平板式集热器智能化改造

平板式集热器智能化改造

蔡昂奇

（中山神矶智能科技有限公司，广东中山528400）

摘要：太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。

平板型太阳能热水器作为太阳能热水器的一种主要产品类型，也一直是世界太阳能热水器市场的主导产品，欧美等发达国家90%以上太阳能集热器为平板型太阳能热水器。目前国内市场以真空管式太阳能热水器为主，但伴随建筑市场高层住宅的普及，大型供热供水系统对能耗要求的提高，同时国内太阳能利用技术不断发展，平板型太阳能热水器市场潜力非常巨大。平板太阳能集热器是平板型太阳能热水器的基本部件，平板型集热器已广泛应用于生活用水加热、游泳池加热、工业用水加热、建筑物采暖与空调等诸多领域。在上述背景下，我们以智能化生产为发展目标，通过建立生产信息采集系统，对平板集热器生产的全工艺流程进行信息采集、汇总并整理，利用MES系统相关模块进行各环节生产效率、投入产出、设备能耗等方面的分析，合理调配资源并指导生产，实现平板式集热器的自动化、信息化、智能化生产。

关键词：太阳能热水器；平板型集热器；集热器；智能化

1、现状分析

平板型太阳能集热器是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，它是一种特殊的热交换器，集热器中的工质与远距离的太阳进行热交换。平板型太阳能集热器是由吸热板芯、边框及背板、玻璃盖板、保温材料及有关零部件组成。

通过前期调研，了解到目前国内在平板型太阳能热水器生产过程中，基本处于半自动化状态，例如进、出水管与支管的焊接，边框预装配，成品组装，成品包装等均为工人手工操作，而组框、背板压合，型材切角、打孔等工序虽已出现专机设备进行自动加工，但各生产工序间物料转运仍然需要工人操作。

此种生产状态用工数量多，工人劳动强度大，且生产效率不高，生产过程信息无法实现系统性的汇总、分析，不符合现代化生产要求，亟待改进。

2、解决方案

平板集热器生产加工主要分为两大部分，即部件生产部分和成品组装部分。其中，部件生产包括铜管焊接制备板芯和型材加工组框，成品组装部分包括成品各部件组装贴标打包等。

通过对平板集热器生产工艺现状的了解与分析，结合国内先进的工业自动化和非标设备研发的技术，进行设备自动化、信息化的研发、升级、改造，来实现平板集热器的智能化生产。

2.1、自动化可行性分析

2.1.1、板芯制备

1、Φ22铜管和Φ10铜管开卷、校直、下料：铜管开卷需人工处理，校直、下料工艺有自动成型设备，所以只需根据信息采集需要进行设备选型即可，如成熟设备达不到生产线要求，只需进行部分改造即可；

2、Φ22铜管打孔：根据后续生产工艺要求Φ22铜管打孔为外翻边，以方便Φ10铜管定位组装和焊接，所以此处选择冷拔孔机。冷拔孔机为市面上的成熟设备，但该设备一般不具备生产信息自动采集功能，此处实现自动化需要改造加装相关信息采集传感器等电器元件，同时需单独设计自动上、下料设备进行辅助；

3、Φ22铜管封口：此处有成型设备，但须改造加装相关信息采集传感器等电器元件，同时需单独设计自动上、下料设备进行辅助；

4、Φ22铜管直管焊接：此处是将进出水口接头焊接到Φ22铜管上，操作难度不是很高，可采用火焰钎焊设备进行加工，只需辅助设计自动上、下料设备即可；

5、Φ22铜管和Φ10铜管焊接：该工序在生产过程中，铜管间自动搭接定位实现自动化难度非常大，目前市面上未见到此类型产品，需要研制开发非标设备，并且研发成本过高。从研发投入和研发周期上看，此处实现自动加工的意义不大，建议采用人工操作。焊接过程可采用火焰钎焊机进行自动焊接；

6、铜排压弯：此处只需辅助设计配套的自动上下料设备即可实现自动压弯，但须改造加装相关信息采集传感器等电器元件，进行信息采集；

7、气密性检测：目前市面上已有半自动检漏设备，可进行升级改造，并设计辅助上、下料设备实现自动化生产和信息采集；

8、板芯焊接：板芯焊接加工有成型的激光焊接机，该设备可以满足自动化生产，但须进行生产信息数据采集的相关改造，同时需设计辅助上下料设备。

2.1.2、铝型材组框

1、下料切角：型材下料、切角采用数控双头切铝机，该设备为成熟设备，只需加装生产信息采集传感器等原件即可实现数据采集，同时也需要配套设计自动上下料设备；

2、冲孔：此处配套设计自动上下料设备后，可采用冲床冲孔；

3、钻透气孔：配套设计自动上下料设备后，可自动打孔；

4、角码下料：角码下料已有成型设备，可实现自动生产，但须辅助设计理料输送系统配合边框预装；

5、边框与角码预装：目前市面上没有相应的成熟设备，且自动完成边框与角码预装需要研发、设计整套的自动化生产子系统，包括设计角码、边框型材自动上料设备，角码、边框定位工装，自动输送及导向机构等非标设备，用于完成角码和边框的预装配；

6、组框和背板压合：组框工序可参考目前市面上已有的自动组框机进行设计改造，完善其自动化、信息化功能，提高其加工稳定即可；

7、底板密封：此处需设计自动转运或自动上下料设备，涂胶采用六轴机器人完成；

8、填装保温棉：此处因保温棉本身特性，安装保温棉条部分工作须人工完成，背板处的保温棉可实现自动安装；

2.1.2、成品组装

1、装配板芯：此处需设计专用夹具同时须使用六轴机器人来完成装配工作，装配的两个部件经由输送系统输送至机器人装配工位；

2、装配胶圈：因胶圈本身弹性问题，此处须人工安装；

3、盖板密封：此处需设计自动转运或自动上下料设备，涂胶采用六轴机器人完成；

4、安装玻璃盖板：此处采用直角坐标机器人自动完成；

5、装配压条：压条与边框应为过盈配合，所以压条装配定位只能由人工来完成，自动化设备无法满足装配要求；

6、压条压合：目前市面上已出现针对平板集热器压条装配的专用压合机；

7、黏贴标签：此处可根据产品标签位置，采用自动贴标机完成；

8、检验：外观检测部分需由人工完成，检漏部分可实现自动检漏；

9、塑封打包：可采用覆膜机实现自动生产，但须加装传感器等进行信息化升级；

10、包装：需根据包装形式和包材质量进行测试，暂定人工安装；

11、码垛、入库：采用码垛机器人实现自动码垛，入库由人工叉车进行转。

3、结束语

平板集热器传统生产方式的升级改造，将原有用工较多的生产环节用机器人等自动化、智能化设备替代工人生产，建立自动输送系统，达到生产线内部物料转运实现自动化，同时，结合平板集热器生产工艺等自身特点进行信息化系统建设规划，使整个平板集热器生产流程中各处的生产信息能都及时采集、汇总，方便分析处理，达到优化生产工艺流程，合理调配生产资源的目的，为实现智能化生产提供有力的基础支撑。

参考文献

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