太阳能槽式发电真空集热管移载系统设计

2016-07-09 06:30张世超刘建生朱富良
制造业自动化 2016年5期

张世超,刘建生,朱富良,姜 川,杨 建

(1.北京机械工业自动化研究所,北京 100120;2.北京利玛环太科技有限公司,北京 100120)



太阳能槽式发电真空集热管移载系统设计

张世超1,刘建生2,朱富良2,姜 川1,杨 建2

(1.北京机械工业自动化研究所,北京 100120;2.北京利玛环太科技有限公司,北京 100120)

摘 要:本系统是为太阳能槽式发电真空集热管自动排气线设计的,每次可以从车间物流小车上抓取8支集热管,通过水平和垂直方向的运动,自动移载到相应的排气台,并同时自动完成排气台烘箱盖的自动移载。系统主要由PLC、伺服控制器、伺服电机、低压电器等元件组成,实现对集热管、烘箱盖抓取和移载的手动/自动控制和保护。

关键词:太阳能槽式发电;真空集热管;移载;伺服控制器;PLC

0 引言

传统的太阳能真空集热管一般用于太阳能热水器,其体积比较小,质量都比较轻,人工即可装卸。而本课题所生产的太阳能真空集热管用于太阳能槽式发电站,玻璃外管直径为125mm,长度为4022mm,单管质量在30kg~35kg,靠传统的人工移载几乎是不可能的,而且很容易导致集热管损坏,本系统设计的目的就是提高工作效率和安全性。

1 系统概述

1.1机械结构及移载原理

移载机构主要由集热管移载机、烘箱盖移载机和导轨及框架组成,实现烘箱盖的的顺序入位和集热管的运输移载功能。两台移载机各成一体,独立动作,两套移载机共用一套导轨及框架机构。水平移动主要通过移载机上的电机驱动齿轮,齿轮咬合导轨上的齿条实现水平位移;移载机的升降动作主要通过电机驱动蜗杆升降机机实现。移载机由车体、吊架、抓取机构及动力机构组成,因集热管移载机和烘箱移载机移载的工件重量、功能、精度不同,在抓取机构的设计上和刚性结构设计上有所区别。移载机机械框图如图1(非完整框图)所示。

集热管移载机的移载控制过程为:零点位置(物料车上方)下降(垂直移载)→抓取待排气集热管→上升(垂直移载)→水平移载至“要管”排气工位→下降(垂直移载)→中停,调整尾管和电封炉的位置→下降(垂直移载)→集热管尾管进气囊,到位→抓取总成松开→上升(垂直移载)→水平移载至零点位置。

烘箱盖车的移载机的控制功能与集热管移载机的控制功能类似,实现烘箱盖的顺序入位,即按照人工发出的配对指令“取盖”—“要盖”,移载机将自动移至“取盖”排气工位上方,将该排气工位上的烘箱盖移载至指定的“要盖”排气工位的烘箱台面上。整个自动的移载过程主要动作为:水平移载至“取盖”排气工位→下降(垂直移载)→抓取烘箱盖→上升(垂直移载)→水平移载至“要盖”排气工位→下降(垂直移载)→烘箱盖到位,气缸松开→上升(垂直移载)→回到零点位置。

图1 移载机机械框图

1.2系统控制结构

太阳能槽式发电真空集热管移载机控制系统由HMI、PLC、交换机、西门子伺服控制器、伺服驱动器和伺服电机组成;其系统组织框图如图2所示。

图2 移载机控制系统组织框图

1.3伺服模块配置

伺服模块配置用西门子专门的stater软件。该软件用于西门子部分传动装置的现场调试,能够实现在线监控,修改装置参数,故障检测和复位,以及跟踪记录等强大功能。该项目中伺服结构配置如图3所示。

图3 伺服结构配置

下面对图3中各个部分进行介绍:

Communication:对系统通讯参数进行设置。PC机与DriveUnit之间通讯方式选择以太网;Cu、BLM、CoverMover、Cover Lift、Tube Move、Tube Lift模块通讯报文设置如图4所示。

图4 模块报文设置

Cu:对应于图2中的伺服控制器,作用是向四个电机驱动器发出控制信号。BLM:电源块,为图2中的四个电机驱动模块供电。Cover Move:对应于图2中的烘箱盖行走电机驱动器,控制烘箱盖移载机水平方向上的运动。

Cover Lift:对应于图2中的烘箱盖升降电机驱动器,控制烘箱盖移载机垂直方向上的运动。

Tube Move:对应于图2中的集热管行走电机驱动器,控制集热管移载机水平方向的运动。

Tube Lift:对应于图2中的集热管升降电机驱动器,控制集热管移载机垂直方向的运动。

1.4移载系统程序的实现

系统采用模块化设计:

1)伺服电机的控制功能封装为一个功能块FB1,减少了程序的复杂性,提升了易读性和可维护性,为4个伺服电机生成4个实例(背景DB块)。

2)集热管运动控制(行走和升降)逻辑集成在一个子程序中,根据控制功能去驱动相应的电机实现手动/自动工作方式下速度、位置的控制。

移载系统程序框架如5所示。

图5 移载系统程序框架

2 结束语

本系统成功解决了大型真空集热管的移载运输问题,已经成功运用到某太阳能槽式发电真空集热管生产企业,提高了企业的生产效率和产品的安全性。

参考文献:

[1] 西门子.S120的基本定位功能[z].

[2] 西门子.SIMATIC S7 S7-1200.可编程控制器系统手册[z].

检测与监控

The design of vacuum tube transfer system for concentrating solar power

ZHANG Shi-chao1, LIU Jian-sheng2, ZHU Fu-liang2, JIANG Chuan1, YANG Jian2

中图分类号:TP23

文献标识码:B

文章编号:1009-0134(2016)05-0014-02

收稿日期:2016-01-28

作者简介:张世超(1989 -),男,河南人,硕士研究生,研究方向为工业自动化。