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基于PLC的光伏组件组框机控制系统设计

摘要：工业发展推动了新能源革命，太阳能作为最清洁可靠的能源，是可以满足未来能源需求的稳定能源。我国的光伏产业也在不断开发进步，取得长足的发展地位。光伏组件组框机,是对光伏板进行组框的机器，是当今太阳能新能源产业生产过程中不可或缺的工艺过程。传统光伏产业在组装组框时大多利用人力，导致人力成本过高；产业结构较单一，工厂生产效率低下，导致企业缓慢发展；组件的精确度也不高，使光伏板的质量不能得到很好的保证。本课题主要采用PLC来控制光伏组件组框机的工艺控制系统。减少人力资源、成本降低；选用伺服电机提高对组框位置的精确度，从而保证光伏组件的质量；两者的结合运用使系统具备自动化和灵活化。本设计还用到了人机界面来进行实时监控，显示报警可以让技术人员及时定位故障位置，排除故障，管理整个系统。

关键词：光伏组框机；精确度；伺服电机;PLC

 

目 录

摘要 1

Abstract 2

一、序言 3

1.1课题来源及意义 3

1.2国内组框机的使用情况 4

1.3本课题的主要研究内容 5

二、基于PLC控制的组框机系统结构 6

2.1 光伏组件组框机的设计系统分析 6

2.1.1生产产品介绍 6

2.1.2 系统设计流程分析 7

2.2光伏组件组框机机器动作要求分析 8

三、光伏组件组框机控制系统硬件结构设计 9

3.1组框机运行对电气设备的要求分析 9

3.2 机器工作需求对电气硬件设备进行选型 9

3.3 组框机电气布置及安装 10

3.3.1 电气设备接线图 10

3.3.2 系统流程图 11

3.4硬件控制系统分析 12

四、 组框机控制系统软件分析 14

4.1组框机系统软件编程设计分析 14

4.1.1组框机PLC程序设计及分析 15

4.1.2伺服软件控制系统设计及分析 23

4.1.3触摸屏软件设计及分析 24

4.2组框机系统调试及纠错 27

致谢 32

参考文献 33

附录1:程序 34

附录2：电气原理图 40

 

一、序言

随着自动化产业的不断发展，工业自动化产业不断兴起，带动工业传统制造业进步发展，利用机器取代人工来提高生产效率已经成为许多工厂发展的大方向，工控产业得到了迅猛的进步。

在工业自动化的大背景下，自动控制成为了不可或缺的一部分，PLC和伺服电机也被广泛的使用，通过国内外工业技术人员的不断地检验，这些工控产品已经日趋成熟。本课题采用PLC还有伺服电机保证工艺的高度准确，使系统优于人工具备充分的灵活性快捷性。 本设计立足市场大量研究了江苏地区的生产厂商，现如今传统行业产业结构单一，发展的前景有限。然而对于新兴能源产业，比如光伏产业的发展成为新兴能源的发展的潮流，所以大批厂商开始企业转型升级，为光伏产业生产机器等成为许多厂商所研究的方向，这其中就有为光伏板装框的组框机。

1.1课题来源及意义

随着国际经济的全球化一体化发展，每个国家都不能做到“独善其身”，必须加入到世界经济发展的这股洪流之中，在这其中，工业的迅速发展能够带动国民经济的提升，推动国家的现代化发展。所以必须大力发展工业生产，提高综合国力。从我国上世纪80年代改革开放以来，我国已经开始把工业发展放在重要位置。工业发展在我国经历了很长得一段历史。传统工业发展主要着重点以轻工业为主，传统制造业发展缓慢，产业结构链比较单一，大多依靠人力，人力成本浪费导致企业的经营得不到提高。现代化工业发展相对于传统工业发展具备大工厂生产的条件，优化了产业结构，是企业发展充满灵活性；提高生产效率，充分调动企业发展生产的积极性；合理运用人力资源，降低人力成本，也缓和社会就业困难的问题。工业自动化发展是现代化工业发展造成的必然趋势，在工业自动化发展的进程中，PLC与伺服电机的应用最为广泛。本课题是建立在一家光伏组件组框机制造厂商的基础上，按照客户所提出的要求，来完成生产设备的硬件选型、软件开发、调试运行，通过人机界面实现机器操作，从控制而整个生产过程，最终实现对企业的产业结构优化升级。本课题采用PLC控制光伏组件组框机系统，可以实现光伏板的生产过程的优化，对组框机质量的高要求决定了电机的高作用性，对光伏板位置的精度的高要求使伺服控制系统在生产过程中起到决定性作用。在禾川的人机界面提供强大的功能选择，便于操作人员对组框机角度，伺服速度，运动距离等参数进行设置，能够及时的得到机器工作时的实时数据，减少风险，让企业的经济效益得到最大的实现。

光伏行业是战略性新兴产业，我国的光伏产业经过近两年的快速发展，已形成较为完善的光伏产业制造体系。在当今纵观世界发展，盲目过度的资源开采和发展经济忽视环境保护导致资源紧张，引发能源危机。光伏能源作为新兴可再生能源，对环境友好，对调整能源合理分配、提高能源利用率，促进生态文明建设具有里程碑的价值和意义。我国光伏产业近几年进入平缓发展期，整个行业发展面临严峻的挑战，所以要通过自主研发创新，降低光能发电成本，努力扩大国内市场。创新体制机制、扩大消费市场，优化产业结构、降低发电成本，着力提升产业竞争力。

光伏组件组框机系统充分利用PLC的操作优越性，能够对机器正常工作时的实时数据进行监控，可以减少人为操作的失误，影响生产过程，还可以降低成本，PLC对于现场环境的抗干扰能力也很强，不仅能够减少现场因为环境问题而产生的生产过程的中断等突发情况，也可以根据客户的要求对机器进行不断的优化和改造。以往的组框机都是半自动的，由两个电机和人工进行太阳能光伏板的组装，效率较低，该系统通过伺服电机配合人工放框，避免员工手部造成创伤，实现企业生产过程自动化。随着自动化产业的不停发展，工控行业的革新，绝大多数的企业都优化企业产品发展模式，国家大力扶持新兴能源行业的发展，本课题研究的光伏组件组框机可以应用在光伏板的制造上，缩短光伏板生产时间，减少人工生产，降低生产成本，产能优化量满足市场需求。

1.2国内组框机的使用情况

在光伏产业发展中，自动化组框机的使用近几年才被普及。我们国家光照充沛，光能分布广泛，与水电、风能等相比，太阳能发电充分保护环境。太阳能配合蓄能可以满足中国未来能源的需求量。太阳能清洁、安全和可靠，使得每一个国家都把光伏产业作为新兴科技竞争的重要因素，并且把能源革命作为长期规划发展的项目，是一个具有发展前景的新兴行业。

我国的组框机经历了很长的一段时间，本课题所研究的光伏组件组框机类似给玻璃组件装框，增强外框的牢固性，保护密封电池组件，延长电池的使用时间。

1.3本课题的主要研究内容

课题主要的研究内容是光伏组件组框机系统，在研究该系统的过程中最主要的研究部分是伺服电机、触摸屏和组框机的组框工艺，通过人工放框，配合汽缸给光伏板装框，还有在光伏板生产过程中组框机对伺服电机精度的控制，组框机伺服电机控制组框机的旋转角度，以及气缸运转速度等等。通过参数的设定和技术人员对触摸屏的操作来对机器进行控制，完成生产过程。

 

结论

本课题研究的是基于PLC控制的光伏组件组框机控制系统，它是建立在有太阳能的可持续利用、企业需要降低人工成本等因素的基础上应运而生的。通过这次的课题设计，学到了很多东西，比如：

1、能够熟练掌握编程软件GX WORKES2的使用，能够编写出满足客户需求的软件程序，

2、通过禾川人机界面（HCTP）对客户要求开放的参数进行画面程序的编写，包括主画面，参数画面，手自动切换画面，输入输出点监控画面、机械异常画面等。

3、了解了光伏组件组框机的各个环节，包括硬件的选型等；

4、能够按照客户指定的要求绘制出光伏组件组框机的结构图，说明该系统图与电路控制的组成；

5、在论文中完成了对光伏组件组框机的介绍，画出了需要的结构图和流程图并加以描述，完成了主要的程序编写，使其能实现光伏组件组框机的功能。

现代光伏产业发展前景良好，国内不管是大型企业还是中小型企业都在朝着开发新能源的方向前进，光伏产业正属于当今的朝阳产业，各大行业都指望能够从中分得一杯羹，从而也导致近几年来许多企业盲目发展，不考虑技术革新与研发，最终导致企业的败落。所以在当今的工业发展，始终要把技术放在首要位置，学会自主创新，不单纯依赖国外技术引进，才能更好的发展现代化工业。本课题中的光伏组框机的设计较传统光伏组框生产的优势在于大大提高了对元器件的精确度控制，对于外框的要求非常高，使得产品质量优于市面上的版本。既提高了生产效率，又降低了人工成本，体现了自动化的优越性。

    在光伏组件组框机系统实际运用中，收集了很多工控行业伺服电机使用的实际情况，伺服电机可以提高机械准确率，弥补以往步进电机的定位不精确等缺点。在系统调试过程中，利用人机界面进行参数设置和按钮操控，来控制PLC指令，进而操作伺服电机的动作。在节省成本的同时又保证整个系统的运行。在编写程序的过程中，增加注释说明，方便机器调试。耐心对设备参数进行修改匹配并且长时间的运行系统来观察，保证系统的稳定性。

本设计仍然有很多不足的地方，比如在放框的过程中仍然采用人工放框，没有选用机械手放框，没有实现整个系统过程的完全自动化。所以可能导致效率会相对低了一点点。另外在程序的硬件选型，软件程序编程也遇到了一些问题，使得整个课题设计仍然不是很成熟。通过本次的毕业设计，让我的系统知识得到了很大的提高。

 

参考文献 

1.郭琼.PLC技术应用 机械工业出版社，2009

 2.周万珍.PLC分析与设计应用机械工业出版社，2004

 3.MELSEC .三菱FX系列编程手册株式会所，1981

 4.禾川科技..X3系列-伺服禾川科技，2015

 5.禾川科技.HCFA触摸屏 禾川科技，2013

 6.刘爽.PLC原理与应用技术北京电子工业出版社，2015

 7.禾川科技.TP13系列-触摸屏禾川科技，2013

 8.王庭有.可编程逻辑控制器原理及应用国防工业出版社，2005

 9.MELSEC三菱PLC指令说明书株式会所 ，2011

10.李明河.可编程逻辑控制器原理及应用合肥工业大学出版社，2010