CN107966972A - 一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统。本发明分为三层：第一层为一个智能光伏电池检测与分拣设备的总控制器，控制智能上料控制器、智能视觉检测与位置矫正控制器、智能光伏测试系统控制器以及智能分拣系统控制器四套子系统；四套子系统分别控制上料机械臂、上料顶料机构、第一级传输带、第一组气缸控制器；控制智能视觉反馈、位置矫正、第二级传输带、第二组气缸控制器；控制智能模拟光源、双向排针、智能IV测试、第三级传输带、第三组气缸控制器，控制分拣机械臂、分拣顶料机构、第四级传输带、第四组气缸控制器。本发明实现光伏电池特性曲线检测与分拣的自动化与智能化。
Description
技术领域
本发明属于机电自动化领域，具体涉及一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，从而实现光伏电池特性曲线检测与分拣的自动化与智能化。
背景技术
太阳能可再生能源正逐步替代常规能源,成为保护地球生态环境的清洁能源之一。太阳能电池是光伏发电系统的重要组成部分,与系统的工作效率和发电量有密切关系,提高太阳能电池的能量转换效率可以增加太阳能的利用率。由于实际应用中存在一些因素会对太阳能电池的特性产生影响,这些电池单元之间的特性或者性能不一致或不相近,就可能导致不必要的能源浪费,甚至会出现减少电池寿命的现象。因此,在配置光伏电池阵列时,需要对其特性进行测试,选择满足要求的电池阵列,提高光伏发电系统的工作效率。
太阳能电池光伏器件伏安特性测试系统,属于光电测试装置,能够解决现有测试系统必须采用人工操作的方式设定辐照度值、测定辐照度值与测试样品电池过程不能同时进行的问题。
已有市场产品，针对光伏电池的特性分析和检测方法研究的基础上,设计了基于低功耗单片机的便携式特性测试仪,对光伏电池单元特性进行测量分析,为各种光伏电池的组装提供科学的数据。然而，这类简易装置无法与规模化光伏电池生产配套，仅适用于抽样检测。
这里公布一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统架构与控制流程，是实现光伏检测与分拣系统的智能化与自动化的核心架构与技术基础。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，从而实现光伏电池特性曲线检测与分拣的自动化与智能化。
一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，分为三层：第一层为一个智能光伏电池检测与分拣设备的总控制器；第一层控制器控制四套子系统，四套子系统构成第二层控制器，分别为智能上料控制器、智能视觉检测与位置矫正控制器、智能光伏测试系统控制器以及智能分拣系统控制器；第二层的智能上料控制器进一步控制了四类控制器，分别为上料机械臂控制器、上料顶料机构控制器、第一级传输带控制器、第一组气缸控制器；第二层的智能检测与位置矫正控制器进一步控制了四类控制器，分别为智能视觉反馈控制器、位置矫正控制器、第二级传输带控制器、第二组气缸控制器；第二层的智能光伏测试系统控制器进一步控制了五类控制器，分别为智能模拟光源控制器、双向排针控制器、智能IV测试控制器、第三级传输带控制器、第三组气缸控制器；第二层的智能分拣系统控制器进一步控制了四类控制器，分别为分拣机械臂控制器、分拣顶料机构控制器、第四级传输带控制器、第四组气缸控制器。
所述第一层的智能光伏电池检测与分拣设备总控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第二层四个控制器，即：智能上料控制器、智能视觉检测与位置矫正控制器、智能光伏测试系统控制器以及智能分拣系统控制器进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令对应的子系统完成光伏电池上料、光伏电池位置检测与位置矫正、光伏电池I-V测试以及按I-V测试得到的等级进行光伏电池分拣，从而完成光伏电池上料、位置检测、位置矫正、模拟光源发光、IV曲线测试、光伏电池分拣等自动化工艺流程。
所述第二层的智能上料控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与第三层的四个控制器，即：上料机械臂控制器、上料顶料机构控制器、第一级传输带控制器、第一组气缸控制器进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令各子系统完成光伏电池从料盒中顶出、机械臂拾取光伏电池并置放在传输带上、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池等自动化动作与工艺流程。
所述第二层的智能视觉检测与位置矫正控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第三层四个控制器，即：智能视觉反馈控制器、位置矫正控制器、第二级传输带控制器、第二组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成光伏电池在物料带上的图像信息采集与位置信息特征提取、光伏电池位置反馈矫正、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池等自动化动作与工艺流程。
所述第二层的智能光伏测试系统控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第三层五个控制器，即：智能模拟光源控制器、双向排针控制器、智能IV测试控制器、第三级传输带控制器、第三组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成双向排针接触光伏电池正负极、模拟光源发出太阳光模拟光、IV信号采集与特性曲线数值处理、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池等自动化动作与工艺流程。
所述第二层的智能分拣系统控制器是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第三层五个控制器，即：分拣机械臂控制器、分拣顶料机构控制器、第四级传输带控制器、第四组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成光伏电池按等级分拣电池、电池料盒下降承载物料、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池等自动化动作与工艺流程。
为了进一步说明控制器的工作流程，控制系统可以采用如下控制流程图：
所述全自动智能光伏电池检测与分拣设备通电后，会自动运行控制程序，先后对总控制系统和子控制系统进行初始化，并检验各单元是否正常工作；如果工作正常，操作人员可以输入原始控制命令和参数，并启动总控制系统；
所述总控制系统启动后的流程为以事件驱动的方式分别给五个子系统发送控制指令(在此流程图中，智能视觉检测与位置矫正控制器被细分为两个相互关联的子系统，因此二级系统从四个子系统扩展到五个子系统)；所谓事件驱动是指，所有五个子系统都处于等待总控制器的控制指令的状态，子系统可以并行工作，同时对不同的光伏电池进行不同的控制操作，从而提升控制系统的整体工作效率；
所述智能上料控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行料盒顶出光伏电池、机械臂搬动光伏电池到传送带上、气缸产生吸附作用、传送带传输光伏电池、以及气缸取消吸附光伏电池等控制命令，从而实现光伏电池从料盒到传输带再到下一级传输带的控制作用；
所述智能视觉检测控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行气缸吸附光伏电池、摄像数据采集、图像处理与位置特征提取、传送带传输光伏电池、以及气缸取消吸附光伏电池等控制命令，从而实现光伏电池在传输过程中的位置检测及其在传输带上的进一步输送，光伏电池到达新的位置，等待下一级传输命令；
所述智能位置矫正控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行基于位置特征的反馈矫正控制、气缸吸附光伏电池、传送带传输光伏电池等动作，从而实现光伏电池在I-V测试前保证位置的高精度；
所述智能光伏测试系统控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行双向探针下行或上行并接触到光伏电池的正负极、触发智能模拟光源发光、I-V测试系统信号采集、智能I-V测试信息的数据处理与计算、基于专家系统的等级分类算法、传输带自动传输光伏电池、以及气缸吸附作用的消除等自动化动作与工艺流程，光伏电池到达新的位置，等待下一级传输命令；
所述智能分拣控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行气缸吸附光伏电池、传送带传输光伏电池、气缸释放光伏电池、机械臂拾取光伏电池并置放于分拣料盒内、分拣料盒下降以容纳光伏电池等自动化动作；
所述控制系统的结束主要有两方面的触发条件，一方面，由于原始物料料盒清空，需要更换新的光伏电池；另一方面，由于分拣料盒盛满，需要清空料盒。
本发明的有益效果如下：
(1)采用自动化控制程序实现了光伏电池自动上料、自动传输、自动位置检测、自动位置矫正、自动化光源模拟、自动I-V测试、自动化等级分拣等自动化工序；
(2)采用了基于事件驱动的控制程序，允许各子系统同时产生自动化动作，灵活地实现各子系统并行操作，提升光伏电池检测效率；
(3)采用了基于视觉定位的智能控制程序，通过智能算法提取光伏电池的位置信息；
(4)采用了基于视觉反馈的智能矫正控制算法，通过智能矫正控制算法保证光伏电池的位置保持高精度与高准确度；
(5)采用了基于智能非线性拟合的I-V测试算法，减少了I-V测试的测试点，提升了I-V测试效率；
(6)采用了智能模拟光源控制程序，能够模拟太阳光光谱与各种光强。
附图说明
图1本发明的架构示意图。
图2本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制架构分为三层；包括，第一层为一个智能光伏电池检测与分拣设备的总控制器；第一层控制器控制四套子系统，四套子系统构成第二层控制器，分别为智能上料控制器、智能视觉检测与位置矫正控制器、智能光伏测试系统控制器、以及智能分拣系统控制器；第二层的智能上料控制器进一步控制了四类控制器，分别为上料机械臂控制器、上料顶料机构控制器、第一级传输带控制器、第一组气缸控制器；第二层的智能检测与位置矫正控制器进一步控制了四类控制器，分别为智能视觉反馈控制器、位置矫正控制器、第二级传输带控制器、第二组气缸控制器；第二层的智能光伏测试系统控制器进一步控制了五类控制器，分别为智能模拟光源控制器、双向排针控制器、智能IV测试控制器、第三级传输带控制器、第三组气缸控制器；第二层的智能分拣系统控制器进一步控制了四类控制器，分别为分拣机械臂控制器、分拣顶料机构控制器、第四级传输带控制器、第四组气缸控制器。
所述第一层的智能光伏电池检测与分拣设备总控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第二层四个控制器，即：智能上料控制器、智能视觉检测与位置矫正控制器、智能光伏测试系统控制器、以及智能分拣系统控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成光伏电池上料、光伏电池位置检测与位置矫正、光伏电池I-V测试、以及按I-V测试得到的等级进行光伏电池分拣，从而完成光伏电池上料、位置检测、位置矫正、模拟光源发光、IV曲线测试、光伏电池分拣等自动化工艺流程。
所述第二层的智能上料控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与第三层的四个控制器，即：上料机械臂控制器、上料顶料机构控制器、第一级传输带控制器、第一组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成光伏电池从料盒中顶出、机械臂拾取光伏电池并置放在传输带上、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池等自动化动作与工艺流程。
所述第二层的智能视觉检测与位置矫正控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第三层四个控制器，即：智能视觉反馈控制器、位置矫正控制器、第二级传输带控制器、第二组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成光伏电池在物料带上的图像信息采集与位置信息特征提取、光伏电池位置反馈矫正、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池等自动化动作与工艺流程。
所述第二层的智能光伏测试系统控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第三层五个控制器，即：智能模拟光源控制器、双向排针控制器、智能IV测试控制器、第三级传输带控制器、第三组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成双向排针接触光伏电池正负极、模拟光源发出太阳光模拟光、IV信号采集与特性曲线数值处理、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池等自动化动作与工艺流程。
所述第二层的智能分拣系统控制器是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第三层五个控制器，即：分拣机械臂控制器、分拣顶料机构控制器、第四级传输带控制器、第四组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成光伏电池按等级分拣电池、电池料盒下降承载物料、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池等自动化动作与工艺流程。
为了进一步说明控制器的工作流程，参考图2控制系统流程图：
所述全自动智能光伏电池检测与分拣设备通电后，会自动运行控制程序，先后对总控制系统和子控制系统进行初始化，并检验各单元是否正常工作；如果工作正常，操作人员可以输入原始控制命令和参数，并启动总控制系统；
所述总控制系统启动后的流程为以事件驱动的方式分别给五个子系统发送控制指令(在此流程图中，智能视觉检测与位置矫正控制器被细分为两个相互关联的子系统，因此二级系统从四个子系统扩展到五个子系统)；所谓事件驱动是指，所有五个子系统都处于等待总控制器的控制指令的状态，子系统可以并行工作，同时对不同的光伏电池进行不同的控制操作，从而提升控制系统的整体工作效率；
所述智能上料控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行料盒顶出光伏电池、机械臂搬动光伏电池到传送带上、气缸产生吸附作用、传送带传输光伏电池、以及气缸取消吸附光伏电池等控制命令，从而实现光伏电池从料盒到传输带再到下一级传输带的控制作用；
所述智能视觉检测控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行气缸吸附光伏电池、摄像数据采集、图像处理与位置特征提取、传送带传输光伏电池、以及气缸取消吸附光伏电池等控制命令，从而实现光伏电池在传输过程中的位置检测及其在传输带上的进一步输送，光伏电池到达新的位置，等待下一级传输命令；
所述智能位置矫正控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行基于位置特征的反馈矫正控制、气缸吸附光伏电池、传送带传输光伏电池等动作，从而实现光伏电池在I-V测试前保证位置的高精度；
所述智能光伏测试系统控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行双向探针下行或上行并接触到光伏电池的正负极、触发智能模拟光源发光、I-V测试系统信号采集、智能I-V测试信息的数据处理与计算、基于专家系统的等级分类算法、传输带自动传输光伏电池、以及气缸吸附作用的消除等自动化动作与工艺流程，光伏电池到达新的位置，等待下一级传输命令；
所述智能分拣控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行气缸吸附光伏电池、传送带传输光伏电池、气缸释放光伏电池、机械臂拾取光伏电池并置放于分拣料盒内、分拣料盒下降以容纳光伏电池等自动化动作；
所述控制系统的结束主要有两方面的触发条件，一方面，由于原始物料料盒清空，需要更换新的光伏电池；另一方面，由于分拣料盒盛满，需要清空料盒。
Claims (7)
1.一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，其特征在于分为三层：第一层为一个智能光伏电池检测与分拣设备的总控制器；第一层控制器控制四套子系统，四套子系统构成第二层控制器，分别为智能上料控制器、智能视觉检测与位置矫正控制器、智能光伏测试系统控制器以及智能分拣系统控制器；第二层的智能上料控制器进一步控制了四类控制器，分别为上料机械臂控制器、上料顶料机构控制器、第一级传输带控制器、第一组气缸控制器；第二层的智能检测与位置矫正控制器进一步控制了四类控制器，分别为智能视觉反馈控制器、位置矫正控制器、第二级传输带控制器、第二组气缸控制器；第二层的智能光伏测试系统控制器进一步控制了五类控制器，分别为智能模拟光源控制器、双向排针控制器、智能IV测试控制器、第三级传输带控制器、第三组气缸控制器；第二层的智能分拣系统控制器进一步控制了四类控制器，分别为分拣机械臂控制器、分拣顶料机构控制器、第四级传输带控制器、第四组气缸控制器。
2.根据权利要求1所述的一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，其特征在于所述第一层的智能光伏电池检测与分拣设备总控制器的作用是通过通讯协议与其相关联的第二层四个控制器进行控制信号交互，并分别发送控制指令给智能上料控制器、智能视觉检测与位置矫正控制器、智能光伏测试系统控制器以及智能分拣系统控制器，令对应的子系统完成光伏电池上料、光伏电池位置检测与位置矫正、光伏电池I-V测试以及按I-V测试得到的等级进行光伏电池分拣，从而完成光伏电池上料、位置检测、位置矫正、模拟光源发光、IV曲线测试、光伏电池分拣的自动化工艺流程。
3.根据权利要求1所述的一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，其特征在于所述第二层的智能上料控制器的作用是通过Ethernet/RS485通讯协议与第三层的四个控制器上料机械臂控制器、上料顶料机构控制器、第一级传输带控制器、第一组气缸控制器进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令各子系统完成光伏电池从料盒中顶出、机械臂拾取光伏电池并置放在传输带上、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池的自动化动作与工艺流程。
4.根据权利要求1所述的一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，其特征在于所述第二层的智能视觉检测与位置矫正控制器的作用是通过Ethernet/RS485通讯协议与其相关联的第三层四个控制器，即：智能视觉反馈控制器、位置矫正控制器、第二级传输带控制器、第二组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成光伏电池在物料带上的图像信息采集与位置信息特征提取、光伏电池位置反馈矫正、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池自动化动作与工艺流程。
5.根据权利要求1所述的一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，其特征在于所述第二层的智能光伏测试系统控制器的作用是通过Ethernet/RS485等通讯协议与其相关联的第三层五个控制器，即：智能模拟光源控制器、双向排针控制器、智能IV测试控制器、第三级传输带控制器、第三组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成双向排针接触光伏电池正负极、模拟光源发出太阳光模拟光、IV信号采集与特性曲线数值处理、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池自动化动作与工艺流程。
6.根据权利要求1所述的一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统，其特征在于所述第二层的智能分拣系统控制器是通过Ethernet/RS485通讯协议与其相关联的第三层五个控制器，即：分拣机械臂控制器、分拣顶料机构控制器、第四级传输带控制器、第四组气缸控制器，进行控制信号交互，并分别发送控制指令给各子系统，令其完成光伏电池按等级分拣电池、电池料盒下降承载物料、气缸吸附或释放光伏电池、以及传输带自动传输光伏电池自动化动作与工艺流程。
7.根据权利要求1所述的一种全自动智能光伏电池检测与分拣设备的控制系统的控制方法，其特征在于包括如下过程：
所述全自动智能光伏电池检测与分拣设备通电后，会自动运行，先后对总控制系统和子控制系统进行初始化，并检验各子系统是否正常工作；如果工作正常，操作人员输入原始控制命令和参数，并启动总控制系统；
所述总控制系统启动后的流程实现如下：以事件驱动的方式分别给五个子系统发送控制指令；所谓事件驱动是指所有五个子系统都处于等待总控制器的控制指令的状态，子系统能够并行工作，同时对不同的光伏电池进行不同的控制操作，从而提升控制系统的整体工作效率；
所述智能上料控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行料盒顶出光伏电池、机械臂搬动光伏电池到传送带上、气缸产生吸附作用、传送带传输光伏电池以及气缸取消吸附光伏电池的控制命令，从而实现光伏电池从料盒到传输带再到下一级传输带的控制作用；
所述智能视觉检测控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行气缸吸附光伏电池、摄像数据采集、图像处理与位置特征提取、传送带传输光伏电池以及气缸取消吸附光伏电池控制命令，从而实现光伏电池在传输过程中的位置检测及其在传输带上的进一步输送，光伏电池到达新的位置，等待下一级传输命令；
所述智能位置矫正控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行基于位置特征的反馈矫正控制、气缸吸附光伏电池、传送带传输光伏电池动作，从而实现光伏电池在I-V测试前保证位置的高精度；
所述智能光伏测试系统控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行双向探针下行或上行并接触到光伏电池的正负极、触发智能模拟光源发光、I-V测试系统信号采集、智能I-V测试信息的数据处理与计算、基于专家系统的等级分类算法、传输带自动传输光伏电池、气缸吸附作用消除的自动化动作与工艺流程，光伏电池到达新的位置，等待下一级传输命令；
所述智能分拣控制流程为接收到总控制器的指令后，依次执行气缸吸附光伏电池、传送带传输光伏电池、气缸释放光伏电池、机械臂拾取光伏电池并置放于分拣料盒内、分拣料盒下降以容纳光伏电池的自动化动作；
所述控制系统的结束主要有两方面的触发条件，一方面，由于原始物料料盒清空，需要更换新的光伏电池；另一方面，由于分拣料盒盛满，需要清空料盒。
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