太阳能电池品质检测分选机控制系统设计

李向东

(1.太原理工大学，山西太原030024 2.中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

太阳能电池品质检测分选机控制系统设计

李向东1、2

(1.太原理工大学，山西太原030024 2.中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024)

介绍了太阳能电池品质检测工艺和整个品质检测设备结构，并将其生产工艺划分为5个功能区。为提高设备效率、简化控制系统结构、降低设备成本和维护费用，在设备系统中使MECHATROLINK-II总线控制技术与Ethernet以太网通讯技术有机地联系起来，实现了最初的设计要求。

太阳能电池；品质检测；高效率

太阳能电池品质检测分选机是对经过扩散、PECVD、印刷、烘干、烧结处理后的太阳能电池片进行品质检测并分选的工艺设备，其关键工艺为4花篮并行上料、正面拍照、翻转、背面拍照、双工位并行分选，经过分选后的电池片满足不同的需求等级，并剔除了不合格产品。其可以剔除电池片以下缺陷：碎片、针孔、缺角、崩边、印刷方向错误、漏印缺印、烧糊、色差、弯曲等。合格电池片还可按颜色的不同需求分为5个等级。以前电池片的缺陷检测以及颜色分选全由人工手动完成，不仅对人员需求量大，而且对人员要求较高，但是仍然避免不了人工检测出的电池片品质差，误判率高的情况。比如电池片有针孔，会造成电池片正负极短路，人工若未检出，该电池片经过焊接、真空层压后形成太阳能电池板，因为短路，会使整个太阳能电池板报废，损失巨大。过去为避免不合格电池片进行销售，往往对人工分检过的电池片进行抽检，但是不仅效果有限，而且对资源是极大的浪费。为减少由人工分选导致产品质量差的现象，同时满足减少对人员、降低成本的需求，我们设计生产了高效、可靠的太阳能电池品质检测分选设备[1-3]。

1 整机结构及各功能区划分

整机结构俯视图如图1所示。按方案设计和控制功能该设备分为：上料部件、视觉检测1区、翻转部件、视觉检测2区、分选下料区。产品在设备内主传送带上传送。

图1 整机结构俯视图

2 控制系统设计

由于本设备开发的目的就是提高太阳能电池片品质与代替人工，所以效率也就成了本设备设计的一个关键点。为了提高效率，设备上料设计为双工位4上料花篮的结构，单臂往复上料，下料设计为双工位4电缸同时下料，实现整机高速率的设计。

本设备设计使用横河PLC作为控制器；使用安川ΣV总线型（MECHATROLINK-II）伺服作为主要运动控制；使用日本SMC高性能气缸与负压发生器；视觉使用OMRON的FH系列图像处理系统，采用1主机控制2相机的模式，并行采集处理电池片信息。控制系统采用网络通讯与MECHATROLINK-II总线共存的模式。如图2所示。

图2 控制系统示意图

3.1 MECHATROLINK-II总线

MECHATROLINK-II通信是由日本安川（Yaskawa）电机株式会社提议的一个开放式构架高速运动现场网络，允许通过一个FA控制器对多个FA单元（包括伺服系统、变流器、I/O模块等）进行分布控制。如图3所示。

图3 MECHATROLIN-II架构示意图

2.1 MECHATROLINK-II总线控制系统设计

通过对本机实际情况进行分析和论证，运动控制系统选用安川ΣV总线型伺服系统，自带MECHATROLINK-II接口，控制器选用日本横河PLC，因为其定位模块F3NC96-0N带MECHATROLINK-II通信接口，可控制最多16个轴。横河PLC定位模块F3NC96-0N与安川ΣV总线型伺服系统使用MECHATROLINK-II总线型线缆连接，控制数据实现快速传输[4]。如图4所示。

图4 MECHATROLINK-II总线系统

2.2 视觉系统设计

视觉系统选用日本OMRON的FH系列图像处理系统，该系统可以实现一拖二控制，即一个FH图像处理系统主机可以并行控制2处视觉传感器进行拍照，在满足本机2处拍照需求的前提下，控制了成本。同时该图像处理系统可以通过Ethernet网络进行通讯，满足本机关于整机的通讯需求（见图5所示）。

图5 视觉系统架构

2.3 Ethernet网络通讯设计

本机内部通讯使用了Ethernet网络通讯，PLC选用了带有Ethernet网络通讯接口的高速CPU：F3SP71-4N，该CPU基本指令3.75 ns，扫描周期

1 ms，满足高效率的要求，同时实现PLC以太网Ethernet通讯。

触摸屏选择台湾品牌，Ethernet通讯，实现人机功能的同时满足Ethernet通讯设计。

3 结束语

本控制系统使用ETHERNET以太网通讯与MECHATROLINK-II总线位控的方式实现。

MECHATROLINK-II减少了大量的错综复杂的硬接线缆，相应的电气元件使用数量也大大减少。ETHERNET以太网使用叫环节作为连接设备，便于日后客户工厂自动化的集中监控与远程维护。

与客户以前的手工生产模式相比，该项目的投入使用，生产能力提高1倍，原来人工分选，产量为1000个/h，该设备需操作工1名，产量为2000个/h。而且产品质量稳定性大大提高，质量等级显著提高。

经过长时间的生产运行，设备控制系统稳定可靠，维护方便，实现了最初的设计要求。

[1] 成志秀.太阳能光伏电池综述[J].2007(2)：41-45.

[2] 陈军.硅太阳能电池制备过程的全自动视觉检测设备关键技术研究[D].华南理工大学.2011，22-78.

[3] 吴昊.高效多晶硅太阳能电池制备工艺研究[D].湖南大学；2011.10-20.

[4] 白雁兵.MECHATROLINK-Ⅱ总线在自动BLU叠片设备中的设计和应用[J].电子工业专用设备，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

李向东（1980-），男，山西山阴人，硕士，工程师。研究领域：电子专用设备电气自动化控制。

2015-06-11