太阳能电池板边框及接线盒机器人涂胶工作站可行性报告.docx
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太阳能电池板边框及接线盒机器人涂胶工作站可行性报告.docx
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太阳能电池板边框及接线盒机器人涂胶工作站可行性报告
太阳能电池板边框及接线盒机器人涂胶工作站
可行性报告
一、目的和意义:
1、大大降低生产成本;
2、提供统一的胶型、精确的涂胶位置,大大提高涂胶质量;
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
3、可以减轻人力及人员配置,并便于有节奏的生产;
4、以提高生产过程中的自动化程度;
5、以改善劳动条件,避免人身事故。
二、设计依据
1.工件:
光伏电池板合金边框及接线盒。
2.供胶系统:
冷胶供胶机。
3.涂胶动作形式:
工件静止,机器人夹持胶枪涂胶。
4.最大电池板组件尺寸:
2000*1000mm。
Ⅰ系列:
1580×50808×50
Ⅱ系列:
1957×50992×50
Ⅲ系列:
1650×50992×50
接线盒:
两种(008,009)
5.胶的类型:
单组分常温硅胶,边框和接线盒涂胶均用同一种胶。
三、方案设计说明
本方案在光伏电池板合金边框涂胶和接线盒涂胶工位布置一台ABBIRB1600机器人,均采用诺信RHINO泵供胶,机器人两侧布置双固定工作台,人工上件定位,人工取下工件。
本方案选用胶桶标称55加仑,机器人夹持CP型自动喷枪涂胶,比手动涂胶节省用胶成本30%以上,工作节拍为45秒(一组4根边框和三个接线盒)。
上述方案基于以下考虑:
1、机器人夹持胶枪自动涂胶,人工取放定位工件。
2、工作节拍基于机器人/胶机工作能力和自动涂胶效果速度均衡的经验值,也受限于人工上件定位取件的安全时间。
3、胶桶的选择:
自动涂胶对比人工涂胶,除了涂胶质量等技术管理的优势外,大幅度地节省用胶量是非常重要的经济优势。
省胶主要是由于自动涂胶选用大容量的胶桶稳定的出胶量替代了手工330ml管装胶在价格上和残留胶造成的浪费。
通过对太阳能电池板边框涂胶每日用胶量的计算,选用55加仑(或5加仑)的胶桶是最经济的选择。
4、胶枪的选择:
边框涂胶中由于枪嘴要伸入到边框沟槽中涂胶造成磨损,CP枪可外接自制的胶嘴,长期使用更换更经济。
5、为了确保操作人员在生产过程的安全,在两个固定工作台的上料侧两端设有光电检测装置,用于检测工作区内是否有人员,当机器人要对工作台上的工件进行涂胶作业或涂胶过程中,系统会实时检测该工作台对应的安全检测装置的状态,当检测到有人员停留在上料区时,机器人会自动触发急停动作,以避免发生安全事故;为了确保上件结束后操作人员及时退出上件区,操作盒安排在上件区外。
6、固定式工作台位于每台机器人两侧,每个工作台旁设置操作盒,操作人员在准备灯亮(即机器人在此工作台上的动作结束安全时)方可进行取放件工作,放置工件并定位好后按下相应按钮通知系统上件结束,机器人方可对此工作台上工件进行涂胶动作。
四、系统构成
1)ABBIRB1600型机器人(含机器人本体、机器人控制柜)
2)诺信55加仑Rhino泵供胶系统及CP胶枪
3)胶管平衡机构
4)工作站总控制柜
5)涂胶工作台
6)工装卡具
五、主要设备技术说明
1、ABBIRB1600型机器人
Description
描述
Unit
单位
IRB1600industrialrobot
IRB1600工业机器人
∙IRB1600Manipulator,reach1400mm,payload8kg
IRB1600机器人本体,臂展1400毫米,有效负载8kg
1sets
∙IRC5+controller
IRC5+控制器
1sets
∙Teachpendantwith10mcable,withChineseinterface
示教盘附带10米电缆,带中文界面
1sets
∙Cablebetweenmanipulatorandcontroller,length7m
机器人与控制柜间电缆,长7米
1sets
∙Digital24V16In/16OutBoard
24V16进/16出数字式输入、输出信号板
1sets
∙BaseWareOS5.0
机器人控制软件,5.0版操作系统
1sets
∙256MFlashMemory
256M闪存
1sets
∙USBPort
USB端口
1sets
DocumentationonCD技术资料(CD)
∙Productmanual产品手册
∙User’sguideincl.Programmingmanual,Basicoperation用户操作手册
∙RAPIDReferencemanual编程语言手册
1set
型号:
IRB1600;
手腕持重:
8kg;
最大臂展半径:
1.4m;
轴数:
6;
防护等级:
IP54/IP55(Foundry)/IP67(FoundryPlus);
安装方式:
地面安装/垂直安装/倒挂安装;
性能指标:
位置重复精度:
0.07mm;
轴
动作范围
最大速度
1回转
360
150/s
2立臂
200
150/s
3横臂
125
150/s
4腕
400
360/s
5腕摆
240
360/s
6腕传
800
450/s
电气连接
电源:
3相380V,50Hz;
额定功率:
4KVA/7.8KVA(带外轴);
物理参数
本体总高:
1731mm;
底座尺寸:
723mm
600mm;
重量:
380kg;
环境参数
环境温度:
5C-45C;
相对湿度:
95%;
噪声等级:
<70dB;
负载图表
工作范围
IRC5控制柜
控制硬件:
多处理器系统
PCI总线
奔腾CPU
大容量闪存(256M)
20sUPS备份电源;
控制软件:
BaseWare5.0机器人操作系统
强大的RAPID编程语言
PC-DOS文本格式
软件出厂预装,并存于光碟;
电气连接:
电源:
3相400V(+10%,-15%),50Hz;
额定功率:
7.8KVA;
输入输出:
数字式直流24V,16进/16出,输入输出板;
安全性:
紧急停止,自动模式停止,测试模式停止等;
物理参数:
尺寸:
970mm×725mm×710mm;
重量:
150kg;
环境参数:
环境温度:
0C-45C;
相对湿度:
95%;
防护等级:
IP54 ;
操作界面:
控制面板:
控制柜上
编程单元:
便携式示教盒,具备操纵杆和键盘
彩色触摸式显示
具中、英文菜单选项
2、供胶系统及胶枪
2.1一套用于粘接应用的单支喷枪的太阳能组件边框涂胶(单组份硅胶类)系统包含:
♦55加仑/5加仑桶装胶机调节系统压力。
♦粘接应用采用CP型自动喷枪完成。
♦包含所有的接头和控制电缆
诺信RHINO泵
♦诺信Rhino桶装胶机专为高粘度常温型胶和密封胶而设计,用于密封和其他多种大流量涂胶应用。
♦特殊设计用于满足工厂苛刻的要求,耐用的部件和简易的维护提供最大的操作时间。
♦泵体内部没有密封件,易于维护。
♦出厂已调整的阀杆组件,确保适当的密封和易于更换。
♦巨大的内部通道减少流体阻力,增加泵的工作效率和减少有此产生的剪切热量。
♦少量的内部部件提供简易化维修,采用标准工具就能将泵分解。
♦如果过程或材料发生变化,模快化生产线提供了柔性化生产,空气马达、泵和压盘可互换。
♦工厂化组装便于快速安装,所有的空气调节组件包括过滤器、调节阀等已是标准部件。
♦机械的空气阀提供空气马达的快速切换。
诺信涂胶系统简述
特点与优点
特别为制造环境要求所设计。
双柱设计方便维护,提供最大的运行时间
密封套件在工厂内调节,确保正确地密封及更换简便
内部通道宽敞畅通,使材料流动阻碍降到最低,以此提高泵的效率。
防止剪切生热对胶料性能的影响。
内部部件很少维修方便。
输胶泵仅通过使用常规的扳手和螺丝刀即可进行拆卸
如果工艺及材料变化,模块化产品线设计提高灵活性。
气马达、泵和压盘可以互换。
工厂装配,快速安装。
所有气动管理元件;包括过滤器、减压阀及润滑均是标准配置。
到场及可准备操作。
机械气阀用以保证气马达的快速换向操作。
可选的自动换向系统保证不间断生产。
未使用ScoreGuard®技术,使用250,000次后使用ScoreGuard®技术,使用1,000,000次后
可控压力枪(CP)
诺信CP枪是专为机器人汽车涂胶应用所设计。
涂胶枪的设计简单和操作方便使之成为需要精确控制的涂胶应用的理想选择。
CP枪紧由密调压阀与可靠的诺信Auto-Flo™开/关涂胶模块组成,非常灵活地将粘合剂或密封剂涂布、喷射或螺旋喷涂。
紧凑设计重量轻使CP枪可以安装于大多数商用机器人的上。
应用可靠使用简单
CP枪可以根据机器人的速度按比例调整出胶的流量。
胶枪根据机器人控制器输出的信号做出反应,信号按机器人移动速度比例输出。
CP枪紧密调压阀通过气压比例阀控制,作用于顶部的气动活塞完成动作。
比例阀由机器人输出的模拟量所控制,当机器人加速时提高胶流量,以及机器人在编程路径上减速时减少胶的流量。
气压比例阀的压力取决于调压阀的比例,决定了胶材料输入Auto-Flo开/关枪的压力。
精确的流量控制提供更佳的胶型及更快的循环时间。
胶材料进入调压阀并通过控制阀,即调压阀腔的底部。
在涂胶过程内,控制阀平衡气体及液体的压力,确保可控的输出压力,自动排除压力抖动及突波。
AUTO-FLO™涂胶模块
诺信Auto-Flo™涂胶模块是一种特别为高压、高流量涂胶应用需要设计的开/关自动涂胶枪。
可以理想地应用于冷热高粘度粘合剂及密封剂的涂胶包括RTV硅胶、环氧胶、可焊密封胶、聚氨酯胶及可焊/可拉伸密封胶。
高性能涂胶模块提供统一的胶型、精确的涂胶位置、流量控制以及精确胶材料关断。
Auto-Flo™涂胶模块可以用于最高5,000psi的压力并通过使用1/4英寸的球封来增强高粘度材料的流量。
胶材料可以涂出条状或者点状。
气动执行机构的开阀特性确保在所有应用中的保持大的流量。
弹簧关断作为气动关断的辅助机构有效防止高压力条件下的泄漏。
该模块可以组合配置也可以单独配置。
两种配置特性可以安装于机器人机械臂末端。
可更换、长效密封盘
诺信FastPackTM可更换密封盘使Auto-Flo™模块可以实现轻松的在线维护及维修。
密封盘包含所有附件,更换时不需要拆下涂胶模块。
密封盘更换比涂胶模块拆下及更换方式节省时间。
在更换过程中液体及气动回路不需要切断。
密封盘使用一种创新的密封件,使测试寿命到达500,000次之多。
耐久性设计
Auto-Flo™涂胶模块由23个机械零件组成。
正因为如此,该模块操作简单,更少的零件附件使故障率更低,更好的耐久性,减少停产时间。
该模块可以提供更好的坚固性及可靠性,更长的平均故障间隔时间(MTBF)。
温度调节
Auto-Flo™涂胶模块可以同样应用于热胶和冷胶。
通过水循环接口可以调节枪体内部温度。
另外有附件可以使用电加热应用,最高达到350°F/176°C。
特点及优点:
可以满足热胶和冷胶应用,最高可以达到3,000,000cps的粘度,5,000psi的工作压力。
可更换密封盘允许在线方便维修及维护。
密封件寿命经过测试>500,000次
更少的零件提高可靠性及工作时间
更大更结实的顶杠保证更好的性能
2.2供胶系统运行需求
气源干燥,清洁,无杂质,60-100PSI
最小200scfm的流量、0.75英寸的空气管道
电源24伏直流电磁阀
3.涂胶台
①固定涂胶台
涂胶台是用于放置和定位边框及接线盒的台架,台架采用铝合金架体和台面构成,边框和接线盒的定位采用固定挡块定位方式,为保护边框和接线盒不受损伤,固定挡块采用聚四弗乙烯材料(涂胶台所有相关部件均由乙方制造配备)。
每一组边框的四边分为长边和短边两组,每组长边和短边为两根边框,装边框每次两根边框对称安装2根,边框定位框一侧为基准面是固定不动的,另一侧是调节侧,可以手动调节以对应不同的边框宽度。
在边框的长度方向上传感器,其位置与边框长度对应,可以自动检测不同长度的边框。
边框常规长度尺寸为3种规格,常规宽度为1种(规格50mm),由于设置了传感器,可以自动识别边框长度,机器人按识别结果自动执行相应涂胶程序。
边框和接线盒的上下料的方式采用人工装卸方式。
接线盒固定采用模板固定方式,每一种模板对应一种接线盒,更换接线盒只需更换相应模板即可,接线盒涂胶台并排放置两块模板,可同时涂两种接线盒,模板中央设置接线盒有无传感器,接线盒的种类由操作盒按钮开关选择,可对应3种接线盒。
②操作盒
在作业人员侧设置作业操作台,设置涂胶启动、急停开关、安全光栅复位按钮以及边框或接线盒种类选择等按钮,同时设置故障显示灯,方便操作工人使用。
4.附属装置
①安全防护
包括安全护栏、安全门及安全光幕等。
安全围栏处设置安全门,用于技术人员对设备进行维护保养时的进出通行。
安全门通过安全锁与系统联锁,当安全门被非正常打开时,系统停止运行并报警。
安全光幕用于避免系统在工作时工人误入工作区域可能出现的伤害。
②其他
为防止聚氨胶固化,在机器人附近设置装有防固化油杯,在不进行涂胶时,让机器人将涂胶枪嘴插入油杯。
为机器人动作自如,设置胶管支架,将胶管固定。
六、工作循环
1.操作员在工作台A完成上件工作后,按“上件完成”按钮,机器人会自动检测“工作区A安全区检测装置”的状态,该信号为“ON”时,表明操作人员没有退出该区域,机器人延迟工作,待该信号为“OFF”时,机器人自动开始分别对工作台A托盘上的工件开始自动涂胶,涂胶完成后,机器人自动回到待命位置,此时,系统如接收到“工作台B上件完成”信号,与上述工作台A类似,系统同时检测“工作区B安全区检测装置”的状态,根据该信号状态来判断下一步的动作,两个工作台交替工作。
2.在机器人工作的同时,工作台B可以进行上件工作,待完成上件工作后,按“上件完成”按钮,当机器人完成工作台A的涂胶作业时自动转到工作台B进行涂胶作业。
3.在工作台B涂胶的同时,操作人员可进行工作台A上完成涂胶作业的工件下件和待涂胶工件的上件工作。
七、具体布局图及实例:
八、投资回报计算(不考虑人员配置及劳动强度等因素):
投资回报计算表
现在每个车间用胶量:
电池板:
(230W,1640×990,康达威330ml≈440g)
每班可产出电池板数量(块)
700
每块板平均用胶量(支)
0.5
每班用胶数量(支)
350
两班用胶数量(支)
700
每天用胶量(KG)
308
每支胶价格(元)
¥23.50
每天用胶费用(元)
¥16,450.00
每年用胶费用:
每天胶量×26天×12月
¥5,132,400.00
由于人工浪费及胶桶底部残留所浪费的胶量百分比10%/桶
10%
全年一个车间浪费的胶水费用
¥513,240.00
涂胶机器人每个车间用胶量:
电池板:
(230W,1640×990,康达威55加仑)
每班可产出电池板数量(块)
700
每天用胶桶数(桶)
1.232
每桶55加仑(KG)
250
每天用胶量(KG)
308
每年用胶量:
1.232桶×26天×12月(桶)
384
每千克胶价格(元)
¥50.00
每天用胶费用(元)
¥15,400.00
每年用胶费用:
每天胶量×26天×12月
¥4,804,800.00
由于人工浪费及胶桶底部残留所浪费的胶量百分比3%/桶
3%
全年一个车间浪费的胶水费用
¥144,144.00
机器人系统的投资
机器人系统
¥650,000.00
机器人的使用率
98%
全部费用(不包括清洗维护)
¥663,265.31
设备清洗维护所占的时间
3%
全部费用(包含清洗维护)
¥683,778.67
使用成本和维护成本
5,000
使用机器人产生的费用
¥688,778.67
机器人系统+浪费的胶量
¥832,922.67
结果:
计入胶量节省部分的投资回报年限
1.6
九、结束语:
综上所述,采用太阳能电池板边框及接线盒机器人涂胶工作站后使涂胶工序的工作效率大为提高,大量降低生产成本。
该机器人运行一年多就可收回所投入的成本。
机器人在正常维护下至少运行十年。
随着大批量全自动化涂胶生产线的兴起及公司未来自动化生产线的运行,机器人涂胶工作站将为公司产品带来更加广范的市场前景及利润,提升我公司在行业中的竞争力,对公司自动化发展具有重要意义。
南京新能源有限公司
设备设施处
2010年9月9日
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