[摘 要]光伏電池板車間生產(chǎn)流水線的組成和功能介紹。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)總線 光伏 流水線 電池板

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）05-0360-02

1.引言：

目前，以工業(yè)總線形式設(shè)計(jì)流水線已經(jīng)成為自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向。改變了傳統(tǒng)布線模式，可以減少電纜敷設(shè)，易于實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量的精確傳輸。通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài)，調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制的靈活性，建立的控制系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展。

2.工業(yè)總線的協(xié)議結(jié)構(gòu)

Profibus工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)是由西門子公司推出的一種開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，目前世界上的大多自動(dòng)化產(chǎn)品生產(chǎn)廠家都為它們的自動(dòng)化設(shè)備提供這類通信接口，總線能確保工作過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木群蜏?zhǔn)確性，又解決了傳統(tǒng)控制方案布線繁雜的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化，使工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的配置和建立更加簡(jiǎn)便，因此工業(yè)總線能廣泛地應(yīng)用于加工制造和過(guò)程控制，成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)。

3.光伏車間工藝布局及生產(chǎn)流程

光伏車間內(nèi)的流水線由西門子300系列PLC進(jìn)行總體控制，流水線上具有獨(dú)立功能的單元，如：90度翻轉(zhuǎn)檢查、180度翻轉(zhuǎn)清洗、水平旋轉(zhuǎn)等由西門子200PLC進(jìn)行控制，以DP從站的形式與總站信息互傳，并接受總站的控制。自動(dòng)化生產(chǎn)中，要求流水線能自動(dòng)接收上道工序來(lái)料，在完成自身工序后，再將產(chǎn)品傳遞到下道工序。光伏流水線自動(dòng)接收半成品光伏板，經(jīng)過(guò)削邊處理、人工檢查后，根據(jù)判定的結(jié)果對(duì)電池板進(jìn)行分揀，并設(shè)計(jì)有二次檢查工序，對(duì)二次檢查合格的重新返回流水線進(jìn)入下道工序，不合格品由人工抬出。生產(chǎn)線內(nèi)的裝框機(jī)生產(chǎn)效率穩(wěn)定，但生產(chǎn)線上的光伏板數(shù)量會(huì)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況變化，為解決這一問(wèn)題，在裝框機(jī)前設(shè)計(jì)有堆棧，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)輸送來(lái)的光伏板進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放，緩沖流水線的輸送壓力、保證生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定連續(xù)。

組框后的光伏板再經(jīng)過(guò)接線盒安裝、接線盒灌膠，由碼垛機(jī)械手把組件擺放到固化線上進(jìn)行固化處理，四個(gè)小時(shí)后固化結(jié)束，再經(jīng)過(guò)清整、絕緣耐壓、功率測(cè)試、發(fā)光缺陷檢查、貼標(biāo)簽、成品下料、打包轉(zhuǎn)運(yùn)，完成一個(gè)生產(chǎn)流程。

光伏車間流水線設(shè)備布局圖如下：

4.流水線控制網(wǎng)絡(luò)的PLC架構(gòu)

流水線有多個(gè)工位組成，每工位都由獨(dú)立的檢測(cè)信號(hào)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于流水線傳輸距離長(zhǎng)，為避免長(zhǎng)距離布線帶來(lái)的不便，信號(hào)傳輸都采用總線模式。對(duì)于普通工位采用ASI總線傳遞數(shù)據(jù)，每個(gè)工位安裝易福門ASI信號(hào)模塊，經(jīng)過(guò)ASI總線將所有信號(hào)匯總到ASI網(wǎng)關(guān)，ASI網(wǎng)關(guān)再作為西門子DP總線上的一個(gè)DP從站，將數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳遞。對(duì)于功能性工位，如：堆棧、翻轉(zhuǎn)設(shè)備，信號(hào)種類和數(shù)量多，直接采用西門子200PLC作為控制器，通過(guò)EM277模塊直接連接到DP總線，作為從站與主站通訊，既實(shí)現(xiàn)自主控制，又能實(shí)現(xiàn)與其他部分相互協(xié)調(diào)運(yùn)行。

流水線配備一個(gè)操作面板作為上位機(jī)，通過(guò)MPI總線接口與PLC通信。設(shè)備啟動(dòng)后，人機(jī)界面自動(dòng)與PLC建立連接。能實(shí)現(xiàn)的功能主要有：1，）運(yùn)行控制：可通過(guò)人機(jī)界面切換手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩種運(yùn)行模式。在手動(dòng)模式下時(shí)，可以通過(guò)人機(jī)界面上的按鍵，指定某個(gè)閥或泵的啟動(dòng)和停止；2，）配方設(shè)定：為滿足一條流水線可生產(chǎn)多種產(chǎn)品的要求，流水線具有配方功能，通過(guò)切換配方和修改配方參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)流水線的柔性化生產(chǎn)； 3，）故障警示：設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中如果某一部分功能失靈，PLC會(huì)立即產(chǎn)生信號(hào)，通過(guò)人機(jī)界面對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行解釋及時(shí)彈出報(bào)警信息，要求現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員及時(shí)處理，如，輸送超時(shí)、機(jī)構(gòu)運(yùn)行不到位等都可通過(guò)人機(jī)界面及時(shí)報(bào)錯(cuò)。

整套系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在西門子Step7調(diào)試軟件中完成，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其配置地址如下：

對(duì)于流水線上的第三方設(shè)備，如碼垛和下料機(jī)械手，為不能通過(guò)總線實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，采用“輸出-輸入”直接對(duì)接的方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能信息的傳遞。

5.PLC主站控制

流水線的主站控制器為西門子300系列PLC，程序以FB調(diào)用的架構(gòu)方式編寫(xiě)，流水線上具有相同功能的工位共用相同的程序塊，每個(gè)程序塊按工位的工藝需求進(jìn)行編制，預(yù)定義接口信號(hào)，并預(yù)留一定的備用點(diǎn)，用于在后期調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)工藝修改，方便進(jìn)行程序塊的修改。根據(jù)流水線的工藝流程對(duì)程序塊進(jìn)行順序調(diào)用，調(diào)用時(shí)對(duì)程序塊的預(yù)定義接口指定實(shí)際IO信號(hào)，信號(hào)值從通信總線獲得，以保證工藝功能的實(shí)現(xiàn)。每個(gè)工位要完成一系列的工藝動(dòng)作，每個(gè)工藝動(dòng)作用一個(gè)工作代碼表示，如：0代表當(dāng)前工位待機(jī)等。編寫(xiě)程序?qū)⑺械膭?dòng)作代碼組合成一個(gè)代碼序列，順序執(zhí)行后便可以完成相應(yīng)的工藝功能。

按下操作臺(tái)上的急停后，所有工位的工作代碼強(qiáng)制為0，即整條流水線全線停機(jī)。

通過(guò)觸發(fā)上位機(jī)上某個(gè)工位的手動(dòng)模式軟按鈕，可激活流水線上此工位手動(dòng)模式，通過(guò)對(duì)功能塊的背景數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接操作，實(shí)現(xiàn)工位機(jī)構(gòu)的手動(dòng)控制，如，撐起回落、夾緊送松開(kāi)、手動(dòng)規(guī)正等。單個(gè)工位進(jìn)入手動(dòng)模式后，手動(dòng)操作僅限于本工位，對(duì)其他工位自動(dòng)運(yùn)行沒(méi)有影響。

6.90度檢查與自動(dòng)分揀

電池板進(jìn)入到此工位后，機(jī)構(gòu)將電池板夾緊后向前翻起，將電池板正面朝向質(zhì)檢員，待質(zhì)檢員檢查完畢后，根據(jù)判定結(jié)果，按下合格或者不合格按鈕，電池板夾緊機(jī)構(gòu)回落，夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)后，電池板自動(dòng)送出到自動(dòng)分選工位。在自動(dòng)分選工位，對(duì)于判定為合格的電池板繼續(xù)向下傳遞，對(duì)于判定不合格的電池板橫向傳送，進(jìn)入二次檢查工位，等待二次確認(rèn)。

7.水平旋轉(zhuǎn)

水平旋轉(zhuǎn)工位用來(lái)改變電池板在流水線上的擺放方向，即切換為橫向或者側(cè)向。前后兩個(gè)水平旋轉(zhuǎn)工位配合使用，既要保證在90度檢查工位產(chǎn)品標(biāo)簽朝向檢查員，又要保證在接線盒安裝工位接線盒朝向操作工。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由松下A5系列伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服驅(qū)動(dòng)器接收EM253模塊發(fā)出的控制脈沖，根據(jù)接收脈沖的斜坡加速時(shí)間和控制程序?qū)懞眠\(yùn)行速度，按照指定的運(yùn)行方向控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

水平正轉(zhuǎn)工位工作時(shí)，首先進(jìn)入等待模式，接收流入的電池板，通過(guò)光電傳感器信號(hào)，判斷電池板是橫向還是側(cè)向，如果是橫向的直接通過(guò)，如果是側(cè)向的，氣缸將旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)撐起后旋轉(zhuǎn)，到位后氣缸回落，再將電池板自動(dòng)送出，同時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)，當(dāng)電池板完全被送出，并且伺服電機(jī)回到零位后，當(dāng)前工位再次進(jìn)入等待模式，等待下一工作循環(huán)開(kāi)始。

8.堆棧

堆棧根據(jù)輸送來(lái)的電池板的實(shí)際情況進(jìn)行存儲(chǔ)和釋放，用來(lái)緩沖流水線的輸送壓力，保證生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定連續(xù)性。堆棧由10個(gè)層級(jí)組成，即可以存儲(chǔ)10片電池板。層級(jí)由松下伺服電機(jī)拖動(dòng)，拖動(dòng)的速度、層級(jí)的升降距離、對(duì)應(yīng)的方向都在程序中預(yù)先設(shè)定。堆棧每次開(kāi)啟時(shí)要完成回原點(diǎn)操作，由于堆棧上可能已經(jīng)存儲(chǔ)電池板，所以回原點(diǎn)時(shí)，層級(jí)向上升到最高點(diǎn)，尋找到原點(diǎn)后，再逐級(jí)回落，直到檢測(cè)到電池板或者到達(dá)下限位，完成一個(gè)回原點(diǎn)工作循環(huán)。

堆棧有四種工作模式：1，進(jìn)料，當(dāng)堆棧輸送層面上沒(méi)有電池板，前方工位申請(qǐng)進(jìn)料，則堆棧應(yīng)答后開(kāi)始進(jìn)料；2，出料，當(dāng)堆棧輸送層面上有電池板，堆棧向下一個(gè)工位申請(qǐng)出料，下一工位應(yīng)答后開(kāi)始出料；3存儲(chǔ)，當(dāng)堆棧輸送層面上有電池板，前方工位申請(qǐng)進(jìn)料，并且下一工位不允許出料，又有空閑層級(jí)的條件下，伺服電機(jī)拖動(dòng)層級(jí)上升存儲(chǔ)電池板，到位后切換到進(jìn)料模式；4，釋放，當(dāng)堆棧輸送層面上沒(méi)有電池板，前方工位沒(méi)有進(jìn)料申請(qǐng)，為保證輸送層面上有一塊電池板，伺服電機(jī)拖動(dòng)層級(jí)下降釋放電池板，下降到位后向下一個(gè)工位申請(qǐng)出料，如果下一工位應(yīng)答，切換到出料模式。堆棧的四種工作模式互鎖，工作中只能有一種工作模式存在。

9.結(jié)束語(yǔ)

流水線自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的布線模式，減少了電纜敷設(shè)，降低現(xiàn)場(chǎng)儀表的初裝費(fèi)和設(shè)計(jì)施工費(fèi)用?？刂葡到y(tǒng)更易維護(hù)，架構(gòu)更容易擴(kuò)展，現(xiàn)場(chǎng)控制的更加靈活。該自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后，工藝流程自動(dòng)控制的柔性化程度高，提高了生產(chǎn)效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

作者簡(jiǎn)介：

林森林（1981- ），男，漢族，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從業(yè)于營(yíng)口金辰機(jī)械股份有限公司，機(jī)電一體化工程師，主要從事流水線安裝及售后服務(wù)。