自动层压机的PLC自动控制分析

摘 要：全自动层压机是一种太阳能光伏电池的生产封装设备，其控制系统直接影响太阳能电池产品的质量和使用寿命。我们对国内一些厂家生产的层压机加热系统的应用情况进行了调查，研究了提高加热均匀性、减少滞后性的措施，编制了一套自动层压机PLC控制系统设计方案。

关键词：自动层压机；PLC自动控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

新能源开发利用是21世纪左右经济发展的关键性技术。太阳能这种清洁高效的能源被人们逐渐重视起来，但是我国光伏产业近些年的发展却十分艰难。经济危机和全球组件价格跳水等对国内严重依赖国外市场的光伏产业产生了致命的打击。光伏产业是未来能源的主要力量，需要大量的太阳能电池板完成能量的转换，制造太阳能光伏产品除了需要优质的原材料，还需要高端的技术和生产设备。目前层压机是最常见的太阳能电池组件封装设备，用于把钢化玻璃和太阳能组件、背板等按照一定的顺序在高压下压制成为完成的整体。影响层压机工作质量的重要因素就是层压机的PLC自动控制技术，通过自动控制能够有效的提高光伏产品的生产速度。

一、层压机

太阳能组件层压机主要有半自动层压机和全自动层压机两种，主要区别在于能够在上料和卸料环节实现自动化。全自动层压机由于更加自动化，效率更高，目前发展比较快。比较常见的主要有双腔室层压机、三腔室层压机和多腔层压机等。生产实际中应用最广泛的主要是油加热管层压机，在加热油箱内加热导热油，推送至层压加热板，使用真空泵抽出层压机下室的气体，从这个层面看，太阳能组件层压机还可以称作真空热压机。

二、自动层压机PLC自动控制设计

（一）控制方案

层压机涉及到的参数主要有四个，分别是层压温度、抽气时间、充气时间、层压时间。在几个时间中，层压时间是最长的。从实际出发，生产过程通常设置温度在层压温度，也就是EVA的固化温度，这种方法比较简便但是开始阶段温度过高会导致EVA的熔化，给抽气带来了困难，容易产生气泡，影响太阳能电池质量，并且高温下EVA的交联难以控制，在实际控制中需要进行一些调整。

设计控制系统时首先需要考虑不同温度下EVA的固化曲线，选择最合适的固化温度，设定为层压温度。抽气需要掌握好时机和抽气的时间，在EVA处于固态或者流动性较好的时候开始抽气，并且抽气泵一定要有很高的抽吸效率，而加压不能过早，加压时间设定在交联度在某一范围内时比较适宜。

（二）PLC、设备选型方案

是PLC应用设计中最重要的部分。选择功能能够满足控制要求，并且运行可靠，维护方便性价比高的机型。在选择型号时尽量不要选择冷门机型，不能选择淘汰机型。对层压机工作过程和控制系统需要完成的功能进行分析后，可以确定PLC需要的输入、输出点数，开关量移动16个，主要是启动信号、停止信号、手动/自动选择等，不一一列举。选择PLC时尽量选择运算功能优异，能够有庞大程序和资料存储空间的PLC。

温度控制对组件产品质量非常重要，温度控制需要使用温度传感器实现温度监测。送卸料检测装置使用传送带和光电传感器协作，取代人工操作，并使用光敏二极管产生电信号作为控制上料、卸料的控制信号。选用真空传输泵作为自动控制的抽气泵，并选择几种真空泵形成真空抽气系统共同抽气，使之能够满足生产和科学研究要求，在不同的工作压力范围内选择不同的泵工作。

（三）控制算法

选择PID这种结构简单，调整方便的自动调节器。比例控制是一种简单的控制方式，输出和输入的误差信号成正比，系统出现误差时比例控制器就会发挥作用，减少误差，但是比例系数过大会造成震荡，影响稳定性。积分控制的输出输入误差也成正比，反映着误差信号的变化，对误差在时间上积分，即便误差很小，但是会产生很大的积分值。而微分控制对误差信号变化有着一定的预见性，能够在误差变的太大之前引入一个早期修正信号，产生了超前的控制作用。

层压机加热系统的特点在于大滞后、大惯性，层压过程开关等机械动作存在时变性，建立精确的数学模型是十分困难的。我们使用了PID复合控制算法，使系统能够更加快速、平稳、精确。在开机启动阶段进行模糊控制。系统偏差增大时就加大系统的控制力度，此时的控制主要是对主加热的控制，开机之前加热油、棒均在室温下，这时应该快速加热至工作温度，但是不能过热导致层压平台变形。温差较大时可以同时启动主加热系统和副加热系统，进行模糊控制。

接近层压温度之后，使用模糊自适应PID控制，短时间预热之后系统偏差已经很小，使用模糊自适应PID控制，保证温度不会发生大的波动。层压平台温度上升带最佳层压温度下，使用副加热器进行加热。

层压机加热系统中加热棒对导热油进行加热，使用热油泵把导热油送入层压平台下的加热管道中形成对流，提高了热传到速率。并能够获得尽量均匀的温度场。我们还考虑到了管路内热油向层压台加热板的传导热量和管路内热油的消耗热量相等，根据热量的计算公式，能够得到单位时间内热油从入口到出口的热量消耗，并由此得知，层平台温度恒定时导热油的导热量和导热油的流速成正比。在设计中，选择了大功率热油泵，提高导热油的流速，能够有效提高导热效率，获得均衡的热场，并能够提高能源的利用率。

（四）软件环境

主程序只有一个，每次扫描周期内处理器都要执行一次主程序。子程序和终端子程序需要写在最后一个FEND指令和END指令之间。在PLC编程软件WPLSoft上完成软件的编程和调试。子程序主要有加热系统子程序、自动层压子程序、手动层压子程序，系统使用PLC中的CJ指令转到相应子程序中执行。

三、结束语

介绍了层压机基本构成，分析了太阳能电池组件的封装工艺，对控制环节需要的设备进行了选型，采用了双管道蛇形导热油加热管道排列方式，使用了更大功率的导油泵，获得了更高的导热效率和更均衡的热场，并设置了主、副两套加热装置，提高了控制精度，在加热温度控制上采用了模糊控制和传统PID控制结合的方式，获得了更高的温度控制效果。

参考文献：

[1]张耀明.中国太阳能光伏发电产业的现状与前景[A].可再生能源规模化发展国际研讨会暨第三届泛长三角能源科技论坛论文集[C].南京，2012：235-237.

[2]戴滔.基于PLC的模糊-PID控制在梗丝流化床干燥控制系统中的应用研究[D].重庆大学，2011.