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[摘 要]光伏电池板车间生产流水线的组成和功能介绍。
[关键词]工业总线 光伏 流水线 电池板
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0360-02
1.引言：
目前，以工业总线形式设计流水线已经成为自动控制系统的设计方向。改变了传统布线模式，可以减少电缆敷设，易于实现了数字量的精确传输。通过上位机监控生产状态，调整生产参数，增强现场控制的灵活性，建立的控制系统易于维护和扩展。
2.工业总线的协议结构
Profibus工业总线标准是由西门子公司推出的一种开放式现场总线标准，目前世界上的大多自动化产品生产厂家都为它们的自动化设备提供这类通信接口，总线能确保工作过程中数据传输的精度和准确性，又解决了传统控制方案布线繁杂的问题，并实现管理与控制一体化，使工业网络的配置和建立更加简便，因此工业总线能广泛地应用于加工制造和过程控制，成为一项成熟的技术。
3.光伏车间工艺布局及生产流程
光伏车间内的流水线由西门子300系列PLC进行总体控制，流水线上具有独立功能的单元，如：90度翻转检查、180度翻转清洗、水平旋转等由西门子200PLC进行控制，以DP从站的形式与总站信息互传，并接受总站的控制。自动化生产中，要求流水线能自动接收上道工序来料，在完成自身工序后，再将产品传递到下道工序。光伏流水线自动接收半成品光伏板，经过削边处理、人工检查后，根据判定的结果对电池板进行分拣，并设计有二次检查工序，对二次检查合格的重新返回流水线进入下道工序，不合格品由人工抬出。生产线内的装框机生产效率稳定，但生产线上的光伏板数量会根据实际生产情况变化，为解决这一问题，在装框机前设计有堆栈，根据实际情况对输送来的光伏板进行存储和释放，缓冲流水线的输送压力、保证生产过程稳定连续。
组框后的光伏板再经过接线盒安装、接线盒灌胶，由码垛机械手把组件摆放到固化线上进行固化处理，四个小时后固化结束，再经过清整、绝缘耐压、功率测试、发光缺陷检查、贴标签、成品下料、打包转运，完成一个生产流程。
光伏车间流水线设备布局图如下：
4.流水线控制网络的PLC架构
流水线有多个工位组成，每工位都由独立的检测信号和执行机构，由于流水线传输距离长，为避免长距离布线带来的不便，信号传输都采用总线模式。对于普通工位采用ASI总线传递数据，每个工位安装易福门ASI信号模块，经过ASI总线将所有信号汇总到ASI网关，ASI网关再作为西门子DP总线上的一个DP从站，将数据进一步传递。对于功能性工位，如：堆栈、翻转设备，信号种类和数量多，直接采用西门子200PLC作为控制器，通过EM277模块直接连接到DP总线，作为从站与主站通讯，既实现自主控制，又能实现与其他部分相互协调运行。
流水线配备一个操作面板作为上位机，通过MPI总线接口与PLC通信。设备启动后，人机界面自动与PLC建立连接。能实现的功能主要有：1，）运行控制：可通过人机界面切换手动运行和自动运行两种运行模式。在手动模式下时，可以通过人机界面上的按键，指定某个阀或泵的启动和停止；2，）配方设定：为满足一条流水线可生产多种产品的要求，流水线具有配方功能，通过切换配方和修改配方参数，可以实现流水线的柔性化生产； 3，）故障警示：设备运行过程中如果某一部分功能失灵，PLC会立即产生信号，通过人机界面对报警信号进行解释及时弹出报警信息，要求现场生产人员及时处理，如，输送超时、机构运行不到位等都可通过人机界面及时报错。
整套系统的网络组态在西门子Step7调试软件中完成，工业网络结构及其配置地址如下：
对于流水线上的第三方设备，如码垛和下料机械手，为不能通过总线实现信号传递，采用“输出-输入”直接对接的方式，实现设备的功能信息的传递。
5.PLC主站控制
流水线的主站控制器为西门子300系列PLC，程序以FB调用的架构方式编写，流水线上具有相同功能的工位共用相同的程序块，每个程序块按工位的工艺需求进行编制，预定义接口信号，并预留一定的备用点，用于在后期调试过程中出现工艺修改，方便进行程序块的修改。根据流水线的工艺流程对程序块进行顺序调用，调用时对程序块的预定义接口指定实际IO信号，信号值从通信总线获得，以保证工艺功能的实现。每个工位要完成一系列的工艺动作，每个工艺动作用一个工作代码表示，如：0代表当前工位待机等。编写程序将所有的动作代码组合成一个代码序列，顺序执行后便可以完成相应的工艺功能。
按下操作台上的急停后，所有工位的工作代码强制为0，即整条流水线全线停机。
通过触发上位机上某个工位的手动模式软按钮，可激活流水线上此工位手动模式，通过对功能块的背景数据块中的数据进行直接操作，实现工位机构的手动控制，如，撑起回落、夹紧送松开、手动规正等。单个工位进入手动模式后，手动操作仅限于本工位，对其他工位自动运行没有影响。
6.90度检查与自动分拣
电池板进入到此工位后，机构将电池板夹紧后向前翻起，将电池板正面朝向质检员，待质检员检查完毕后，根据判定结果，按下合格或者不合格按钮，电池板夹紧机构回落，夹紧机构松开后，电池板自动送出到自动分选工位。在自动分选工位，对于判定为合格的电池板继续向下传递，对于判定不合格的电池板横向传送，进入二次检查工位，等待二次确认。
7.水平旋转
水平旋转工位用来改变电池板在流水线上的摆放方向，即切换为横向或者侧向。前后两个水平旋转工位配合使用，既要保证在90度检查工位产品标签朝向检查员，又要保证在接线盒安装工位接线盒朝向操作工。旋转机构由松下A5系列伺服电机驱动，伺服驱动器接收EM253模块发出的控制脉冲，根据接收脉冲的斜坡加速时间和控制程序写好运行速度，按照指定的运行方向控制伺服电机旋转。
水平正转工位工作时，首先进入等待模式，接收流入的电池板，通过光电传感器信号，判断电池板是横向还是侧向，如果是横向的直接通过，如果是侧向的，气缸将旋转机构撑起后旋转，到位后气缸回落，再将电池板自动送出，同时回转机构反转，当电池板完全被送出，并且伺服电机回到零位后，当前工位再次进入等待模式，等待下一工作循环开始。
8.堆栈
堆栈根据输送来的电池板的实际情况进行存储和释放，用来缓冲流水线的输送压力，保证生产过程稳定连续性。堆栈由10个层级组成，即可以存储10片电池板。层级由松下伺服电机拖动，拖动的速度、层级的升降距离、对应的方向都在程序中预先设定。堆栈每次开启时要完成回原点操作，由于堆栈上可能已经存储电池板，所以回原点时，层级向上升到最高点，寻找到原点后，再逐级回落，直到检测到电池板或者到达下限位，完成一个回原点工作循环。
堆栈有四种工作模式：1，进料，当堆栈输送层面上没有电池板，前方工位申请进料，则堆栈应答后开始进料；2，出料，当堆栈输送层面上有电池板，堆栈向下一个工位申请出料，下一工位应答后开始出料；3存储，当堆栈输送层面上有电池板，前方工位申请进料，并且下一工位不允许出料，又有空闲层级的条件下，伺服电机拖动层级上升存储电池板，到位后切换到进料模式；4，释放，当堆栈输送层面上没有电池板，前方工位没有进料申请，为保证输送层面上有一块电池板，伺服电机拖动层级下降释放电池板，下降到位后向下一个工位申请出料，如果下一工位应答，切换到出料模式。堆栈的四种工作模式互锁，工作中只能有一种工作模式存在。
9.结束语
流水线自动控制系统采用的现场总线结构，改变了传统的布线模式，减少了电缆敷设，降低现场仪表的初装费和设计施工费用。控制系统更易维护，架构更容易扩展，现场控制的更加灵活。该自动控制系统投入运行后，工艺流程自动控制的柔性化程度高，提高了生产效率，取得了良好的经济效益。
作者简介：
林森林（1981- ），男，汉族，学士学位，现从业于营口金辰机械股份有限公司，机电一体化工程师，主要从事流水线安装及售后服务。
[关键词]工业总线 光伏 流水线 电池板
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）05-0360-02
1.引言：
目前，以工业总线形式设计流水线已经成为自动控制系统的设计方向。改变了传统布线模式，可以减少电缆敷设，易于实现了数字量的精确传输。通过上位机监控生产状态，调整生产参数，增强现场控制的灵活性，建立的控制系统易于维护和扩展。
2.工业总线的协议结构
Profibus工业总线标准是由西门子公司推出的一种开放式现场总线标准，目前世界上的大多自动化产品生产厂家都为它们的自动化设备提供这类通信接口，总线能确保工作过程中数据传输的精度和准确性，又解决了传统控制方案布线繁杂的问题，并实现管理与控制一体化，使工业网络的配置和建立更加简便，因此工业总线能广泛地应用于加工制造和过程控制，成为一项成熟的技术。
3.光伏车间工艺布局及生产流程
光伏车间内的流水线由西门子300系列PLC进行总体控制，流水线上具有独立功能的单元，如：90度翻转检查、180度翻转清洗、水平旋转等由西门子200PLC进行控制，以DP从站的形式与总站信息互传，并接受总站的控制。自动化生产中，要求流水线能自动接收上道工序来料，在完成自身工序后，再将产品传递到下道工序。光伏流水线自动接收半成品光伏板，经过削边处理、人工检查后，根据判定的结果对电池板进行分拣，并设计有二次检查工序，对二次检查合格的重新返回流水线进入下道工序，不合格品由人工抬出。生产线内的装框机生产效率稳定，但生产线上的光伏板数量会根据实际生产情况变化，为解决这一问题，在装框机前设计有堆栈，根据实际情况对输送来的光伏板进行存储和释放，缓冲流水线的输送压力、保证生产过程稳定连续。
组框后的光伏板再经过接线盒安装、接线盒灌胶，由码垛机械手把组件摆放到固化线上进行固化处理，四个小时后固化结束，再经过清整、绝缘耐压、功率测试、发光缺陷检查、贴标签、成品下料、打包转运，完成一个生产流程。
光伏车间流水线设备布局图如下：
4.流水线控制网络的PLC架构
流水线有多个工位组成，每工位都由独立的检测信号和执行机构，由于流水线传输距离长，为避免长距离布线带来的不便，信号传输都采用总线模式。对于普通工位采用ASI总线传递数据，每个工位安装易福门ASI信号模块，经过ASI总线将所有信号汇总到ASI网关，ASI网关再作为西门子DP总线上的一个DP从站，将数据进一步传递。对于功能性工位，如：堆栈、翻转设备，信号种类和数量多，直接采用西门子200PLC作为控制器，通过EM277模块直接连接到DP总线，作为从站与主站通讯，既实现自主控制，又能实现与其他部分相互协调运行。
流水线配备一个操作面板作为上位机，通过MPI总线接口与PLC通信。设备启动后，人机界面自动与PLC建立连接。能实现的功能主要有：1，）运行控制：可通过人机界面切换手动运行和自动运行两种运行模式。在手动模式下时，可以通过人机界面上的按键，指定某个阀或泵的启动和停止；2，）配方设定：为满足一条流水线可生产多种产品的要求，流水线具有配方功能，通过切换配方和修改配方参数，可以实现流水线的柔性化生产； 3，）故障警示：设备运行过程中如果某一部分功能失灵，PLC会立即产生信号，通过人机界面对报警信号进行解释及时弹出报警信息，要求现场生产人员及时处理，如，输送超时、机构运行不到位等都可通过人机界面及时报错。
整套系统的网络组态在西门子Step7调试软件中完成，工业网络结构及其配置地址如下：
对于流水线上的第三方设备，如码垛和下料机械手，为不能通过总线实现信号传递，采用“输出-输入”直接对接的方式，实现设备的功能信息的传递。
5.PLC主站控制
流水线的主站控制器为西门子300系列PLC，程序以FB调用的架构方式编写，流水线上具有相同功能的工位共用相同的程序块，每个程序块按工位的工艺需求进行编制，预定义接口信号，并预留一定的备用点，用于在后期调试过程中出现工艺修改，方便进行程序块的修改。根据流水线的工艺流程对程序块进行顺序调用，调用时对程序块的预定义接口指定实际IO信号，信号值从通信总线获得，以保证工艺功能的实现。每个工位要完成一系列的工艺动作，每个工艺动作用一个工作代码表示，如：0代表当前工位待机等。编写程序将所有的动作代码组合成一个代码序列，顺序执行后便可以完成相应的工艺功能。
按下操作台上的急停后，所有工位的工作代码强制为0，即整条流水线全线停机。
通过触发上位机上某个工位的手动模式软按钮，可激活流水线上此工位手动模式，通过对功能块的背景数据块中的数据进行直接操作，实现工位机构的手动控制，如，撑起回落、夹紧送松开、手动规正等。单个工位进入手动模式后，手动操作仅限于本工位，对其他工位自动运行没有影响。
6.90度检查与自动分拣
电池板进入到此工位后，机构将电池板夹紧后向前翻起，将电池板正面朝向质检员，待质检员检查完毕后，根据判定结果，按下合格或者不合格按钮，电池板夹紧机构回落，夹紧机构松开后，电池板自动送出到自动分选工位。在自动分选工位，对于判定为合格的电池板继续向下传递，对于判定不合格的电池板横向传送，进入二次检查工位，等待二次确认。
7.水平旋转
水平旋转工位用来改变电池板在流水线上的摆放方向，即切换为横向或者侧向。前后两个水平旋转工位配合使用，既要保证在90度检查工位产品标签朝向检查员，又要保证在接线盒安装工位接线盒朝向操作工。旋转机构由松下A5系列伺服电机驱动，伺服驱动器接收EM253模块发出的控制脉冲，根据接收脉冲的斜坡加速时间和控制程序写好运行速度，按照指定的运行方向控制伺服电机旋转。
水平正转工位工作时，首先进入等待模式，接收流入的电池板，通过光电传感器信号，判断电池板是横向还是侧向，如果是横向的直接通过，如果是侧向的，气缸将旋转机构撑起后旋转，到位后气缸回落，再将电池板自动送出，同时回转机构反转，当电池板完全被送出，并且伺服电机回到零位后，当前工位再次进入等待模式，等待下一工作循环开始。
8.堆栈
堆栈根据输送来的电池板的实际情况进行存储和释放，用来缓冲流水线的输送压力，保证生产过程稳定连续性。堆栈由10个层级组成，即可以存储10片电池板。层级由松下伺服电机拖动，拖动的速度、层级的升降距离、对应的方向都在程序中预先设定。堆栈每次开启时要完成回原点操作，由于堆栈上可能已经存储电池板，所以回原点时，层级向上升到最高点，寻找到原点后，再逐级回落，直到检测到电池板或者到达下限位，完成一个回原点工作循环。
堆栈有四种工作模式：1，进料，当堆栈输送层面上没有电池板，前方工位申请进料，则堆栈应答后开始进料；2，出料，当堆栈输送层面上有电池板，堆栈向下一个工位申请出料，下一工位应答后开始出料；3存储，当堆栈输送层面上有电池板，前方工位申请进料，并且下一工位不允许出料，又有空闲层级的条件下，伺服电机拖动层级上升存储电池板，到位后切换到进料模式；4，释放，当堆栈输送层面上没有电池板，前方工位没有进料申请，为保证输送层面上有一块电池板，伺服电机拖动层级下降释放电池板，下降到位后向下一个工位申请出料，如果下一工位应答，切换到出料模式。堆栈的四种工作模式互锁，工作中只能有一种工作模式存在。
9.结束语
流水线自动控制系统采用的现场总线结构，改变了传统的布线模式，减少了电缆敷设，降低现场仪表的初装费和设计施工费用。控制系统更易维护，架构更容易扩展，现场控制的更加灵活。该自动控制系统投入运行后，工艺流程自动控制的柔性化程度高，提高了生产效率，取得了良好的经济效益。
作者简介：
林森林（1981- ），男，汉族，学士学位，现从业于营口金辰机械股份有限公司，机电一体化工程师，主要从事流水线安装及售后服务。