台达机电产品在太阳能电池串自动排版机上的应用

2016年05月09日

　　前言

　　太阳能电池组件是光伏产业链的终端产品，在光线的照射下会产生直流电。通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨能力，被广泛应用于太阳能照明、灯具、用户供电、公路交通、建筑及光伏电站等领域。

　　一、电池组件的生产工艺

　　电池组件的生产工艺流程包括：单片焊接、串焊、叠层、层压、装框、清洗、电性能测试、包装入库。本文项目中所涉及的工序是叠层环节，是电池片串焊的后一道工序，即电池串自动排版机工序。

　　二、电池串自动排版机

　　1.主要特征

　　自动排版机是自动串焊机的下续设备，可对应2台高速自动串焊机;

　　自动排版机的外形尺寸：2500mm*4000mm*1400mm;

　　采用4个伺服电机、2个步进电机、6个调速电机进行调速，速度可根据实际生产需要自动调节;

　　排版速度：64s/组件;

　　排版精度：±0.2mm;

　　光电定位，自动纠偏。

　　2.工作原理

　　自动排版机针对不同长度规格的电池串从流水线过来之后，将电池串快速而精准地搬运到指定地方。一般是6块电池串摆满后，即进入下一循环。由于流水线过来的产品，每次的位置和角度都会有误差，所以每次都需要伺服电机进行角度和位置纠偏(见图1)。

　　图1 自动排版机的工作原理

　　3.设备总装图

　　由设备总装图(图2)可见，AB两条流水线对应2台串焊机。当检测到任意一条流水线上有产品时，X轴运动到流水线抓取产品;产品抓取后，运动到黄色标记的传感器处停下，此时，进行角度和位置的纠偏动作;纠正完毕后，依次放到中间的玻璃上。摆放规则应注意两点：一是，摆放位置在上一次摆放位置的基础上，要留出HMI上设置的间隙;二是，每隔一次，要将电池串旋转180度，以区分电池正负极。

　　图2 设备总装图

　　三、系统控制方案

　　1.电气方案架构图(图3)

　　图3 电气方案架构图

　　2.主要电气配置表(表1)

　　表1 主要电气配置表名称型号数量说明

　　3.解决方案及程序

　　(1)触摸屏

　　图4显示，可以对电池组件规格进行手动输入或自动选择。

　　图4 电池组件规格设置

　　图5显示，可根据客户要求，设置合适的自动运行速度及其它参数。

　　图5 自动运行速度设置

　　图6显示，可在手动状态下，对伺服JOG功能进行设置。

　　图6 伺服JOG功能设置

　　图7显示，初次使用时，伺服电机的位置保存。

　　图7 伺服电机位置保存

　　(2)PLC程序

　　PLC程序主要涵盖LINK通讯、外部中断、主流程程序、角度计算、位置计算及2个工位任意摆放时的摆放位置计算等。其中，角度计算采用反正切(DATAN)计算求出角度，然后转换成脉冲数进行纠偏。图8为PLC程序部分截图。

　　图8 PLC程序

　　4.主要难点

　　(1)因运行速度快，不能造成设备抖动，所以伺服加减速要处理好。

　　(2)精度要求高，不能超过规定误差范围，所以在角度纠偏和位置纠正的计算环节要处理好。但PLC受扫描周期影响，另外，普通光电传感器响应性滞后，会造成数据本身有误差。机械加工精度也应控制在精度影响范围之内。总之，对于长度接近2m的电池串，只要角度稍微偏差一点，就会在两端直接放大。所以，解决办法是机构要稳定，旋转轴间隙要消除;传感器回应性要高，检测光点要小;尽量缩短PLC扫描周期。

　　(3)不能出现累计误差。累计误差分为两部分：一是伺服累计误差;二是PLC程序中，计算时要特别留意小数点等细节之处。

　　(4)调试发现，机构所带来的精度影响不容忽视。最好从机械硬件上予以保证，若不行，只能通过电气作相应补偿。本文项目在角度上有相应补偿，才能满足精度要求。

　　四、自动排版机设备现场

　　图9、10为自动排版机的设备现场;图11为调试时所用的模拟产品，并非真实电池串。