太阳能槽式发电真空集热管移载系统设计

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。