PLC在太阳能设备组装生产线上的应用;自动化

PLC在太阳能设备组装生产线上的应用28572PLC在太阳能设备组装生产线上的应用自动化专业宋维辉（069064337）指导教师：陈乐柱教授摘要：传统的机械设备与产品，多是以机械为主，是电气、液压或气动控制的机械设备。随着工业水平的不断发展，机械设备己逐步地由手动操作改为自动控制，设备本身也发展成为机电一体化的综合体。可编程序控制器（PLC）是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动化技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。经过多年的发展，目前，可编程序控制器己成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，已跃居工业生产自动化四大支柱（可编程序控制器、数控机床、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。本文以聚焦式太阳能系统设备组装生产线的控制为例证，主要介绍了聚光光伏系统发展的历史和现状，工作原理。重点介绍plc系统在自动化生产线中的应用，着重介绍系统的配置和控制实现，并针对该控制系统作了相应的论述。关键词：PLC；操作站；传感器；夹具；机器手Abstract：Mostconventionmechanicalfacilitiesaremachines.Theyaremechanicalfacilitiesincontrolofelectrics,hydraulicpressureandaerodynamicpressure.Automaticcontrolofmechanicalfacilityhasreplacedmanualworkstepbystep.PLCisalate-modelautomaticequipment．Itsdevelopmentisbasedoncomputertechnology，automatizationtechnologyandcommunications．Atthepresent，PLChasbecomethemostimportantautomaticequipmentandbeenappliedwidely，afterthedevelopmentofmanyyears．PLChasholdtheprimacyinthefieldofindustyautomatization（PLC,CNC,ROBOT,CAD&CAM）．ThedegreeandextentofPLCdevelopmentarethesymbolsofautomaticlevelinonecountry.ThispapertakesthecontrolofConcentratingphotovoltaicsystemmachinesassembleproductionlineforexampleandbeginswithadetailedintroductiontothehistoryandprincipleofconcentratingphotovoltaiesystems.Introducestheapplicationofplcsysteminautomationproductionlinewithemphasizeanddescribethesystemconfigurationandthecontrolachievement,itindicatesthiscontrolsystemindetails.Keywords：plc；operationstation；sensor；clipper；robot一、绪论（一）前言现苏州东山精密仪器设备制造有限公司现已形成年产58400片太阳能设备的能力。该太阳能设备生产线始建于2009年6月。目前国内现代化的生产线不多而且生产能力严重不够，品种单一，而且和国外生产线的水平完全不在一个层次上。像东山精密这种刚上市的公司，急需一条现代化的自动化组装生产线，实现公司生产能力的总体平衡，也是公司规模效益和新的经济效益的增长点。此条生产线完全是引进国外装备和技术，生产和维护由公司人员完成，该生产线主要进行聚焦式太阳能设备的自动组装，并将产品销售给美国公司。优秀本科毕业设计（论文）汇编28582（二）课题来源及目的意义1．课题来源本课题来源于苏州东山精密仪器设备制造公司，该公司是一家兼业自动化CPV系统设备组装生产线的公司，本课题是该公司新项目，2009年刚建成正在技术改造中。随着科学技术的迅猛发展，生产力水平的不断提高，人们对降低劳动强度、改善工作环境日益重视起来。在新的世纪，随着我国各项事业的蓬勃发展以及知识经济所面临的机遇和挑战，组装生产线必将发挥越来越重要的作用，为国民生产产生不可估量的经济效益。以PLC为基础组成的自动组装生产线，控制系统简洁方便，自动化程度较高，可极大提高生产效率。2．课题研究目的本课题主要研究PLC在CPV系统设备自动组装生产线自动控制系统中的应用。该自动组装生产线以PLC为控制核心，以触摸屏、传感器等为输入设备，AB公司PLC通信，在信息层通过EntherNet（以太网）进行通信，控制层通过ControlNet（控制网）进行通信，在设备层通过DviceNet（设备网）进行通信，PLC与变频器通过DviceNet（设备网），完成对各电机转速、转向及各个接触器、中继器、电磁阀等的控制。本课题主要目的是以下四个方面：（1）了解太阳能设备组装生产线的工艺特点及要求；（2）掌握ROCKWELLPLC控制原理及编程方法；（3）设计太阳能设备自动组装生产线的PLC控制动作流程；（4）PLC控制系统的软、硬件设计。3．课题研究背景和意义随着科学技术的迅猛发展，生产力水平的不断提高，人们对降低劳动强度、改善工作环境日益重视起来。石油化工、化肥、粮食、港口、汽车、冶金等行业对包装及组装质量和劳动效率的要求也日益提高，从而促进了这些企业的现代化改造。而传统的人工组装由于其生产效率低下而成为这些行业产量和组装质量提高的巨大障碍，它已不能满足现代化大生产的需要。用户为了便于产品的运输和存储，对组装要求更加严格，组装已成为企业升级和获得经济效益的关键因素，因此尽快提高产品的组装质量，是这些行业的迫切任务之一，也是用户对这些行业的要求。国际上日本NEWLONG、英国BL、意大利米勒、美国ORY等公司掌握了组装先进技术。目前国内全自动组装生产线主要依靠进口，国内能自主建造的较少，市场呼吁国产化全自动组装生产线。我国人工组装的低效率与产量的日益提高之间的矛盾同益突出，因此对组装自动生产线的研究具有重大的经济意义和现实意义。（三）CPV系统的工作原理CPV（Concentratingphotovoltaicsystem）（聚焦式光伏发电）系统的工作原理主要是把一定面积上的光通过聚焦系统聚在一个狭小的区域（约1平方厘米的焦斑），在焦斑处安装较小面积的太阳能光电转换装置进行光电转换。如图1-1所示。白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。同时，CPV系统主要使用铝（精密钣金组件）和玻璃（镜PLC在太阳能设备组装生产线上的应用28592面或透镜）等容易获得的、低成本的材料制造，因此CPV系统将成为未来太阳能发电的主要发展方向之一。图1-1CPV系统工作原理示意图（四）CPV系统国内外发展现状在太阳能的有效利用当中，太阳能发电技术是近年来发展最快、最具活力的研究领域之一。经过各国光伏工作者的不懈努力，到目前为止，第一代晶体硅太阳电池的实验室效率达到了24.7％，大规模生产商用产品的效率为17％以上。尽管如此，由于受单晶硅材料价格及繁琐的加工工艺限制，致使单晶硅太阳电池成本居高不下。第二代薄膜太阳电池也取得了令人瞩目的成就，CulnSe和CdTe等薄膜电池的实验室效率目前分别为16.5％和18.5％，虽然仍有望在效率上进一步突破，但前者稳定性差，后者又较难制作。非晶硅及氢化非晶硅的来源较广，但是转换效率较低，且丈面积薄膜制作也存在价格高的问题．相比之下，GaAs基的太阳电池30％乃至更高的效率独具优势，但是砷化镓的材料成本远高于硅电池的材料成本，而电池片的价格是光伏系统成本最主要的部分。因此，高额成本成为制约光伏发电大规模应用的主要障碍。为了进一步降低光伏发电成本，减少太阳电池芯片的消耗，聚光技术是一项可行的措施，即通过采用廉价的聚光系统将太阳光会聚到面积很小的高性能光伏电池上，从而大幅度地降低系统的成本及昂贵的太阳电池材料用量。理论估算表明，聚光光伏发电成本完全可以达到大规模应用所能接受的价格范围。各国光伏工作者也在不断地以实验结果验证聚光技术，这将是在提高太阳电池转换效率的前提下，大幅度降低电池片的消耗量和光伏发电成本的最有效方案．早在1989年，GaAs/GaSb机械叠层双结太阳电池的效率已达32.6％。1995年，FraunhoferISE和Calibration实验室研制的级联双结太阳电池，效率为31.1％。2005年5月，美国可再生能源实验室报道其三结太阳电池在10倍聚光条件下的效率为37.9％。2005年6月，美国Spectrolab公司报道其多结太阳电池在236倍聚光条件下的效率为39％。2006年12月，该项世界纪录又被其刷新为40.7％，这次突破可使安装成本降至3美元/w，发电成本约8一lO美分/kWh，这在利用太阳光发电方面树立了新的里程碑。为了打开实用化的市场，美国Amonix公司和SunPower公司经过15年的不断努力，近期开发了20kW的点聚焦菲涅尔透镜列阵，该系统安装在PVUSA和亚利桑那州的STAR公共服务机构。SolarResearch公司一直致力于反射圆盘式聚光光伏系统，自1996年至今，他们先后在Whitecliffs，优秀本科毕业设计（论文）汇编28602SouthAustralia，Abofiginallands，Hermannsburg，Yuendumu和Lajan—u建成了这种聚光光伏发电站，用于提供该地区人民所需的电力。Entech公司自从联邦光伏计划启动以来，一直致力于线聚焦菲涅尔透镜光伏系统的研究。马德里Polytechnical研究组研究和开发了一种新型的RXI（refraction-reflection—internalreflection）聚光光伏系统，应用这个系统，其发电成本为0．104欧元/kWh，对于1000MW系统，其发电成本为0．033欧元/kWh。西班牙也于2006年在北部的纳瓦拉安装了由400个太阳能跟踪系统组成的“聚光太阳能花园”，他们声称该系统比传统平板光伏系统能源输出增加了35％。第三代CPV发电方式正逐渐成为太阳能领域的焦点。光伏发电经历了第一代晶硅电池和第二代薄膜电池，目前产业化进程正逐渐转向高效的CPV系统发电。与前两代电池相比，CPV采用多结的III-V族化合物电池，具有大光谱吸收、高转换效率等优点。CPV系统具有转换率优势和耐高温性能。硅电池的理论转换效率大概为23%，单结的砷化镓电池理论转换效率可达27%，CPV采用的多结的III-V族电池对光谱进行了更全面的吸收，其理论转换率可超过50%。即使考虑到聚光和追踪所产生的误差损失，目前的CPV系统转换效率可达25%，高于目前市售晶硅电池17%左右的转换效率。同时，砷化镓系电池的高温衰减性能强于硅系电池，更适合应用于日照强烈的荒漠地区。同时，CPV系统的生产过程更加节能环保。聚光倍数越大，所需的光伏电池面积越小，对高达几百倍的HCPV系统来说，硬币大小的转换电池就可转换碗口面积的光能。在节省半导体材料用量的同时，降低了太阳能发电系统的生产成本和能耗，使CPV具有更短的能量回收期。随着CPV技术的更加成熟以及生产规模的进一步扩大