太陽(yáng)能電池品質(zhì)檢測(cè)分選機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李向東

(1.太原理工大學(xué)，山西太原030024 2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

太陽(yáng)能電池品質(zhì)檢測(cè)分選機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李向東1、2

(1.太原理工大學(xué)，山西太原030024 2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024)

介紹了太陽(yáng)能電池品質(zhì)檢測(cè)工藝和整個(gè)品質(zhì)檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)，并將其生產(chǎn)工藝劃分為5個(gè)功能區(qū)。為提高設(shè)備效率、簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用，在設(shè)備系統(tǒng)中使MECHATROLINK-II總線(xiàn)控制技術(shù)與Ethernet以太網(wǎng)通訊技術(shù)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)要求。

太陽(yáng)能電池；品質(zhì)檢測(cè)；高效率

太陽(yáng)能電池品質(zhì)檢測(cè)分選機(jī)是對(duì)經(jīng)過(guò)擴(kuò)散、PECVD、印刷、烘干、燒結(jié)處理后的太陽(yáng)能電池片進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)并分選的工藝設(shè)備，其關(guān)鍵工藝為4花籃并行上料、正面拍照、翻轉(zhuǎn)、背面拍照、雙工位并行分選，經(jīng)過(guò)分選后的電池片滿(mǎn)足不同的需求等級(jí)，并剔除了不合格產(chǎn)品。其可以剔除電池片以下缺陷：碎片、針孔、缺角、崩邊、印刷方向錯(cuò)誤、漏印缺印、燒糊、色差、彎曲等。合格電池片還可按顏色的不同需求分為5個(gè)等級(jí)。以前電池片的缺陷檢測(cè)以及顏色分選全由人工手動(dòng)完成，不僅對(duì)人員需求量大，而且對(duì)人員要求較高，但是仍然避免不了人工檢測(cè)出的電池片品質(zhì)差，誤判率高的情況。比如電池片有針孔，會(huì)造成電池片正負(fù)極短路，人工若未檢出，該電池片經(jīng)過(guò)焊接、真空層壓后形成太陽(yáng)能電池板，因?yàn)槎搪罚瑫?huì)使整個(gè)太陽(yáng)能電池板報(bào)廢，損失巨大。過(guò)去為避免不合格電池片進(jìn)行銷(xiāo)售，往往對(duì)人工分檢過(guò)的電池片進(jìn)行抽檢，但是不僅效果有限，而且對(duì)資源是極大的浪費(fèi)。為減少由人工分選導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差的現(xiàn)象，同時(shí)滿(mǎn)足減少對(duì)人員、降低成本的需求，我們?cè)O(shè)計(jì)生產(chǎn)了高效、可靠的太陽(yáng)能電池品質(zhì)檢測(cè)分選設(shè)備[1-3]。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及各功能區(qū)劃分

整機(jī)結(jié)構(gòu)俯視圖如圖1所示。按方案設(shè)計(jì)和控制功能該設(shè)備分為：上料部件、視覺(jué)檢測(cè)1區(qū)、翻轉(zhuǎn)部件、視覺(jué)檢測(cè)2區(qū)、分選下料區(qū)。產(chǎn)品在設(shè)備內(nèi)主傳送帶上傳送。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)俯視圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于本設(shè)備開(kāi)發(fā)的目的就是提高太陽(yáng)能電池片品質(zhì)與代替人工，所以效率也就成了本設(shè)備設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。為了提高效率，設(shè)備上料設(shè)計(jì)為雙工位4上料花籃的結(jié)構(gòu)，單臂往復(fù)上料，下料設(shè)計(jì)為雙工位4電缸同時(shí)下料，實(shí)現(xiàn)整機(jī)高速率的設(shè)計(jì)。

本設(shè)備設(shè)計(jì)使用橫河PLC作為控制器；使用安川ΣV總線(xiàn)型（MECHATROLINK-II）伺服作為主要運(yùn)動(dòng)控制；使用日本SMC高性能氣缸與負(fù)壓發(fā)生器；視覺(jué)使用OMRON的FH系列圖像處理系統(tǒng)，采用1主機(jī)控制2相機(jī)的模式，并行采集處理電池片信息。控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通訊與MECHATROLINK-II總線(xiàn)共存的模式。如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)示意圖

3.1 MECHATROLINK-II總線(xiàn)

MECHATROLINK-II通信是由日本安川（Yaskawa）電機(jī)株式會(huì)社提議的一個(gè)開(kāi)放式構(gòu)架高速運(yùn)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，允許通過(guò)一個(gè)FA控制器對(duì)多個(gè)FA單元（包括伺服系統(tǒng)、變流器、I/O模塊等）進(jìn)行分布控制。如圖3所示。

圖3 MECHATROLIN-II架構(gòu)示意圖

2.1 MECHATROLINK-II總線(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)本機(jī)實(shí)際情況進(jìn)行分析和論證，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)選用安川ΣV總線(xiàn)型伺服系統(tǒng)，自帶MECHATROLINK-II接口，控制器選用日本橫河PLC，因?yàn)槠涠ㄎ荒KF3NC96-0N帶MECHATROLINK-II通信接口，可控制最多16個(gè)軸。橫河PLC定位模塊F3NC96-0N與安川ΣV總線(xiàn)型伺服系統(tǒng)使用MECHATROLINK-II總線(xiàn)型線(xiàn)纜連接，控制數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)快速傳輸[4]。如圖4所示。

圖4 MECHATROLINK-II總線(xiàn)系統(tǒng)

2.2 視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視覺(jué)系統(tǒng)選用日本OMRON的FH系列圖像處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一拖二控制，即一個(gè)FH圖像處理系統(tǒng)主機(jī)可以并行控制2處視覺(jué)傳感器進(jìn)行拍照，在滿(mǎn)足本機(jī)2處拍照需求的前提下，控制了成本。同時(shí)該圖像處理系統(tǒng)可以通過(guò)Ethernet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，滿(mǎn)足本機(jī)關(guān)于整機(jī)的通訊需求（見(jiàn)圖5所示）。

圖5 視覺(jué)系統(tǒng)架構(gòu)

2.3 Ethernet網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計(jì)

本機(jī)內(nèi)部通訊使用了Ethernet網(wǎng)絡(luò)通訊，PLC選用了帶有Ethernet網(wǎng)絡(luò)通訊接口的高速CPU：F3SP71-4N，該CPU基本指令3.75 ns，掃描周期

1 ms，滿(mǎn)足高效率的要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)PLC以太網(wǎng)Ethernet通訊。

觸摸屏選擇臺(tái)灣品牌，Ethernet通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)功能的同時(shí)滿(mǎn)足Ethernet通訊設(shè)計(jì)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本控制系統(tǒng)使用ETHERNET以太網(wǎng)通訊與MECHATROLINK-II總線(xiàn)位控的方式實(shí)現(xiàn)。

MECHATROLINK-II減少了大量的錯(cuò)綜復(fù)雜的硬接線(xiàn)纜，相應(yīng)的電氣元件使用數(shù)量也大大減少。ETHERNET以太網(wǎng)使用叫環(huán)節(jié)作為連接設(shè)備，便于日后客戶(hù)工廠(chǎng)自動(dòng)化的集中監(jiān)控與遠(yuǎn)程維護(hù)。

與客戶(hù)以前的手工生產(chǎn)模式相比，該項(xiàng)目的投入使用，生產(chǎn)能力提高1倍，原來(lái)人工分選，產(chǎn)量為1000個(gè)/h，該設(shè)備需操作工1名，產(chǎn)量為2000個(gè)/h。而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性大大提高，質(zhì)量等級(jí)顯著提高。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)備控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便，實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)要求。

[1] 成志秀.太陽(yáng)能光伏電池綜述[J].2007(2)：41-45.

[2] 陳軍.硅太陽(yáng)能電池制備過(guò)程的全自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué).2011，22-78.

[3] 吳昊.高效多晶硅太陽(yáng)能電池制備工藝研究[D].湖南大學(xué)；2011.10-20.

[4] 白雁兵.MECHATROLINK-Ⅱ總線(xiàn)在自動(dòng)BLU疊片設(shè)備中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2013(4)：45-48.

Design of Quality Detection Sorting Machine Control System for Solar Cell

LI Xiangdong

(1.TaiyuanUniversity of Technology，Taiyuan 030024，China; 2.The Second Research Institute of CETC，Taiyuan 030024，China)

Introduces solar cell quality testing process and quality inspection equipment structure as a whole，and their production process is divided into 5 functional areas.To improve device efficiency，simplifying the controlsystem structure，reduce equipmentcostsand maintenance costs，MECHATROLINK-II bus control technology in the equipment and connect Ethernet Ethernet communication technology to achieve the initial design requirements.

Solarcell；Qualitydetec；High efficiency

TM914.4

：B

：1004-4507(2015)08-0055-04

李向東（1980-），男，山西山陰人，碩士，工程師。研究領(lǐng)域：電子專(zhuān)用設(shè)備電氣自動(dòng)化控制。

2015-06-11