硅片花篮跑道PVD传输系统设计.pdf
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1、中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 97 硅片花篮跑道 PVD 传输系统设计 袁跃梅 徐鑫洋 南通理工学院电气与能源工程学院,江苏 南通 226004 摘要:摘要:硅片花篮跑道 pvd 传输设备是在硅片加工生产中负责硅片、花篮传输和定位的关键设备。本设计从硅片花篮跑道 pvd 传输设备传输效率低的问题出发,设计一种硅片花篮运输跑道 pvd 传输系统;针对花篮规整时的磨损的问题,研究底座载荷与气流关系。系统以 SIMATIC S7-1200 PLC 为控制核心,通过嵌入式一体化触摸屏实现人机交互,利用光电传感器和磁电传感器进行位置检测,完成硅片和花篮的精准定位。通过调试且实际运行,表明硅片花篮
2、运输跑道 pvd 传输系统可实现自动控制,根据实验数据得出夹爪气缸载荷为 216.2N,杆外径为 16.3mm,缸筒内径为 2.852mm。关键词:关键词:硅片花篮跑道;夹爪气缸;PLC 控制;载荷 中图分类号:中图分类号:V211 随着经济结构的发展,社会人口的增长和技术创新的进步,化石能源的使用量不断增大,清洁能源的使用引起了社会的广泛关注,其中光伏发电应用系统是清洁能源革命中的热点1。异质结电池在光伏领域转换效率高,拓展潜力大,制造流程简单并且降本潜力大,切合了光伏生产发展的规律2。硅片花篮跑道 pvd传输系统是异质结电池中不可或缺的一部分,本设计主要研究硅片花篮跑道 pvd 传输系统在
3、不需要人工的情况下,能自动完成硅片和花篮在传送带的运送,包括插片、旋转、换位等动作。通过西门子 PLC 完成跑道运动的控制,结合光电、磁电传感器、阻挡气缸、夹爪气缸保证运动控制精度,完成控制系统对硅片的急停、检测、顺序进入花篮等功能,增加硅片和花篮的运动安全防护等级,提升机台运行的平稳性、简易性,同时研究夹爪气缸的几何机构,完成底座的载荷建模,减少夹爪气缸在硅片花篮跑道 pvd 传输设备的误差,提高光伏组件质量。1 硅片花篮跑道 pvd 传输系统总体设计 1.1 结构设计 在纯自动化产线中,硅片放到产线初始放料区,产线工人在触摸屏上按下启动按钮即可完成硅片和花篮的传送任务。放料区的硅片在硅片运
4、输跑道上,结合光电传感器、磁电传感器,通过运输台、夹持组件、阻挡气缸完成对硅片的急停、检测、插片,保证硅片的传输及规律顺序进入花篮的功能。系统通过夹爪气缸、阻挡气缸协调工作,完成花篮的规整、夹紧、旋转等,实现传输设备的横移和升降的往复运动,同时在指定位置采集运动数据,其平面结构图如图1所示。图 1 平面结构图 本设计以硅片花篮跑道 pvd 传输系统的传送工序为研究对象,硅片传输系统使硅片在运输跑道上使用夹持组件进行插片,对花篮、硅片、阻挡气缸、夹爪气缸的位置进行实时监测。花篮传输系统使花篮在运输跑道上进行传输,通过气压驱动和电机驱动,完成花篮运输、规整,夹紧、翻转及横移模组和升降模组坦克链的运
5、动,花篮运输跑道结构设计图如图2所示,在传送皮带的两侧安装定位挡板或挡条,使花篮一直在规定的直线方向上运动,同时通过张紧结构对传送皮带的张紧度进行调整,增加系统运动安全防护等级,中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 98 提升机台运行的稳定性、简易性。花篮花篮挡板挡板传送带传送带加工件加工件下压件下压件机构安装架机构安装架滚轮滚轮支撑件支撑件传感器传感器电机电机 图 2 花篮运输跑道结构设计图 1.2 控制器和驱动方式选择 由于 PLC 控制器拥有较好的可拓展性能,可支持硅片花篮跑道 pvd 传输设备科技发展快且设备规模巨大的优势,同时具有防干扰性能优、模块化有更完善的技术面作为指导,便利简单
6、,开发、设计周期短等优点,本设计选择 PLC 为控制核心。根据硅片花篮跑道 pvd 传输系统的工艺流程和运动特点,本设计通过气压驱动的方式完成跑道产线中花篮与硅片的止停,横移、升降、往返运动通过电机带动传送带实现,规整部分的夹紧松开运动通过电机带动钣金件实现。花篮传输设备中主动轮的运动须通过驱动电机来控制传输系统,减速机对电机进行减速后再通过齿轮推动同步带轮后驱动跑道上的主动轮3。2 硅片花篮跑道 pvd 传输系统硬件设计 2.1 硬件结构分析 图 3 所示为硅片花篮跑道 pvd 传输系统的硬件组成框图图,整个系统由 PLC、人机交互界面、伺服系统、传感器系统等组成。传感器系统主要由光电传感器
7、、磁电传感器组成,完成对硅片和花篮的位置信号的测量,气缸的正负限位为被测量位,被测量位在导体中感生的磁通量发生变化,转换成输出信号变化,用于检测气缸内的合力。伺服系统可以接收和处理由 PLC传输的脉冲信号,完成硅片进料传送、花篮进料传送及成品出料传送控制的稳定运行。硅片花篮跑道 pvd传输系统中人机交互是异质结电池控制系统的关键构成部分,负责硅片、花篮传输现场中人和传输系统的信息交互,通过触摸屏+PLC 的控制方式,使其能实现数据采集、硅片传输、故障处理、人机交互等功能。PLC伺服系统传送带末端执行器气缸系统传感器系统人机交互界面 图 3 硬件组成框图 2.2 部分器件选取 1)传感器系统。硅
8、片花篮跑道 pvd 传输系统需要传感器的监测配合,传输过程对多种信号进行观测、控制。在多个、多种传感器之间互相配合可保障硅片花篮跑道 pvd 传输系统的安全性,有效地提高产线的产能。光电传感器发射端通过光线照射于接收端判断硅片及花篮的位置情况,通过磁电传感器测量气缸的正负限位,在导体中感生的磁通量发生变化,转换成输出信号变化,用于检测气缸内的合力。图 4 主电路图 2)气缸系统。气缸系统是由阻挡气缸和抓夹气缸组成,阻挡气缸关键用于跑道产线中花篮与硅片的止停,是针对硅片花篮跑道 pvd 传输系统而研发的工业产物,能简便、牢靠地控制产线生产的传输及阻顿。夹爪气缸在工业生产中也称规整气缸,它是花篮搬
9、运和夹持组件的装置,夹持器件中包括固定板,固定板的两端安装夹爪气缸,夹爪气缸驱动的夹板,和夹板中文科技期刊数据库(引文版)工程技术 99 固定处连接的固定件,固定板的两头分别有装置横移方向延伸的直线导轨,其中直线导轨滑动导向块,与夹板的固定件和导向块固定相连接,具有夹持花篮的作用。3)人机交互系统。硅片花篮跑道 pvd 传输系统采用 PLC 控制系统,而 PLC 控制系统是硅片花篮跑道 pvd传输系统的控制核心装备,人机交互系统需要与现场传输设备相互协调,具备较高兼容性以提高整个传输 系 统 的 可 用 性,故 本 设 计 选 用 西 门 子6AG1123-2GB03-2AX0 触摸屏,面向
10、I/O 设计,有强大的拓展功能,十分便于输入与输出功能模板的系统拓展,拥有较强的境况适应性能、较优的磁电兼容性、图 5 控制系统主程序流程图 开始手/自动切换急停花篮前后电机回取料位花篮上下电机反转花篮前后电机取花蓝位感应花篮上下电机回取料位花篮前后电机反转夹爪气缸松开花篮上下电机正转花篮前后电机插硅片位感应花篮前后电机插硅片位感应花篮前后电机回取料位花篮上下电机正转花篮前后电机反转位置计数硅片到位感应花篮上下电机反转花篮进料传送带硅片到位感应硅片定位气缸1到位限位硅片定位气缸2到位限位夹爪气缸松开硅片进料传送带位置计数花篮上下电机正转花篮前后电机正转花篮上下电机反转花篮19层到位感应是夹爪气
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