基于PLC和HMI的全自动太阳能玻璃上片机毕业设计

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：xxxx 2012 年 01 月 10 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、 不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名：xxxx 2012 年 01 月 10 日 导师签名： 年 月 日 毕 业 设 计 论 文 题 目： 基于 PLC 和 HMI 的全自动太阳能玻璃上片机 Title Automatic Loading Series for Solar Energy Based on PLC and HMI 院 系： 电气与电子工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： XXX 指导教师： XXX 2012 年 01 月 10 日- I -摘要：自动上片机是光伏行业自动化生产线的前段重要设备。在太阳能生产系统中发挥越来越重要的作用，因此开发一种全自动，快速无损伤的自动上片设备显得尤为重要。本文基于目前的太阳能行业，讨论太阳能电池生产过程中使用的上片机设备，阐述了全新的，基于 PLC 与 HMI 的全自动太阳能玻璃上片机（以下简称全自动太阳能玻璃上片机）在太阳能行业的广阔市场。详细介绍了全自动上片机的整个外围电气硬件，内部电气软件，以及动作控制流程，安全控制过程等。从电气图纸的设计，到软件控制过程的设计等，都做详细说明。最终通过本文设计，对设备本身有一个透彻的认识和掌握。另外分析了全自动太阳能玻璃上片机电气自动化的模块化、集成化、人性化、开放性、高安全控制等特点。最后展望了全自动太阳能玻璃上片机设备的优化方向，以及未来的发展趋势。在全行业自动化大潮的推动下，全自动太阳能玻璃上片机必然会有很大的发展空间。全自动太阳能玻璃上片机在这种情况下朝着自动化，智能化的方向发展。相信在未来一定能越来越低成本，越来越自动化。关键词：自动控制 传输 反馈 伺服系统- II -Abstract: The automatic machine as photovoltaic industry production line of paragraph important equipment, is playing an important role in production system in solar energy.So developing a fully automatic, fast no damage of equipment is needs immediately.This article is based on the present solar energy industry, Discuss solar cells used in the production process of the machine, Expounds a new viewpoint that based on PLC and HMI of automatic solar glass piece of machine in the wide market of solar industry; and explain introduction of the automatic machine on the periphery electric hardware, internal electrical software, and control process of action modules, security control process, etc. There are specific details. From the design of electric drawings to software control process design, and finally we have a thorough knowledge and master through the design of this paper. In addition, analysis of mechanical and electrical automation of gas modular, integration, humanization, openness, high safety control characteristics. Finally, the article puts forward the prospects of fully automatic machine and the future trends.In all the industry automation propelled by the tide, automatic solar glass piece of machine will have very big development space.In this situation, Automatic solar glass piece of machine will be geared to automation, intelligentized. And will more and more low cost, the more automation.Key words: Automatic Control Transmission Feedback Servo System - III -目录摘要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 中国太阳能行业自动化装备的现 状及前景 .11.2 太阳能行业玻璃上片机的技术现状 .11.3 基于 PLC 与 HMI 的全自动太阳能玻璃上片机设计的目的及其意义 .22 全自动太阳能玻璃上片机的整体结构 .32.1 整体框架图 .32.2 电气控制单元 .43 全自动太阳能玻璃上片机电气控制过程 .63.1 整体电气控制概述 .63.2 上片控制流程 .73.3 上片后传输控制 01.103.4 上片后传输控制 02.124 全自动太阳能玻璃上片机安全保护设计 .144.1 系统安全控制 .144.2 可视化故障处理系统 .145 全文总结 .166.1 结论 .166.2 本文的不足 .16致 谢 .17附 录 .18附录一 .18附录二 .20参考文献 .23- 1 -1 绪论1.1 中国太阳能行业自动化装备的现状及前景进入二十一世纪以来，我国光伏设备行业步入了快速发展阶段。2009 年我国主要太阳能电池制造商太阳能设备销售收入达到 20.21 亿元。其中，太阳能晶硅生产和加工设备达到 13.16 亿元，占太阳能电池设备销售收入的 65.1%；晶硅太阳能电池芯片制造设备达到 7.05 亿元，占太阳能电池设备销售收入的 34.9%。2010 年我国晶硅太阳能设备大幅度增长，13 家主要太阳能电池设备制造商太阳能设备销售收入达到 36.8 亿元，比 2009 年增长了 82.1%。其中，太阳能晶硅生产设备销售收入 23.2 亿元，比上年增长 93.3%，占太阳能电池设备销售收入的 63.0%。中国光伏设备企业从硅材料生产、硅片加工到太阳能电池芯片的生产以及相应的纯水制备、环保处理、净化工程建设，已经初步具备成套供应能力，部分产品如扩散炉、等离子刻蚀机、单晶炉、多晶铸锭炉等开始少量出口，可提供 10 种太阳能电池大生产线设备中的 8 种，其中有 6 种已在国内生产线上占据主导地位，2 种与进口设备并存但份额正逐步增大。此外，全自动太阳能玻璃上片机、全自动丝网印刷机、自动分拣机、平板式 PECVD 则依赖进口或者部分进口。利用太阳能光伏发电技术、为人类创造洁净的可再生能源是未来的大趋势，并且随着全球经济的复苏，太阳能产业必将迎来新一轮的发展高潮，这也将使光伏设备发展在未来一段时期内被看好。1.2 太阳能玻璃上片机的技术现状太阳能玻璃上片机作为光伏行业生产线前段重要设备，在太阳能生产系统中发挥越来越重要的作用，因此在进口，消化和借鉴的同时，开发一种全自动，快速无损伤的自动上片设备就显得颇为重要。面对如此巨大的太阳能设备市场，前段重要设备自动上片机也迅速发展，在经历了机械式，继电器式，半自动化过程，自动上片机越来越自动化，越来越安全，耐用。在目前状态下，越来越低的设备成本，同样是企业的利润空间。自动化设备的平均投入成本会随着使用时间的推移越来越低。全自动太阳能玻璃上片机使得设备更加的智能，耐用。太阳能玻璃上片机在太阳能自动化装备行业中如此重要，同样延伸到太阳能相关设备，甚至整个自动化行业。我们深深思索，在强调市场需求为导向，即以自动化终端产品为主，以整机（如大面积太阳能设备、高速高精高性能上片机、典型自动化机- 2 -械、重点行业关键设备等）带动自动化相关产业的发展。重点解决自动化系统中电气控制核心部件和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电机系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。依靠自动化创造可靠性的产品，依靠自动化创造价格低廉而富有竞争力的产品。1.3 基于 PLC 与 HMI 的全自动太阳能玻璃上片机设计的目的及其意义全自动上片机作为太阳能行业的前段设备，在整个太阳能的生产过程中起着至关重要的作用。上片机的性能，决定了前段产品的良品率，进而影响原材料的使用成本，因此一台好的自动上片机，能最大程度的保证企业的原材料使用率，最大成度的节约公司成本。基于 PLC 与 HMI 的全自动太阳能玻璃上片机（以下简称全自动太阳能玻璃上片机）在此基础上提出，并进行研究。全自动太阳能玻璃上片机在强调自动化的同时，同样考虑了人性化的操作，人性化的维护界面。使设备实现真正的自动化，智能化，高安全。上片机自动化的结论可以为相关电气自动化制图标准，软件设计标准，HMI 设计标准的制定提供参考，同时也为自动化装备核心系统国产化提供试验支持，提供借鉴平台，具有重大的应用价值。在高精尖装备研发方面，自动化设备制造一定要产、学、研以及最终用户紧密结合，自动化设备制造要以“做得出、用得上、创利润”为目标，按行业意志实施攻关，为整个行业创造价值。- 3 -2 全自动太阳能玻璃上片机的整体结构2.1 整体框架图全自动太阳能玻璃上片机的上片机构，直线传输机构，都采用链条传动。升降机构取片后，直线传输部分用链条向后段传输玻璃。采用了链轮链条传动加关节曲柄机构翻转吸盘臂，代替以前设备中普遍的老式液压结构，实现玻璃自动取放。整个控制平台具有运行平稳，生产效率高等特点，同时摒弃以往的液压结构，具有无液压漏油，密封要求低等优点。采用伺服驱动器和伺服电机搭配组成运动伺服系统，由伺服电机带动链条运动，实现更精准的位置控制和时时位置反馈，进而实现抓取机构的准确定位。图 2-1 和图 2-2 分别是全自动太阳能玻璃上片机的正视图和侧视图。从图 2-1 中可以看出：该设计采用了双边模块化、左右对称的设计。便于设备准确与下一工位对接，实现快速调校。图 2-1 下部为上料台，有外部叉车直接送入，内部设有机械卡位，外部叉车可以直接把玻璃堆料送入指定位置。图 2-1 全自动太阳能玻璃上片机的正视图- 4 -从图 2-2 中可以看出：全自动太阳能玻璃上片机采用模块化设计，系统模块可单独拆卸，对接。电气控制通过现场总线连接，方便控制和拆卸。全自动太阳能玻璃上片机从左到右的依次为：第一部分：上片后传输控制 02第二部分：上片后传输控制 01第三部分：自动上片控制图 2-2 全自动太阳能玻璃上片机的侧视图2.2 电气控制单元全自动太阳能玻璃上片机主要控制部分，基于工业巨头德国西门子 PLC (Programmable Logic Controller，即可编程逻辑控制器）和 HMI(Human Machine Interface，即人机界面)。从图 2-2 可以看出此设备从左到右为上片后传输控制 02、上片后传输控制 01、自动上片控制。三段控制均采用了伺服控制系统，闭环数据采集。图 2-3 是全自动太阳- 5 -能玻璃上片机的主控制电路简图。从图 2-3 可以看出：全自动太阳能玻璃上片机的电路系统通过断路器，接触器，紧急停按钮上电控制。PLC 通过 PROFIBUS 总线通讯给驱动器发送控制指令，由驱动器控制电机动作，同时 PLC 通过 PROF