摘要：近年來，隨著風電、光伏電站裝機容量不斷增加，擠占了部分常規機組空間，削弱了電網調節能力。為保障電力系統的安全穩定和清潔高效運行，迫切需要靈活性電源參與電網調頻調峰，提升電力系統的靈活性，光熱發電集發電與儲熱為一體，具有出力靈活可控等優勢，可快速深度參與電網調峰，宜與風電、光伏等新能源發電互補運行，是極具發展前景的可再生能源發電技術，受到世界各國的重視，得到了積極研究和推廣應用。隨著光熱發電裝機容量不斷增加，二次反射鏡需求量急劇增加。傳統的二次反射鏡生產線采用加熱原片，使原片軟化后靠自重在模具上成型，存在一些問題,如效率低下、電能浪費嚴重、成品強度低、合格率低等。這些問題影響了生產效率和產品質量，同時增加了企業的運營成本。合理設計二次反射鏡自動化生產線,可以提高生產效率、提高二次反射鏡的質量、降低能耗和成本，為企業的可持續發展提供有力支持。

引言

吸熱器是集熱系統的重要組成部分，作為吸熱器的最重要組成之一，二次反射鏡承受著高空的風壓和集熱后產生的高溫。二次反射鏡的外形尺寸、強度、抗冷熱沖擊性能越好，相應的集熱系統的效率也會更高。因此，本設計從使用自動化成型設備、熱彎成型工藝改善、增加淬冷工藝環節入手，提高二次反射鏡的整體質量及生產效率。

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技術方案設計

二次反射鏡自動化生產線設計思路是將二次反射鏡原片從上片區傳輸直加熱爐，經過高溫加熱后傳出加熱爐至熱彎區，熱彎區上下模將加熱軟化的二次反射鏡原片壓成設計形狀，輔助滾筒將成型的二次反射鏡頂起后，自動取件裝置將二次反射鏡移動至淬冷工位進行淬冷后，再傳輸至下片區，完成整個二次反射鏡熱彎工藝過程。

根據以上設計思路，本技術方案提供一種二次反射鏡自動化生產線，包括上片區、加熱爐、熱彎區、轉運機械手、淬冷區及下片區。轉運機械手實現二次反射鏡自動化移動。設計二次反射鏡自動化生產線自動控制系統，自動上片、傳輸、成型、轉運、淬冷及下片，提高生產效率。設計加熱工藝參數模塊，實時監測加熱爐內溫度，提高二次反射鏡合格率。

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設備構造

圖1二次反射鏡成型三維圖

二次反射鏡也稱為CPC聚光器，聚光器由拋物面組成，在拋物面中間，光線是與中心軸線平行的入射光線，將全部會聚在接收器上，當入射光傾斜時，進入二次反射鏡的入射光仍能會聚到接收器上，一些內聚光真空集熱管使用CPC集熱方式。本方案提供了一種二次反射鏡自動化生產線，實現了二次反射鏡生產中的上片、傳輸、加熱、熱彎、淬冷、下片全過程的自動化運行。二次反射鏡自動化生產線包括兩臺6自由度上下片機器人、一臺傳輸線、一臺加熱爐、一套熱彎裝置、一套集收縮升降橫移的轉移裝置、一套淬冷裝裝置、兩臺升降機和一條雙層倍速鏈組成。

2.1上片區系統設計說明

上片區由一臺6自由度上片機器人和傳輸線組成。上片機器人由6自由度機械臂、真空發生器、真空吸盤及其支架組成。傳輸線由滾筒、固定排、導向輪、推進架、推進氣缸、減速電機及光電開關組成。

圖2上片區示意

2.2加熱爐系統設計說明

加熱爐主要由下爐體、上爐體、加熱體、傳動系統、升降系統及控制系統組成。

圖3加熱爐示意

上下爐體采用高效輕質的硅酸鋁保溫板進行保溫，硅酸鋁保溫板具有低熱容量、低熱導率耐壓強度高、使用壽命長非脆性材質、韌性好、優良的熱穩定性及抗熱震性優良的吸音降噪性能，尺寸精確，平整度好均質的結構，易于機械加工和施工安裝。

加熱體由電爐絲（0Cr25Al5）和高鋁管（AL2O3）組成。上下爐體分成五個加熱區，采用K型熱電偶采集各室溫度，溫控器設定各室的溫度，固態繼電器控制電爐絲工作。

傳動系統由石英陶瓷輥道、主電機、鏈輪、鏈條、PU圓帶輪、PU圓帶及耐高溫軸承組成。石英陶瓷輥道具有機械強度高、硬度高和熔點高等性能，是水平玻璃鋼化爐上的關鍵部件，對其設計、安裝使用與保養是否得當，將直接影響其使用壽命，甚至會影響到生產的正常進行[1-2]。水平輥道鋼化爐鋼化玻璃時，玻璃始終在輥面上往復運動，具有自動化程度和生產效率高、適應性廣、產品質量好的特點，在生產實際中得到廣泛的應用。

加熱參數如表1所示。

表1加熱參數

升降系統主要由三相異步電動機、減速器、傳動軸、升降機等組成，其作用是升起上爐體進行加熱爐的檢修及維修[3]。

2.3熱彎區系統設計說明

熱彎區主要由熱彎上模、熱彎下模、輔助滾筒、兩套直線模組、兩臺伺服電機等組成。

圖4熱彎區、淬冷區、轉移裝置示意

熱彎上模和熱彎下模由二次反射鏡的拋物曲線設計。上模采用支架固定在1號直線模組滑塊上，伺服電機控制直線模組滑塊進行升降，從而實現二次反射鏡的成型。下模直接固定在熱彎區支架上，作為成型的基準。輔助滾筒由2號直線模組控制升降，從加熱爐傳送出來的玻璃原片通過輔助滾筒到達下模的正上方。

2.4轉移裝置系統設計說明

轉移裝置主要由兩臺直線模組、兩臺伺服電機、四條三桿氣缸、兩對托盤組成。直線模組主要控制托盤Y軸向運動，使托盤橫移至淬冷工位及下片區。一組三桿氣缸控制托盤Z軸向運動，控制托盤拖起或放下二次反射鏡，另外一組三桿氣缸控制托盤X軸向運動，控制托盤位于二次反射鏡的下方，以便升降氣缸控制托盤拖起二次反射鏡。

2.5淬冷區系統設計說明

淬冷區主要由淬冷上模、淬冷下模、淬冷風機、風管及升降氣缸構成。淬冷上模、淬冷下模由二次反射鏡的拋物曲線設計，以保證二次反射鏡內外表面風壓一致，防止淬冷時二次反射鏡炸裂。

淬冷區淬冷工藝采用噴嘴式，通過管道與空氣分配中心相連。淬冷風壓通過控制風機風閥開度進行調節。當二次反射鏡橫移到風柵中心時，上風柵下降，下風柵上升，噴嘴至玻璃上表面10～15 mm時，上下風柵同時送風，淬冷時間為10 s左右。淬冷工藝完成后，下風柵下降，上風柵上升，轉移裝置將二次反射鏡移動至下片區托盤上。淬冷差數見表2。

表2淬冷參數

2.6下片區系統設計說明

下片區主要由兩臺升降機、一條雙層倍速鏈、一臺下片機器人及若干托盤組成。兩臺升降機及雙層倍速鏈可以實現托盤進行循環，載二次反射鏡的托盤由1號升降機經上層倍速鏈傳輸到2號升降機，待下片機器人取走二次反射鏡后，空托盤由2號升降機經下層倍速鏈傳輸到1號升降機。

圖5下片區示意

2.7二次反射鏡生產工藝流程

圖6熱彎、轉運、淬冷、下片示意

（1）上片機器人的真空吸盤將玻璃原片吸起后，放置在傳輸線上，光電開關檢測到玻璃后，推進氣缸伸出，將玻璃進行定位，氣缸磁性開關檢測到氣缸伸出后，PLC接收到信號控制減速電機旋轉，滾筒將玻璃傳送至加熱爐內，光電開關檢測不到玻璃后，推進氣缸縮回。

（2）熱彎區上模及輔助輥子在熱彎工藝位置等待，從加熱爐加熱出來的玻璃到達熱彎位置，接近開關1檢測到玻璃到位，熱彎上模和輔助輥子同時向下運動，玻璃成型。

（3）上模上升至最高點，輔助輥子在上模上升5 s后開始頂升玻璃進行上升。

（4）接近開關2檢測到輔助輥子上升到位后，伸縮氣缸伸出，伸縮氣缸傳感器檢測到伸縮氣缸到位，托盤位于玻璃下方。

（5）升降氣缸上升，升降氣缸傳感器檢測到升降氣缸到位，托盤托住玻璃。

（6）橫移伺服模組將玻璃托盤傳送至淬冷工位，接近開關3檢測到玻璃橫移到位，熱彎區進行熱彎工藝復位，淬冷上下模進行升降，淬冷上下模氣缸傳感器檢測到氣缸到位，淬冷風機電磁閥啟動，開始進行強冷30 s。

（7）強冷完成后淬冷氣缸復位，橫移伺服模組將玻璃托盤傳送至升降機托盤正上方；接近開關4檢測到玻璃橫移到位，升降氣缸下降，玻璃放置在升降機托盤上，伸縮氣缸回縮。

（8）伸縮氣缸傳感器檢測到伸縮氣缸到位回縮到位，阻擋氣缸1回縮，升降機1電機運行，將托盤傳送至上層倍速鏈；同時升降氣缸上升，橫移伺服模組復位。

（9）接近開關5檢測到托盤到位，阻擋氣缸2回縮，升降機2電機運行，將托盤傳送至升降機2上，阻擋氣缸3復位，接近開關6檢測到托盤到位，升降機2電機停止。

（10）下片機器人取走玻璃后，接近開關7檢測不到玻璃，升降機下降。

（11）升降機2下降到位，阻擋氣缸3回縮，升降機2電機反轉，空托盤送至下層倍速鏈上，空托盤經過接近開關8后，升降機2上升等待下一托盤。

（12）空托盤經過接近開關9時，阻擋氣缸4回縮，升降機1電機轉動將空托盤傳輸至升降機1上，阻擋氣缸4復位，接近開關10檢測到托盤到位，升降機1電機停止，阻擋氣缸1復位，升降機1上升到位，等待玻璃到位。

2.8控制系統說明

設置人機界面用于顯示設備工作狀態、工藝參數，人機界面主要實現兩大功能，一是對工作模式的控制，二是對物理量（爐體溫度、移動距離、淬冷時間）設置。

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結論

二次反射鏡自動化生產線實現了上片機器人、傳輸線、加熱爐、熱彎裝置、集收縮升降橫移的轉移裝置、淬冷裝裝置、兩臺升降機和一條雙層倍速鏈按照規定的工作循環和聯鎖要求進行工作，實現上片、傳輸、加熱、熱彎、轉運、淬冷、下片等各環節的精密控制，運用PLC、直線模組、伺服電機及伺服控制器等先進技術，實現設備的自動化控制和調整，最大限度降低了人為因素的干擾，提高了二次反射鏡的生產效率和質量。

作者：許銳，蘭州大成真空科技有限公司

原標題：《二次反射鏡自動化生產線設計與實現》

參考文獻

[1]楊建恒.陶瓷輥道在玻璃鋼化爐的應用<B>.Industrial Furnace,2004(6):19-21.

[2]王零森.特種陶瓷[M].長沙:中南工業大學出版社,2003.

[3]張玉華.PWG140型水平鋼化爐使用中常見質量問題及調整方法[J].中國建材裝備,1999(5):37-38.