Trong một dây chuyền sản xuất pin mặt trời, phần khó không nằm ở khâu gia nhiệt hay in lưới mà ở khâu nạp và gỡ tế bào ra vào từng cụm máy. Tấm bán dẫn mỏng, giòn, và mỗi lần tay máy đặt lệch là một tấm hỏng. Bài viết mô tả kiến trúc điều khiển cho các tuyến băng tải trong xưởng, và thiết bị Advantech dùng ở từng vị trí.
Khâu nạp và gỡ tế bào quyết định tỷ lệ vỡ
Một tế bào quang điện dày dưới hai trăm micromét. Nó chịu được nhiệt và chịu được lực ép phân bố đều, nhưng không chịu được lực điểm ở mép. Mọi sự cố vỡ trong xưởng gần như đều xuất hiện tại nơi có chuyển động: đầu hút chân không, khay chuyển, cữ chặn, và chỗ nối giữa hai băng tải khác tốc độ.
Vì thế yêu cầu đặt lên hệ điều khiển không phải là tốc độ tuyệt đối mà là độ lặp lại của vị trí. Tay máy phải dừng đúng một chỗ ở lần thứ nhất và lần thứ mười nghìn. Sai lệch tích luỹ do trượt xung hoặc do trễ truyền thông đều dẫn tới cùng một kết quả trên sàn xưởng: một khay tấm bị loại.
Bốn ràng buộc của tuyến băng tải trong xưởng pin mặt trời
| Ràng buộc | Biểu hiện khi thiết kế sai | Hướng xử lý |
|---|---|---|
| Đồng bộ nhiều trục trong cùng một cụm | Trục nâng và trục chạy ngang lệch pha, tấm bị kéo lê trên khay | Gom các trục của một cụm về cùng một bộ điều khiển chuyển động, không chia sang hai bộ |
| Trễ truyền thông giữa các cụm | Cụm sau chưa sẵn sàng, cụm trước đã nhả tấm | Dùng bus trường có chu kỳ xác định thay cho tuyến mạng dùng chung với văn phòng |
| Không gian tủ hẹp cạnh cụm cơ khí | Không lắp được tủ điều khiển đầy đủ, phải kéo dây dài về tủ trung tâm | Chọn bộ điều khiển và mô-đun gắn thanh ray, đặt tủ nhỏ ngay tại cụm |
| Số điểm vào ra tăng dần theo từng đợt cải tiến | Hết điểm, phải thay cả tủ khi thêm một cảm biến | Chọn kiến trúc mô-đun, dự phòng khoảng hai mươi phần trăm số điểm |
Điều khiển phân tán thay cho tủ tập trung
Cách làm cũ đặt toàn bộ card chuyển động và card thu thập trong một khung máy công nghiệp, mọi dây từ sàn xưởng kéo về đó. Khi cần bảo trì một cụm, kỹ thuật phải dừng cả tuyến và mở khung máy chính.
Cách làm phân tán chia bài toán theo cụm cơ khí. Mỗi cụm có một nhóm mô-đun vào ra đặt ngay tại chỗ, nối về bộ điều khiển bằng một tuyến bus. Ba lợi ích thấy được ngay: chiều dài dây tín hiệu giảm mạnh nên nhiễu giảm theo, thời gian đấu lắp tại công trường ngắn hơn, và việc sửa một cụm không buộc phải mở tủ trung tâm.
Theo mô tả trong dự án gốc, hệ dùng bộ điều khiển nền máy tính APAX-5570XPE làm bộ điều khiển chính, mô-đun chủ bus APAX-5202P, mô-đun chuyển động bốn trục AMAX-2243 ghép với động cơ servo, và các mô-đun vào ra số cách ly ba mươi hai kênh AMAX-2752SY và AMAX-2754SY để gom đèn báo, công tắc và nút nhấn. Đây là các mã của thời điểm dự án; phần dưới là các mã đang bán tương ứng theo vai trò.
Thiết bị Advantech cho tuyến băng tải và trạm thao tác
| Vai trò trong hệ | Thiết bị đang bán | Đặc điểm đáng chú ý theo tài liệu hãng |
|---|---|---|
| Bộ điều khiển chính của một tuyến | APAX-5580 | Nền Intel Core i7/i3 hoặc Celeron tới 1,7 GHz, bộ nhớ 4 hoặc 8 GB; 2 cổng Gigabit, 1 cổng RS-232/422/485; đầu vào nguồn kép và hỗ trợ nguồn lưu điện; hỗ trợ bus trường qua công nghệ iDoor; gộp cổng LAN dự phòng |
| Gom tiếp điểm và điều khiển cơ cấu chấp hành tại cụm | ADAM-6060 | 6 ngõ vào số và 6 ngõ ra rơ le trên nền Ethernet; bộ đếm 32 bit tới 3 kHz; giao thức Modbus TCP, TCP/IP, UDP và HTTP; chức năng ngang hàng và logic điều khiển tại mô-đun |
| Trạm thao tác đặt trên khung máy | TPC-1551T | Màn hình 15 inch XGA, cảm ứng điện trở năm dây thao tác được khi đeo găng; mặt trước đạt IP66 với bản phẳng và IP65 với bản thường; dải nhiệt làm việc -20 đến 60 độ C; nền Intel Atom E3827 không quạt |
| Đọc tín hiệu tương tự của cụm gia nhiệt và cụm hút chân không | Mô-đun ADAM-6000 | Mô-đun Ethernet đọc mV, V và mA; đặt ngay trong tủ cụm và nối về bộ điều khiển bằng một sợi mạng |
Cách chọn giữa bộ điều khiển tích hợp và mô-đun rời có trong bài APAX-5000.
Ghép số liệu sản xuất lên hệ điều hành sản xuất
Một tuyến băng tải chạy tốt vẫn chưa đủ nếu xưởng không biết tuyến đó dừng bao nhiêu lần và vì lý do gì. Bộ điều khiển nền máy tính có lợi thế ở chỗ nó vừa chạy logic máy vừa giữ được bản ghi.
- Đếm theo cụm, không đếm theo tuyến. Sản lượng cuối tuyến chỉ nói tuyến chạy được bao nhiêu; số tấm loại bỏ theo từng cụm mới chỉ ra chỗ cần sửa.
- Ghi thời điểm bắt đầu và kết thúc mỗi lần dừng. Không ghi được nguyên nhân thì ít nhất ghi thời gian, sau đó ghép với nhật ký ca để suy ra.
- Lưu thông số công nghệ đang đặt. Khi tỷ lệ hỏng tăng, câu hỏi đầu tiên luôn là đã ai đổi thông số gì.
- Gửi theo lô, không gửi từng bản ghi. Hệ điều hành sản xuất không cần số liệu theo giây, gom theo phút là đủ và giảm tải mạng xưởng.
- Tách mạng máy khỏi mạng văn phòng. Tuyến điều khiển chạy chung với mạng dùng chung sẽ có lúc trễ bất thường mà không ai giải thích được.
Chọn thiết bị cho dây chuyền sản xuất pin mặt trời
Bốn thông tin cần thu thập trước khi lên cấu hình: số cụm cơ khí và số trục chuyển động của mỗi cụm, số điểm vào ra số và tương tự hiện có cộng phần dự phòng, chu kỳ điều khiển mà cơ khí đòi hỏi, và cách hệ điều hành sản xuất của nhà máy nhận số liệu. Có bốn con số đó thì việc chọn bộ điều khiển và số mô-đun trở thành phép cộng đơn giản.
Góc nhìn từ phía nhà máy điện mặt trời đã lắp xong nằm trong bài giám sát nhà máy điện mặt trời. Kiến thức nền về máy tính công nghiệp dùng trong dây chuyền có tại chuyên mục Advantech trên IPC247. Khi cần chọn máy tính đặt trong tủ cụm, dùng công cụ chọn máy theo nhu cầu để lọc theo số cổng, kiểu gắn thanh ray và dải nhiệt.
Câu hỏi thường gặp về dây chuyền sản xuất pin mặt trời
Vì sao khâu nạp và gỡ tế bào lại là nơi hay vỡ nhất?
Vì đó là chỗ tấm bán dẫn mỏng bị chạm vào nhiều nhất và chịu gia tốc lớn nhất. Sai lệch vị trí vài phần mười milimét giữa tay máy và khay đủ để tạo ứng suất cục bộ trên mép tấm. Các khâu còn lại chủ yếu là chờ và gia nhiệt nên rủi ro cơ học thấp hơn.
Điều khiển phân tán khác điều khiển tập trung ở điểm nào?
Điều khiển tập trung đặt toàn bộ card chuyển động và card thu thập trong một khung máy, mọi tín hiệu kéo về đó. Điều khiển phân tán đặt mô-đun vào ra ngay cạnh cụm cơ khí và chỉ kéo một tuyến bus về bộ điều khiển. Cách thứ hai giảm chiều dài dây, giảm nhiễu và cho phép sửa từng cụm mà không mở khung máy chính.
Bộ điều khiển nền máy tính có thay được PLC trong ứng dụng này không?
Thay được khi bài toán cần chạy đồng thời logic máy, giao diện vận hành và phần ghép số liệu lên hệ điều hành sản xuất. APAX-5580 chạy nền Intel Core, có hai cổng Gigabit, đầu vào nguồn kép và hỗ trợ bus trường qua mô-đun iDoor. Bài toán chỉ có logic đóng cắt thuần tuý thì PLC vẫn gọn hơn.
Đặt màn hình vận hành ở đâu trên tuyến băng tải?
Mỗi cụm cơ khí có thao tác tay nên có một điểm hiển thị riêng, thường là màn hình 12 hoặc 15 inch gắn trên khung máy. Máy tính màn hình cảm ứng không quạt như TPC-1551T phù hợp vì mặt trước đạt cấp bảo vệ chống bụi và nước, dùng cảm ứng điện trở nên thao tác được khi người vận hành đeo găng.
Số liệu nào cần đưa lên hệ điều hành sản xuất?
Bốn nhóm: sản lượng theo ca, thời gian dừng kèm mã nguyên nhân, số tấm loại bỏ theo từng cụm, và các thông số công nghệ đã đặt tại thời điểm chạy. Nhóm thứ ba là nhóm hay bị bỏ sót nhưng lại là nhóm cho biết cụm cơ khí nào đang gây tổn thất lớn nhất.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
