一种丝网印刷间距调整系统的设计

邓 斌，万喜新，郭 立，佘鹏程

(中国电子科技集团公司第四十八研究所，湖南长沙 410111)

太阳能电池丝网印刷机是利用丝网漏印原理将金属浆料按一定电极图形印刷到太阳能电池片上的设备。丝网印刷技术是低成本太阳能电池产业化生产的关键技术。目前，大规模晶硅太阳能电池片生产线要求丝网印刷机不断提高生产能力和印刷质量。以往国产的丝网印刷设备不能在线实时调整丝网印刷间距，只能在停机后通过手动机械调整来实现。这样，不但降低了丝网印刷间距的调整精度，而且还会影响到晶硅电池的生产，限制了生产能力。因此，迫切需要设计一种在线实时调整丝网印刷间距的系统，提高调整精度，实现丝网印刷间距的快速在线调整，并应用于新一代全自动丝网印刷机。

1 丝网印刷间距调整系统设计原理

在丝网印刷机自动运行过程中，通过限位传感器限定间距调整范围，由可编程控制器（以下简称PLC）程序控制间距调整电机运转带动丝网平行移动，通过浪涌吸收器消除间距调整过程中由于电机起停而造成的浪涌电压冲击，以此达到精确调整丝网印刷间距的目的。

2 丝网印刷间距调整系统的构成

丝网印刷间距是指放置太阳能电池片的印刷台板和丝网之间的距离，它与印刷压力协调作用，直接影响印刷品质和碎片率，是太阳能电池片电极丝网印刷的重要工艺参数之一。

整个系统的结构如图1所示，主要由印刷台板、丝网、印框、印框支架、印刷头支架、凸轮轴、凸轮、同步带、带轮、间距调整电机及感应片、传感器、百分表等零部件组成。间距调整电机、凸轮轴、百分表和印框支架均安装于印刷头支架上，丝网固定在印框上，印框和印刷台板平行安装，整个印框支架悬挂在位于印框支架四角的四个同方向凸轮上，上、下限位传感器分别安装于印框支架的运动轨迹的上、下两个端点处。

间距调整电机的输出轴通过同步带传动与两根凸轮轴相连，再通过凸轮轴带动凸轮同步旋转。如图1所示为丝网印刷间距上限位置，当凸轮顺时针方向旋转时，凸轮转动中心到印框底面丝网的距离增大，从而带动丝网下降，减小了丝网印刷间距；当到达丝网印刷间距下限位置后，凸轮逆时针方向旋转时，凸轮转动中心到印框底面丝网的距离减小，从而带动丝网上升，增大了丝网印刷间距。凸轮偏心距离为2.5mm，则丝网印刷间距的调整范围0～5mm。

丝网印刷间距调整系统电气构成如图2所示，包括间距调整电机、固态继电器、浪涌吸收器、终端继电器、交流电源等。与固态继电器接通的直流电源的电压为24V，与间距调整电机接通的交流电源的电压为110V。图3为系统PLC连接示意图。其中上、下限位传感器的开关量输出端与PLC输入模块连接，按钮开关接在PLC工作电源与PLC输入模块之间，PLC输出模块与固态继电器的线圈相连，PLC输出模块根据输入到PLC输入模块的开关量信号而输出控制信号来控制固态继电器的直流工作电源，固态继电器的触点接入间距调整电机的工作电源回路上，通过PLC程序控制间距调整电机的运转来调整丝网印刷间距，在上、下限位置之间具体的间距值由百分表直接读取。由上、下限位传感器限定丝网印刷间距的调整范围。

图1 丝网印刷间距调整系统结构示意图

图2 丝网印刷间距调整系统电气构成示意图

浪涌吸收器与固态继电器并联相接后串联接至间距调整电机，用来吸收固态继电器高频通断时产生的浪涌电压。终端继电器与PLC输出模块相连，其触点接入间距调整电机的工作电源回路。PLC程序利用间隙刹车信号来控制间距调整电机刹车装置，消除传动结构的惯性影响。

图3 丝网印刷间距调整系统PLC连接示意图

当丝网印刷间距为下限时，PLC程序控制仅上升按钮开关能起作用，继而只可以上调丝网印刷间距；反之，当丝网印刷间距为上限时，PLC程序控制仅下降按钮开关能起作用，继而只可以下调丝网印刷间距；当丝网印刷间距处于间距下限和上限之间，则既可上调也可上调丝网印刷间距。

3 系统PLC程序设计

丝网印刷间距调整系统PLC程序图见图4。在图 1，2，3和 4中“间隙”、“间隔”均是指丝网印刷间距。图4中输出R2108、R2109、R2110分别控制电气构成示意图2中的固态继电器和终端继电器的接通。当需要调整丝网印刷间距时，按动相应按钮开关，产生开关量信号输入到PLC输入模块，PLC以扫描方式读入信号，经过PLC程序控制由PLC输出模块输出开关量控制接通固态继电器24V直流电源，则固态继电器的触点接通，从而控制接通间距调整电机110V交流电源，再通过间距调整电机带动凸轮转动，从而调整丝网印刷间距上升或下降。当感应片触发上限或下限位传感器时，上、下限位传感器输出限位开关量信号到PLC输入模块，PLC程序控制输出模块停止输出，从而限定了丝网间距的调整范围。

间距上调信号（R1006）和下调信号（R1006）即按钮开关每输入一次信号，R2108就在一个程序扫描周期T内有输出，从而控制间距调整电机在一个程序扫描周期内输出，辅之以间隙刹车信号来控制间距调整电机附带的刹车装置，可实现点动调整电机，从而达到精确调整间距的目的（精度0.01mm）。

间距调整有连续信号输入时，固态继电器会以频率f＝1/2T通断电路，而负载间距调整电机可视为感性负载，在固态继电器关断时会产生浪涌电压U＝L2·d I/d t，其中L2为间距调整电机正转时的等效电感，I为流过电机的电流，此时图2中由电阻和电容组成的浪涌吸收器与L2组成回路，可抑制电压的突变，对固态继电器和间距调整电机起到保护作用。

当丝网印刷间距为下限时，则下限传感器有输出信号，即图4中常闭状态的R1014断开，同时间距调整刹车信号R2110也不会导通，所以此时触动间隙下调按钮开关，即接通R1007，间隙下调线圈R2109也不会有输出信号，操作不起作用；而上限传感器无输出信号，即R1013没有导通，此时触动间隙上调按钮开关，即接通R1006，而R1007和R1013处于常闭状态，经过延时后间隔调整刹车线圈R2110接通，即开关R2110接通，开关R2108和R2109处于常闭状态，所以间隔上调线圈R2108有输出，从而可驱动间距调整电机上调丝网印刷间距。当丝网印刷间距为上限时，以及为下限至上限之间时，程序控制与上述情况相类似，在此不详述。

图4 丝网印刷间距调整系统PLC程序图

4 结 论

丝网印刷间距调整系统成功应用在太阳能电池丝网印刷机中，有益效果是：能够利用恒定转速的间距调整电机并通过浪涌吸收和PLC程序设计，抑制电压的突变，消除浪涌电压冲击，实现在线自动精确调整丝网印刷间距，间距在1～5mm范围内可调，调整精度达0.01mm，进而便于完善印刷工艺，有效提高了生产效率和印刷品质，降低设备成本，利于国产丝网印刷机的推广应用。

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[1]基恩士.CPU单元用户手册，指令参考手册[Z].

[2]罗宏洋，汤辉，龙娟.强流氧离子注入机装卸片控制系统[J].电子工业专用设备，2009（9）：38-40.