基恩士SR-750系列读码器在碲化镉薄膜发电玻璃生产线中的应用

占康有，周显华，陈 瑛，吴一民

(中国建材国际工程集团有限公司，上海 200063)

碲化镉薄膜发电玻璃，是在玻璃衬底上依次沉积5层半导体薄膜而形成的光伏器件，膜层总厚度为3 μm，相当于头发丝直径的1/100。碲化镉薄膜发电玻璃是一种具备复合功能，能给业主创造价值的绿色、节能、创能的能源型建筑材料。此材料发电能力强(比单晶硅发电率高3%～8%)、转换效率高(理论转化率33%)、温度系数低(受温度影响最小)、弱光发电性能好(阴天下雨都发电)、安装角度影响小(安装角度自由)、稳定性高(适应环境能力强)、热斑效应小(被树叶、灰尘遮挡仍可正常发电)，非常适合应用于分布式、集成化的绿色建筑。

邯郸中建材年产300 MW碲化镉薄膜发电玻璃生产线项目为河北省重点工程，该项目应用中国建材工程集团专有知识产权的专利技术和专有技术，是在充分总结第一条成都生产线的经验基础上，采用第二代改进型近空间升华生产工艺最新技术成果，在国内建设投产的第一条大面积高效薄膜发电玻璃生产线。伴随着传送带匀速运转，“机器人”自动操作，每55 s，一块长1.6 m、宽1.2 m的碲化镉发电玻璃组件就会下线、打包装箱。为确保系统的稳定性，物料信息可追溯性，每块玻璃受光面都会有一个专属ID，读码器通过读取识别基板ID，就能在MES系统端查询到这块玻璃的过站履历以及工艺配方参数。因此，识别ID系统的快捷性、稳定性尤为重要。生产线选取一款合适的读码器，可以提高读取正确率，提高产品良品率和产线运行速率，从而削减产线劳动力，为企业节省成本。

1 二维码、S7-1500控制器、SR750读码器介绍说明

1.1 二维码介绍

Data Matrix Code(二维条码)是矩阵型二维码，于1987年由美国国际资料公司发明并开发的矩阵二维码，在1996年注册为AIMI的ISS标准，在2000年注册为ISO/IEC标准，现已广泛用于商品的防伪、统筹标识。Data Matrix码的数据区域四周为L形框(称为“对准图案”)和点线(称为“时钟图案”)，如图1所示。读码器将捕获这些图案，通过图像处理算法技术确定代码的位置，因此，可从任何方向上读取 Data Matrix码。邯郸碲化镉薄膜发电玻璃项目利用激光打码设备，在玻璃的受光面右下角刻划出4 mm×4 mm的二维码,做为实际物料层的专属ID[1,2]。

1.2 西门子PLC S7-1500系列介绍

西门子PLC S7-1500系列是西门子PLC系列的创新产品，它在性价比、运行能力、通讯功能、扩展性能、响应速度、显示功能等方面，相比S7-300系列、S7-400系列都有了大幅提升，从而为用户在自动化控制系统的配置中提供了更加完美的解决方案。西门子S7-1500系列PLC为用户准备了多种CPU，包括紧凑型CPU，用户可以根据现场需求进行选择,以便组成更加合理的控制系统。SIMATIC S7-1500PLC提供有集成 PROFINET 端口、集成 Web 服务器、增强的性能以及大量集成功能，它可作为离散自动化技术领域中众多自动化应用的一种解决方案[3]。

1.3 SR-750系列读码器介绍

基恩士KEYENCE SR-750系列工业级高速二维条码数据扫描器，搭载了最新算法，可从多达25万种的修正模式中自动选择最佳设置，实现了同级超高的读取能力，并同级首创了预防性维修功能。可对不易稳定读取的工件上直接印刷的条码进行稳定读取,继承了SR系列优良的操作性，具有优秀的读取能力，任何人都可轻松使用。软件仅需3个步骤便可自动调整至最佳设置。可根据规格判定激光打码质量，等级判定结果可输出信号，因此可轻松把握激光打码工序的操作维护时期。除了数据传输，本系列产品还可实时传输捕获的图像，并可快速查看读取状态或读取错误图像。另外，可构建多厂商网络环境，更易与其他设备进行连接，即使是难以读取的条码，也可通过修正拍摄及处理,实现同级超高的读取能力。产品选购时，官方有配套的固定座安装支架，安装使用起来方便、快捷。

2 应用系统配置说明

2.1 系统电气元器件

系统电气元器件包括西门子S7-1500系列PLC、基恩士 SR-750系列读码器、Ethernet cable OP-87359、Control cable OP-87224、Siemens 网络交换机、明纬(MW)24V稳压电源。

整个读码器电气配置系统如图2所示。其中S7-1500控制器通过PROFINET通讯，与每个SR-750读码器通讯，进行数据传输。

2.2 SR-750 软件设定

基恩士SR-750系列的读码器用户体验感很强，人机操作简单。具体设置流程如下:1)设置读码器IP:点击IP设置按钮，设置读码器的IP地址和子网掩码；2)读码器参数自动设置，见图3。

2.3 西门子博途软件组态

TIA博途软件是一个系统，里面包含有多种软件，可以满足用户在不同自动化控制系统中的各种需求。新款软件功能非常强大，将很多功能集成在一起，编程设计人员可以进行更加方便快捷的项目开发。此系统具体操作流程如下：1)新建博途项目，将S7-1511-1PN 型号控制器移入系统组态中，并设置好系统网络的IP,确保控制系统和读码器网络在同一个网段；2)导入SR-750GSD文件：在基恩士官网搜索“GSDML-01FD-SR-750”，打包下载，并在博途软件中添加文件。3)安装完GSD文件后，将SR-750的硬件选入组态网路中，S7-1500和SR-750通过PROFINET网络连接，最终的设备网络架构如图4所示[4]。

2.4 软件编程逻辑

通过查看SR-750设备的使用手册，PROFINET通讯I区(Reader data)共169个字节，Q区(User data)共134个字节，根据具体的时序图，进行控制器逻辑编程。

控制器通过脉冲发送，读码器执行读码操作，快速响应后将读取状态和结果发送给控制器。控制器在读取程序中，使用博途软件自带的扩展指令 Chars_TO Strg，将读取出来的字符转换为字符串，后续对基板数据处理程序使用字符串指令进行数据整理[5,6]。与此同时，每次扫码过程中，控制器可以通过计数成功“Completion Status Bits”和失败“Error Status Bits”的反馈数值，计算出读码器的读取数量和读取成功率，最终显示在传输线里所在区域的HMI界面上，以便于生产管理人员诊断各个读码器的稳定性。

3 结 论

按照工业4.0标准设计建成的邯郸中建材碲化镉薄膜发电玻璃生产线项目，自动化程度高，全线共有64个读码器，数量较多，稳定性要求极高。基恩士公司开发的设定软件AutoID Network Navigator，软件系统设置方便快捷，人机交互方式良好。编程时，与博途软件兼容性好，通过PROFINET与S7-1500控制器连线稳定、快捷。目前读码器都已开启运行，读取率可以达到99%以上。使用较高读取率的读码器，将会大大提高产线的生产效率，提高工厂自动化、数字化水平，进而助推企业高效高质量发展。