ナレッジ
太陽電池セル生産ラインは、材料投入処理工程においてクリーン度とピックアップ・プレースの信頼性に対する要求が高く、セルは脆く破損しやすいため、開梱とピックアップ・プレース時の位置決め検出、距離フィードバック、外観認識が後工程の品質とタクト安定に直接影響する。分散配置されたI/Oモジュール、バルブターミナル、産業用スイッチは、こうした設備の自動制御における主流の選択肢となりつつある。今回の事例では、セル開梱投入設備を対象に、sDot製XB6Sシリーズスライス型I/O、C3シリーズバルブターミナル、SW4シリーズ産業用スイッチの総合的な適用事例を紹介する。
今回の事例で使用したsDot製製品
XB6Sシリーズスライス型I/O
C3シリーズバルブターミナル
SW4シリーズ産業用スイッチ
一、設備紹介
セル開梱投入設備は、太陽電池セルの材料開梱と自動投入に用いられ、開梱ステーション、蓋板取出しステーション、料盒搬送ユニットで構成される。セルは箱単位で梱包されて搬入され、設備は順に箱体位置決め、開梱・蓋取出し、梱包材の除去、1枚ずつの取り出しを行い、セルを料盒に入れて次工程へ送り出す。主な作業フローは以下のとおり：
工程 | 動作説明 |
①材料搬入完了 | セル梱包箱をAGVで開梱ステーションへ搬送し、位置決めを完了 |
②開梱・蓋取出し | 空圧チャックが動作し、箱蓋を取り外す |
③梱包材除去 | チャックで内層梱包材を取り出し、セルを露出させる |
④セル取出し・検査 | セルを1枚ずつ取り出し、外観認識で破損がないことを確認してから料盒へ投入 |
⑤溶接工程へ搬送 | セルを満載した料盒を次工程の溶接工程へ搬送 |
二、sDot製ソリューション
開梱投入工程の自動制御には、多様な信号と動作が関わる。箱体の到位、グリッパ位置などのデジタル信号、ピックアップ・プレース距離に関わる測距信号、セル外観のビジョン認識があり、同時に空気圧グリッパを駆動して複数組のピックアップ・プレース動作を行う必要がある。各制御点は開梱、蓋板取出しの異なるステーションに分散し、信号タイプはデジタル入力、アナログ入力、空気圧出力にわたり、収集、駆動、データ交換の協調性に対する要求が高い。セルは脆く破損しやすいため、ピックアップ・プレース動作は到位と距離フィードバックによる正確な実行が求められ、破損リスクは取出し工程で即時に識別し、後工程へ流出させないようにする必要がある。
本ソリューションは、XB6Sシリーズスライス型I/O、C3シリーズバルブターミナル、SW4シリーズ産業用スイッチの組み合わせを採用する。デジタル到位信号と測距アナログ信号はXB6Sシリーズスライス型I/Oで近傍収集し、空気圧動作はC3シリーズバルブターミナルで近傍駆動し、カメラ画像はSW4シリーズ産業用スイッチを経由して産業用コンピュータへ転送・アップロードし破損検査を完了する。ビジョン判定結果は制御データとともにSiemens S7-1500 PLCに集約され統一的にスケジューリングされ、収集、識別、実行が開梱工程内で協調して完了する。
三、システム構成
制御層：
Siemens S7-1500 PLCをコアコントローラとして、開梱投入フローのロジックスケジューリングとタクト協調を担当する。産業用コンピュータはビジョンプログラムを実行し、セルの破損識別を完了する。
ネットワーク層：
XB6Sシリーズスライス型I/OとC3シリーズバルブターミナルはPROFINETでPLCに接続する。SW4シリーズ産業用スイッチ（SW4-GUP16D、SW4-HUP08D）はネットワーク集約ノードとして、PLC、リモートI/O局、カメラ、産業用コンピュータ間のデータ交換を担う。
フィールド層：
開梱ステーションはPROFINETカプラXB6S-PN2002にデジタル入力モジュールXB6S-1600とデジタル出力モジュールXB6S-0016Bを接続：入力モジュールは梱包箱の位置決め信号を収集し、出力モジュールは電磁弁を駆動して位置決めシリンダを制御し、箱体のクランプと解放を完了する。アナログモジュールXB6S-A80IDはレーザ測距センサを接続し、ピックアンドプレース動作に距離フィードバックを提供する。蓋取出しステーションはC3シリーズバルブターミナルが空圧式メカニカルグリッパを駆動し、開梱・蓋取出し、梱包除去、ウェーハ取出し・供給などの空圧動作を完了する。
四、導入効果
項目 | 適用効果 |
動作連携 | 位置決め検出、空圧による取出し・載置、破損認識が円滑に連携し、開梱・供給工程が安定して運転 |
信号カバレッジ | デジタル信号、アナログ信号、ビジョン信号を分散ノードで収集・集約し、長距離の信号配線を削減 |
柔軟な配置 | I/Oとバルブターミナルをステーションごとに現地配置し、制御ノードは機器レイアウトに合わせて調整でき、保守時の特定が明確 |
五、sDot製I/O製品
【XB6Sシリーズスライス型I/O】各種通信プロトコルに適合し、モーション制御、シリアル通信などのファンクションモジュールを備える。製品は厳格なEMCテストを経ており、優れた耐ノイズ性で切断を防止。診断、アラーム、異常ログ記録をサポートし、インテリジェントなフィードバックで使用が容易。
【C3シリーズバルブターミナル】最大24ビットのダブルソレノイド電磁弁構成に対応、IP65保護等級。自社ブランド電磁弁を採用し、低消費電力設計でオンラインファームウェア更新をサポート。エアノズル仕様、バルブステーションタイプは現場の工程要求に応じて柔軟に構成可能。
【SW4シリーズ産業用スイッチ】アンマネージド型とマネージド型をラインナップし、ポート密度は5ポート、8ポート、16ポートを網羅。POE給電およびSFPポート形態を選択可能で、ほとんどの産業用イーサネット構築シーンに適合。
