OP40：方阻檢測設(shè)備與刻蝕機上料機之間傳輸。方阻檢測設(shè)備下料后的滿花籃通過輸送線抵達濕刻機上料機前端。定位機構(gòu)將輸送線上的滿花籃進行定位之后，機器人抓取滿花籃完成方阻檢測設(shè)備與蝕刻機上料機之間的傳輸。

刻蝕上料機上料后的空花籃通過AGV小車傳輸至倒片機處。

圖3 自動化傳輸系統(tǒng)方案

OP50：蝕刻下料機與平板PECVD上下料機之間傳輸。由機器人將刻蝕清洗下料機處的滿花籃搬運至背鈍化平板PECVD上下料機上料口；同時將平板PECVD上下料機上料口處的空花籃搬運至到刻蝕清洗下料機的空花籃上料口。

OP60：平板PECVD上下料機與管式PECVD插片機之間傳輸。平板PECVD上下料機通過上下兩層式輸送線將滿花籃傳輸至管式PECVD插片機附近，同時在輸送線具有緩存15個花籃盒的功能。機器人從輸送線上層抓取滿花籃放置于管式PECVD入料口，同時將管式PECVD 的空花籃放回輸送線下層。

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

OP80：激光消融機與絲網(wǎng)印刷機之間傳輸。機器人實現(xiàn)激光消融下料處和絲網(wǎng)印刷上料處的花籃盒自動上下料。

3 系統(tǒng)集成

3.1 電氣硬件系統(tǒng)

整個系統(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從站以及機器人之間通信模式采用PROFINET。

圖4 電氣系統(tǒng)構(gòu)成

機器人工作過程當中，與中間工藝環(huán)節(jié)設(shè)備之間的信息交互，工作PLC來進行中轉(zhuǎn)，工作模式如圖5所示。

3.2 程序流程

OP10機器人任務分配：

1）從AGV取空花籃防止倒片機；

2）從倒片機取滿花籃放至制絨；

圖5 與第三方設(shè)備交互

3）從緩存取滿花籃放至制絨；

4）從倒片機取滿花籃放至緩存。

流程圖如圖6所示。

圖6 OP10機器人工作流程圖

OP20機器人任務分配：

1）從制絨出料抓滿花籃至擴散入料口；

2）從緩存抓滿花籃至擴散入料口；

3）從制絨出料口抓滿花籃至緩存。

流程圖如圖7所示。

OP30機器人任務分配：

1）從擴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機器人任務分配：

1）從刻蝕入口抓滿花籃至刻蝕上料機；

2）從刻蝕上料機抓空花籃至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。

圖7 OP20機器人工作流程圖

圖8 OP30機器人工作流程圖

流程圖如圖9所示。

OP50機器人任務分配：

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機器人工作流程圖

圖10 OP50機器人工作流程圖

OP60機器人任務分配：

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1；

4）從中轉(zhuǎn)臺2取空花籃放至管式PE下料口。

流程圖如圖11所示。

OP70機器人任務分配：

圖11 OP60機器人工作流程圖

1）從中轉(zhuǎn)臺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2；

3）從中轉(zhuǎn)臺1取滿花籃防止緩存；

4）從緩存取空花籃放至中轉(zhuǎn)臺2；

5）從激光消融取空花籃防止緩存；

6）從中轉(zhuǎn)臺取滿花籃放至緩存。

流程圖如圖12所示。

圖12 OP70機器人工作流程圖

OP80機器人任務分配：

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機器人工作流程圖

4 結(jié)論

本文中的電池片自動化傳輸系統(tǒng)已在某公司生產(chǎn)車間投入使用，經(jīng)過生產(chǎn)檢驗，自動化系統(tǒng)提高了車間的運轉(zhuǎn)效率，減少了人工數(shù)量，減少了有人工搬運過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。