机电一体化使太阳能的利用广泛化

发布时间：2009-04-10 作者：Bob Fung

　　面对挑战
　　当美国政府衡量如何低对国外石油能源依赖性这个决定时，无可厚非的赢家是：太阳能。
　　最近十年是太阳能飞速发展的时期。在2006 年，太阳能工业在资本市场已经超过了44 亿美金，华尔街相信这预示着科技将会在国家能源应用中扮演关键角色。当2007 年靠近的时候，根据太阳能工业协会称，太阳能电子市场将会走上发展的道路，相比2006 年增长60%。

　　另外，如果国会批准一项可延期80年的30% 太阳能商业投资税提案，同时对家庭太阳能设备免征税款，太阳能专家们称，那样太阳能的增长率将会继续膨胀，制造成千上万个就业机会。
　　对阳光的展望给各个公司摆出了一个巨大的挑战，那就是制造光电晶圆还是太阳能系统的一个缺口。位于美国加利佛尼亚州费里蒙特市Owens 设计公司(ODI)是一家有25 年自动化系统开发经验的工程公司。他们为半导体行业和数据存储工业的设备公司提供服务，最近刚刚接触到太阳能制造公司的启动项目。太阳能公司用手动工具成功演示了他们的光电工艺，但是毫无疑问的，他们需要自动化设备来满足上升的工业需求。
　　ODI 公司在这个项目中面临了许多棘手的问题。ODI的用户所采用的PV 工艺精确的分离了易碎的PV 电池，并将它们分类，然后放置在分类箱里等待下次操作。还需要对机器安装视频设备，监控输入和输出阶段的表面以及空间缺陷，并提供定位反馈给机器人。工具的复杂度以及压缩开发时间也需要控制系统、电子设计、电缆以及软件开发尝试新的方法。
　　对于系统控制来说，ODI 公司的解决案包含了带Windows XP 系统的PC 和三菱PLC。PC 提供了用户界面(GUI)，这是一种可以和视频系统以及系统PLC沟通的界面。PLC 提供了实时运动控制以及序列操作功能。在第S16 页上的图1 显示了这些控制器的模块图表，以及其他系统关键部件。
　　ODI 公司选择三菱Q 系列PLC 作为控制平台，是因为它的处理速度快、体积小、软件功能强大。这种PLC 的主处理器是三菱Q06HCPU 芯片，这种芯片可以处理所有机器I/O 梯形逻辑编程。另外，运动控制处理器三菱Q173HCPU 处理系统30 伺服轴，可以采用流程图编程的方法。
　　Q 系列PLC 允许操作者将模块编程许多独立的程序。这种分散技术可以同时让许多工程师同时使用PLC 软件。另外，ODI 可以对模块程序进行重复，对自动化工具的多处理模块进行支持。甚至CPU 可以允许多个用户同时登录，因此纠错或者排故障的任务不再依靠单独的操作者。
　　节省时间和金钱
　　通过一个环形光纤电缆(SSC-NETIII)连接到30MR-J3 伺服放大器上的具备高性能以及可靠性，同时无需再利用复杂的电线。家庭和条件有限传感器是直接和MR-J3 放大器连接在一起，降低I/O 的要求，同时更加节省时间和金钱。

　　“这种简单连接的办法极大的降低了电线和系统排除故障的时间。”ODI 公司高级电子工程师Stephen Chu 说道。“我们通过消除电子噪音来节省时间和提高可靠性。去除传统伺服系统的噪声困扰。”
　　运动控制CPU 提供了流程图程序帮助简化运动控制的编码。所有伺服放大器参数从运动CPU 传输出来，无需从电脑单独下载下来。“运动控制CPU 非常容易设置，在多模块系统上可以保证进行快速的软件重复计算。”软件工程师主管Mike Ruble 说道。“电机的自动调整功能也运转良好。”
　　

　　系统包含了同时操作的多工艺模块。为了节省时间和成本，原型系统(硬件和软件)只包含了一个处理模块。这些控制和摄像头设备确保一旦处理模块完成以后，可以进行快速复制。

　　不可或缺的视频设备
　　机器的视频设备是系统成功与否的关键。五个智能摄像头对产品的两阶段进行了监控和定位：系统的输入和处理模块的输出。输入阶段的单独摄像头可以对PV 晶圆表面以及立体缺陷进行监测，并完成对零件的定位。这些数据被传送到PC 上，然后到PLC。四个处理模块输出点的摄像头同PLC 通过以太网直接连接在一起，同时指出处理零件的通过或不通过状态。三菱提供的以太网将PC 和PLC 连接在一起。
　　ODI 公司从性能、系统成本以及编程简易程度来选择 Matrox 电子系统公司的虹膜P 系列摄像头。这种智能摄像头在Windows CE.NET 系统下运作。摄像头的应用代码存在PC 上，并通过以太网下载给虹膜设备。模块的结构确保ODI 能够在全部四个处理模块上采用一样的摄像头软件。为了使软件开发的时间最小化，处理模块工具采用的是相同的摄像头和软件。所有的图像都是由摄像头拍摄完成，无需用PC 进
　　行高速传输和处理。
　　有用的设计工具
　　在开发整体PV 自动系统时，ODI 的工程师们依靠Autodesk Inventor 做3-D模型设计。为了加速设计过程，系统按功能被分为几个分系统，这样可以让几个工程师同时用该系统工作。岁顶级组装进行定期的更新，就可以让工程师们对每个分系统进行修改。工程师们发现3-D 建模对修改许多自定义机械设备和分系统配合修改起到巨大作用，同时也可以使错误最小化，避免重复劳动。Inventor 软件还提供了对复杂运动进行动画显现的功能，更有效的帮助用户进行沟通和做出决定。
　　对于电子设计来说，工程师采用AutoCAD 电子软件，也缩短了时间、减少出错率。这种CAD 工具对于这样类型大小的自动化重复任务尤其有用。该系统有67 页图表。系统的I/O 任务存入Excel 表格被划分到AutoCAD EE 软件当中。AutoCAD EE 软件自动生成了图标，并将地址和描述文档插入其中。这种软件还可以自动生成报告，例如材料账单、进出电缆清单等。
　　最后，ODI 公司成功的开发了自动PV 处理工具，可以同时采用几种处理模块，在一个小时内生产5,000 多个零件。这个系统内含有30 个伺服电机，15 个dc 电机，22 个气动阀，5 个智能摄像头以及超过200 个I/O。
　　IDO 公司同客户合作在18 周内完成了工作。原型工具达到了客户所期望的生产循环时间和良率。更高兴的是，客户预留了下一个阶段的资金并签署了长期供应合同。ODI 公司后来修改了工艺，制造出了下一代工具。帮助客户实现大批量的太阳能零部件生产需求。