CN112186077B - 一种太阳能电池整厂智能制造控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池整厂智能制造控制系统，包括控制单元、AGV单元和多个控制站点，各控制站点分别对应不同的工艺段，分别为制绒控制站点、退火控制站点、二次清洗控制站点、扩散控制站点、码雅控制站点、PECVD控制站点和丝印控制站点；各控制站点均为独立的控制站点且独立供电，各控制站点之间相互链接且均与控制单元相连以形成环网；所述AGV单元接入所述环网，所述控制单元控制所述AGV单元中的AGV小车在各工艺段之间进行取料和送料作业。本发明具有自动化智能化程度高、生产效率高、安全可靠等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及太阳能电池生产技术领域，具体涉及一种太阳能电池整厂智能制造控制系统。
背景技术
太阳能电池的中段生产包含了多个工艺段，比如：制绒，退火，二次清洗，扩散，板式PECVD，管式PECVD，激光丝印等工艺。每个工艺相互联系，是彼此的上下游，整个生产流程为：制绒→退火→二次清洗→扩散→板式PECVD→管式PECVD→激光丝印→测试分选。
以往的车间工艺段设备的进料和出料都是通过人工搬运花篮,存在以下技术缺点：人工上下料特别费时，费力，生产效率低下，有时人工上下料在夜间进行时，会出现教大的错误，会将上一工艺的出料误拿到下下一工艺设备进行工艺处理，对太阳能电池片造成不可逆的损坏。另外，车间的人工流动量比较大，新来的员工对工艺不了解，厂家会花大把时间进行培训，增加管理成本。再者，人工的流动性在年初表现的很明显，厂家会出现招工难的情况，会直接导致车间不能满负荷运行，给厂家带来经济损失。
而自动化强一点的车间会在每个工艺设备之间建立网带连接，通过网带传输，或者高空网带传输，将花篮从上一工艺设备的出料口运输到下一工艺设备的进料口，以此把整个车间串连起来，以达到自动化的要求。但仍存在以下不足：网带传输或者高空网带传输的自动化解决方案，会将整个车间围的水泄不通，给人员行走带来很大不便，同时车间的美观方面也大大折扣。另外像高空输送网带存在掉篮伤人的风险，当设备出现故障时，处理起来也很不方便。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种自动化程度高、智能化程度高、生产效率高、安全可靠的太阳能电池整厂智能制造控制系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种太阳能电池整厂智能制造控制系统，包括控制单元、AGV单元和多个控制站点，各控制站点分别对应不同的工艺段，分别为制绒控制站点、退火控制站点、二次清洗控制站点、扩散控制站点、码雅控制站点、PECVD控制站点和丝印控制站点；各控制站点均为独立的控制站点且独立供电，各控制站点之间相互链接且均与控制单元相连以形成环网；所述AGV单元接入所述环网，所述控制单元控制所述AGV单元中的AGV小车在各工艺段之间进行取料和送料作业。
作为上述技术方案的进一步改进：
各所述控制站点的硬件组成包含了远程模块、远程IO模块、变频器、现场IO模块、触摸屏、机器人系统和安全系统；所述远程IO模块用于与各艺段的工艺设备进行信号交互；所述现场IO模块用于自身系统的气缸、传感器信号的交互；所述触摸屏作为人机界面和故障信号处理，能独立控制该控制站点的自动、手动、停止以及故障处理，反馈该控制站点的运行状态、产量、以及故障信息，同时显示AGV车量的位置、状态和任务号；所述变频器作为传输系统，传输花篮到工作位；所述安全系统包括急停和安全门，以防止安全事故的发生。
各个控制站点之间通过Profinet通讯网线进行连接；各个控制站点外接六轴机器人或者行架系统，与机器人的通讯采用Profinet，与行架系统采用TCP/IP协议，控制单元采用任务调度的方式控制机器人或行架机械手。
机械手或桁架机械手上装有RFID读码器，每个花篮上装有载码体，机械手或桁架机械手每对花篮一次抓取，均通过读码器将花篮信息传输给控制单元，再通过控制单元将信息发送给MES系统以进行追溯。
各所述控制站点均就近安装于对应的工艺段旁。
各工艺段的工艺设备的IO信号以预制线的形式与各控制站点相连。
所述控制单元与各控制站点均具有独立的控制指令，各控制指令均相对应执行机构；其中AGV单元的AGV调度、机器人调度和工艺设备对接程序相同，编写成通用的块以直接调用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明分工艺段区域进行独立控制，以硬件为基础，通过软件控制方式实现；其中硬件上强电的分区域供电，防止其中某工位出现过流导致掉电，影响其他工位的正常工作；硬件上组态的分布式安装，有利于就近接入现场传感器信号，减少走线；网络上环型组网，防止出现系统掉网影响其他工位的正常工作；软件上结合硬件设计，对不同区域进行独立模式定义，实现工艺段的分区域控制。
本发明的分工艺段区域供电和独立程序控制不存在上述问题，当前工艺段区域出现问题，只会影响当工艺段区域，其他工艺段区域正常运行，在硬件和软件上对系统进行了分段控制。其中在分工艺段区域控制在调试的过程中，有很大好处，设备在组装时有针对性组装，可以集中人力物力组装好某个工艺段区域后，此工艺段区域就可以开始进行硬件与软件调试，可以测试硬件的可靠性和软件的逻辑性。当每个工艺段区域都组装测试完成以后，做好每个工艺段区域的信号对接以及软件互锁保护，就能对设备的整体性能进行测试，大大提高了测试效率，节约了时间。另外，针对工艺段分区域控制，在硬件上和软件上都比较容易做标准化设计。
附图说明
图1为本发明的硬件在实施例的拓扑图。
图2为本发明的软件在实施例的拓扑图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1和图2所示，本实施例的太阳能电池整厂智能制造控制系统，包括控制单元、AGV单元和多个控制站点，各控制站点分别对应不同的工艺段，分别为制绒控制站点、退火控制站点、二次清洗控制站点、扩散控制站点、码雅控制站点、PECVD控制站点和丝印控制站点；各控制站点均为独立的控制站点且独立供电，各控制站点之间相互链接且均与控制单元相连以形成环网；AGV单元接入环网，控制单元控制AGV单元中的AGV小车在各工艺段之间进行取料和送料作业。其中环网是指的是整个通讯系统互相连接，组成一个圆形，当其中有断线情况，整个网络也是通畅的，降低了故障率，提升了设Uptime时间。
本实施例中，各控制站点的硬件组成包含了远程模块、远程IO模块、变频器、现场IO模块、触摸屏、机器人系统和安全系统；远程IO模块用于与各艺段的工艺设备进行信号交互；现场IO模块用于自身系统的气缸、传感器信号的交互；触摸屏作为人机界面和故障信号处理，能独立控制该控制站点的自动、手动、停止以及故障处理，反馈该控制站点的运行状态、产量、以及故障信息，同时显示AGV车量的位置、状态和任务号；变频器作为传输系统，传输花篮到工作位；安全系统包括急停和安全门，以防止安全事故的发生。
本实施例中，各个控制站点之间通过Profinet通讯网线进行连接；各个控制站点外接六轴机器人或者行架系统，与机器人的通讯采用Profinet，与行架系统采用TCP/IP协议，控制单元采用任务调度的方式控制机器人或行架机械手。
本实施例中，机械手或桁架机械手上装有RFID读码器，每个花篮上装有载码体，机械手或桁架机械手每对花篮一次抓取，均通过读码器将花篮信息传输给控制单元，再通过控制单元将信息发送给MES系统以进行追溯。
本实施例中，各控制站点均就近安装于对应的工艺段旁。
本实施例中，各工艺段的工艺设备的IO信号以预制线的形式与各控制站点相连。
本实施例中，控制单元与各控制站点均具有独立的控制指令，各控制指令均相对应执行机构；其中AGV单元的AGV调度、机器人调度和工艺设备对接程序相同，编写成通用的块以直接调用。
本发明分工艺段区域进行独立控制，以硬件为基础，通过软件控制方式实现；其中硬件上强电的分区域供电，防止其中某工位出现过流导致掉电，影响其他工位的正常工作；硬件上组态的分布式安装，有利于就近接入现场传感器信号，减少走线；网络上环型组网，防止出现系统掉网影响其他工位的正常工作；软件上结合硬件设计，对不同区域进行独立模式定义，实现工艺段的分区域控制。
下面结合一完整的具体实施例对上述控制系统进行详细说明：
整厂智能制造控制系统庞大，整套控制系统由机器人、AGV、行架、变频器、气缸，传感器等组成。其中机器人有15台，AGV有24台，行架有8台，100多套气缸，2000多个传感器信号。
每个工艺段由好几台工艺设备组成，设计工艺段做为一个独立的控制站点，如图中的代号①②③④⑤⑥⑦⑧均为独立的控制站点，每个独立的控制站点有独立的自动、手动、复位、报警等控制模式。为了简化走线，减少走线数量，同时加快现场施工速度，所有IO信号以预制线的形式进入现场模块，同时控制电柜就近安装在工艺段旁。
整个系统围绕西门子PLC为中心，网络是基于西门子Profinet，采用环网设计，所有远程电柜站点相互链接，同时远程站点也与①链接，环网的好处在于，防止网线脱落，出现掉网的情况，或其中某个站点出现掉电的情况，其他站点也能正常运行，互补影响。如图1中的代号①②③④⑤⑥⑦⑧均为独立的控制站点，每个站点独立供电，相当于一个小的控制系统。其中图1中的各远程电柜均指代上文中的控制站点。
控制站点的硬件组成包含了西门子远程模块、远程IO模块、变频器、现场IO模块、触摸屏、机器人系统(行架系统)和安全系统等。远程IO模块主要用做与工艺设备进行信号交互；现场IO模块用于自身系统的气缸、传感器信号的交互；触摸屏作为人机界面和故障信号处理。变频器作为传输系统，传输花篮到工作位。安全系统主要包括急停、安全门等等,防止安全事故的发生。各个控制站点外接六轴机器人或者行架系统，与机器人的通讯采用Profinet，与行架系统采用TCP/IP协议，PLC采用任务调度的方式控制机器人或行架机械手，各个站点之间通过Profinet通讯网线进行连接。每个站点的触摸屏能独立控制该站点的自动，手动，停止以及故障处理，触摸屏能实施反馈该站点的运行状态、产量、以及故障信息等，另外AGV车量的位置、状态，任务号等都会在触摸屏上面显示。
系统将AGV服务器⑨连入环网，PLC采用任务调度的方式给AGV小车服务器发送任务号，收到任务号后，AGV小车服务器会指派离任务点最近的小车去取料和送料。由于是整厂调度，小车的路线会在系统中提前规划，在运行的过程中，小车遇到小车、行人都会避让，防止堵车情况发生,导致系统瘫痪。
通过各控制站点的机器人系统将工艺设备的下料花篮放置在特定的缓存工位，AGV调度系统控制AGV小车将花篮运输到下个工艺设备的上料位置，同时在机器人抓手上面配备了RFID，能很好追溯花篮的流向。此方法能很好解决生产效率低下，故障处理难的问题，降低了厂家管理成本，给厂家带来了明显的经济效益。
机械手或桁架机械手上装有RFID读码器，每个花篮上装有载码体，机械手或桁架机械手每对花篮一次抓取，都会通过读码器将花篮信息传输给PLC，再通过PLC将信息发送给MES系统，解决追溯的问题。
其中软件开发分为上位机系统和下位机系统，上下位机相互联系，如图2所示。①②③④⑤⑥⑦⑧区域的控制都是独立的，所以在软件中，有八套独立的控制指令，互不影响。其中软件中有互锁保护，通过反馈信号，对机械相干涉的部件不允许操作，或操作了软件不执行。
整个控制系统与硬件设计相契合，每个工艺段都是由AGV、机器人、工艺设备和自身系统组成，自身系统的程序需根据执行机构来单独编写，执行机构不同程序也不同。但AGV调度，机器人调度，工艺设备对接程序基本相同，编写成通用的块，直接调用。
设备在初始状态下，一键启动工艺段区域。当然，在某个工艺段区域出现故障，故障区域模式会跳出自动，进入故障状态，同时，程序会重新分配AGV路线，防止AGV路线拥堵，故障处理完成后，重新启动该工艺段区域，进入自动模式，恢复AGV路线。
针对非工艺段独立控制系统，某工艺段出现故障或者停机，会影响整个系统的运行，甚至造成系统的瘫痪。本发明的分工艺段区域供电和独立程序控制不存在上述问题，当前工艺段区域出现问题，只会影响当工艺段区域，其他工艺段区域正常运行，在硬件和软件上对系统进行了分段控制。其中在分工艺段区域控制在调试的过程中，有很大好处，设备在组装时有针对性组装，可以集中人力物力组装好某个工艺段区域后，此工艺段区域就可以开始进行硬件与软件调试，可以测试硬件的可靠性和软件的逻辑性。当每个工艺段区域都组装测试完成以后，做好每个工艺段区域的信号对接以及软件互锁保护，就能对设备的整体性能进行测试，大大提高了测试效率，节约了时间。另外，针对工艺段分区域控制，在硬件上和软件上都比较容易做标准化设计。
具体地，在本发明中，分工艺段区域控制是：将整厂根据工艺结构分成几个区域，如：制绒，退火，二次清洗，扩散，板式PECVD，管式PECVD，激光丝印等工艺。这七种工艺组成整套控制系统。。这七段工艺工位都能独立自动化运行，各个工艺段区域的工作状态互不影响。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种太阳能电池整厂智能制造控制系统，其特征在于，包括控制单元、AGV单元和多个控制站点，各控制站点分别对应不同的工艺段，分别为制绒控制站点、退火控制站点、二次清洗控制站点、扩散控制站点、码雅控制站点、PECVD控制站点和丝印控制站点；各控制站点均为独立的控制站点且独立供电，各控制站点之间相互链接且均与控制单元相连以形成环网；所述AGV单元接入所述环网，所述控制单元控制所述AGV单元中的AGV小车在各工艺段之间进行取料和送料作业；
各所述控制站点均就近安装于对应的工艺段旁；
各工艺段的工艺设备的IO信号以预制线的形式与各控制站点相连；
各所述控制站点的硬件组成包含了远程模块、远程IO模块、变频器、现场IO模块、触摸屏、机器人系统和安全系统；所述远程IO模块用于与各工艺段的工艺设备进行信号交互；所述现场IO模块用于自身系统的气缸、传感器信号的交互；所述触摸屏作为人机界面和故障信号处理，能独立控制该控制站点的自动、手动、停止以及故障处理，反馈该控制站点的运行状态、产量、以及故障信息，同时显示AGV车量的位置、状态和任务号；所述变频器作为传输系统，传输花篮到工作位；所述安全系统包括急停和安全门，以防止安全事故的发生；
所述控制单元与各控制站点均具有独立的控制指令，各控制指令均相对应执行机构；其中AGV单元的AGV调度、机器人调度和工艺设备对接程序相同，编写成通用的块以直接调用。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池整厂智能制造控制系统，其特征在于，各个控制站点之间通过Profinet通讯网线进行连接；各个控制站点外接六轴机器人或者桁架系统，与机器人的通讯采用Profinet，与桁架系统采用TCP/IP协议，控制单元采用任务调度的方式控制机器人或桁架机械手。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池整厂智能制造控制系统，其特征在于，桁架机械手上装有RFID读码器，每个花篮上装有载码体，桁架机械手每次对花篮一次抓取，均通过读码器将花篮信息传输给控制单元，再通过控制单元将信息发送给MES系统以进行追溯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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