作為綠色能源，風(fēng)力發(fā)電和光伏在過(guò)去的數(shù)年里產(chǎn)生了飛躍，在過(guò)去的幾年里，中國(guó)投資數(shù)千億于光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各地快速的建立了各自的光伏產(chǎn)業(yè)園區(qū)，光伏產(chǎn)業(yè)包括原材料、晶硅與薄膜電池生產(chǎn)系統(tǒng)、電池組件生產(chǎn)、逆變器與光伏電站的建設(shè)等均快速發(fā)展，在股票市場(chǎng)，光伏概念的股票也快速的成長(zhǎng)，業(yè)績(jī)輝煌。

1、快速成長(zhǎng)的太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)

當(dāng)然，太陽(yáng)能行業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)

1.1成本關(guān)

對(duì)于晶硅電池的生產(chǎn)而言，其存在的問(wèn)題在于成本如何得到有效的控制，能否降低整個(gè)太陽(yáng)能行業(yè)的設(shè)備投資分?jǐn)偅瑢⒂绊懻麄€(gè)行業(yè)在未來(lái)的發(fā)展，如果無(wú)法快速的解決成本問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)的發(fā)展失去市場(chǎng)的動(dòng)力。

1.1.1造成成本問(wèn)題的因素

一方面由于我們自身沒(méi)有掌握高品質(zhì)單晶硅和多晶硅的提煉技術(shù)，需要通過(guò)進(jìn)口來(lái)獲得，因此，整體成本較高，另一方面，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)必須依賴(lài)大規(guī)模的生產(chǎn)來(lái)降低整體成本。

1.1.2技術(shù)關(guān)

這些則不僅包含了控制技術(shù)，也包括了工藝控制、設(shè)備互聯(lián)的管理優(yōu)化、機(jī)器人技術(shù)等。

技術(shù)保密與代碼安全也是考慮因素。

1.2解決成本問(wèn)題的辦法

從生產(chǎn)系統(tǒng)角度來(lái)解決成本，則依賴(lài)于從設(shè)備投資、生產(chǎn)效率提升來(lái)考慮，自動(dòng)化技術(shù)將與工藝結(jié)合來(lái)提升整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的效率，這包括以下方面的系統(tǒng)需求。

1.2.1提高自身工藝技術(shù)的研發(fā)，降低對(duì)進(jìn)口原材料的依賴(lài)。

1.2.1.1設(shè)備的自主研發(fā)

由于長(zhǎng)期以來(lái)，設(shè)備均依賴(lài)于進(jìn)口，使得在初始投資方面非常大。

1.2.1.2工藝技術(shù)的攻關(guān)

除了良好的設(shè)備外，工藝技術(shù)的研究和提高也是必須的，因?yàn)榧词雇瑯拥脑O(shè)備，而無(wú)法掌握工藝與生產(chǎn)過(guò)程的話則仍然無(wú)法生產(chǎn)高品質(zhì)的產(chǎn)品；

1.2.2提高生產(chǎn)系統(tǒng)效率，降低生產(chǎn)成本

1.2.2.1提升設(shè)備的性能等級(jí)

1.2.2.2整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)互聯(lián)，建立整廠級(jí)的生產(chǎn)優(yōu)化；

1.3對(duì)于控制系統(tǒng)所提出的需求

如何提高生產(chǎn)系統(tǒng)的能力，作為控制系統(tǒng)提供商，我們從控制系統(tǒng)角度來(lái)分析解決的辦法：

1.3.1高性能的控制系統(tǒng)

提高設(shè)備的加工速度、加工精度則需要高性能系統(tǒng)來(lái)處理實(shí)時(shí)任務(wù)；

a)實(shí)時(shí)任務(wù)處理的PLC

b)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)

c)高速運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

1.3.2提高設(shè)備互聯(lián)的能力

d)開(kāi)放的接口連接能力

e)機(jī)器人系統(tǒng)

f)高性能過(guò)程控制系統(tǒng)；

g)OPC技術(shù)與上位ERP系統(tǒng)的互聯(lián)能力

1.3.3集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的成本

h)滿足全流程的服務(wù)能力

i)開(kāi)發(fā)復(fù)雜算法的能力

j)安全系統(tǒng)集成

k)內(nèi)置的模塊與

2、太陽(yáng)能晶硅生產(chǎn)流程

太陽(yáng)能晶硅電池由多個(gè)生產(chǎn)工藝段構(gòu)成，其中包含了對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制要求較高的切片、機(jī)器人、絲網(wǎng)印刷，也包括了流程與工藝控制的單晶硅拉制爐/多晶硅鑄錠爐、制絨、擴(kuò)散、PECVD與燒結(jié)單元，如下圖：

晶硅電池生產(chǎn)流程

2.1單晶硅拉制/多晶硅鑄錠爐

通過(guò)晶籽植入，將材料在坩堝中進(jìn)行溫度控制形成溫度梯度，晶體材料在這個(gè)過(guò)程中逐漸結(jié)晶形成棒狀，通過(guò)提升機(jī)構(gòu)逐漸解析。

2.2多線切割機(jī)

單晶硅棒材通過(guò)切方后進(jìn)入多線切割機(jī)，該系統(tǒng)通過(guò)將噴涂石英砂的鋼絲纏繞在驅(qū)動(dòng)輥上對(duì)棒材進(jìn)行研磨切削，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)數(shù)百片晶硅片的生產(chǎn)，其要求非常高的切割質(zhì)量，包括厚度、翹曲度、TTV值的指標(biāo)。

2.3清洗制絨

在切割單元表面會(huì)由于切削而產(chǎn)生表面的材料顆粒和不規(guī)則的表面，通過(guò)清洗使得表面光滑，再進(jìn)入制絨單元對(duì)晶硅表面進(jìn)行四面體的形成－通過(guò)制絨可以提高晶硅的表面積從而吸收更多的太陽(yáng)光。

2.4擴(kuò)散－通過(guò)擴(kuò)散工藝在晶硅表面生成PN結(jié)

2.5刻蝕祛磷硅玻璃

由于在擴(kuò)散中使得表面形成了整體的PN結(jié)，需要對(duì)這個(gè)邊緣進(jìn)行刻蝕處理，以便使得PN結(jié)不能互連，同時(shí)在前道生成的磷硅玻璃也需要被化學(xué)方法祛除。

2.6PECVD

通過(guò)氮化硅滲透方法提供晶硅表面形成減反射膜-這樣可以減少光在晶硅表面的反射，從而提高吸收效率，通過(guò)等離子氣相沉積技術(shù)，可以在晶硅表面沉積一層氮化硅膜來(lái)實(shí)現(xiàn)這一需求。

2.7絲網(wǎng)印刷

由于晶硅表面形成了可以導(dǎo)電的PN結(jié)，需要對(duì)其進(jìn)行電源的印制，為了節(jié)省成本，必須以最小的原材料消耗進(jìn)行此項(xiàng)印刷，形成正極和負(fù)極。

2.8燒結(jié)爐

對(duì)絲網(wǎng)印刷的電極進(jìn)行燒結(jié)處理，使得其固化在晶硅表面并滲透。

2.9分檢測(cè)試

通過(guò)電極的電流輸入檢測(cè)整個(gè)電池板的電極通斷狀態(tài)，確?？捎眯院蛥?shù)滿足技術(shù)指標(biāo)

2.10后道處理設(shè)備

包括層壓機(jī)、覆設(shè)、裝盒、打碼標(biāo)記等。

3、晶硅電池生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于控制的需求

在整個(gè)生產(chǎn)的各個(gè)工藝段，對(duì)于控制系統(tǒng)的工藝和控制系統(tǒng)的性能、功能等的需求是變化的，下圖描述了按照流程的不同而產(chǎn)生的控制系統(tǒng)需求的變化。

4、貝加萊為太陽(yáng)能行業(yè)提供的解決方案

作為基礎(chǔ)硬件與軟件平臺(tái)提供商，貝加萊為太陽(yáng)能晶硅電池領(lǐng)域提供具有自主研發(fā)和滿足行業(yè)需求的軟硬件平臺(tái)，確保程序的安全與平臺(tái)獨(dú)立性，提供軟件功能塊以便系統(tǒng)快速的組件，而遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)則提供了系統(tǒng)故障快速定位與系統(tǒng)最低的當(dāng)機(jī)時(shí)間。

下面我們僅介紹一些常用的技術(shù)，用以解決在太陽(yáng)能晶硅電池設(shè)備中的實(shí)際問(wèn)題。

4.1ACOPOSmulti節(jié)能與斷電停車(chē)

ACOPOSmulti是一個(gè)基于共直流母線技術(shù)（CommonDC-Bus）設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),具有非常高的功率密度,并且通過(guò)再生線圈實(shí)現(xiàn)能量的再生，將系統(tǒng)中處于制動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)的能量由直流母線反饋到再生單元，并將此能量回饋給其它處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的伺服軸，從而實(shí)現(xiàn)能量的再利用，并且，ACOPOSmulti驅(qū)動(dòng)中的逆變單元可驅(qū)動(dòng)2個(gè)伺服電機(jī)，這樣整體降低了系統(tǒng)的成本，具有極高的性?xún)r(jià)比。

4.1.1節(jié)能設(shè)計(jì)

共直流母線的ACOPOSmulti使得系統(tǒng)中的總體能量得到優(yōu)化，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，通常電機(jī)有兩種運(yùn)行狀態(tài)，一種是電動(dòng)機(jī)，另一種是發(fā)電機(jī)狀態(tài)，尤其是在多軸系統(tǒng)中，通常會(huì)有一些軸處于電動(dòng)而另一些處于制動(dòng)，而通過(guò)直流母線的共享機(jī)制，那些發(fā)電狀態(tài)的能量同樣可以回饋到直流母線單元，從而使得整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的能量得到優(yōu)化，使得整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的吸入電流得到有效降低，能夠最大限度的發(fā)揮節(jié)能作用。

4.1.2.斷電同步停車(chē)技術(shù)

對(duì)于ACOPOSmulti伺服驅(qū)動(dòng)器而言，斷電停車(chē)功能是其基于直流母線技術(shù)(CommonDC-BusTechnology)而產(chǎn)生的先天性技術(shù)優(yōu)勢(shì),我們都知道，對(duì)于電機(jī)而言它有兩個(gè)主要的運(yùn)行狀態(tài)，在第一象限磁場(chǎng)空間里，電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，則磁場(chǎng)空間產(chǎn)生反向工作，其在這個(gè)時(shí)候可以理解為運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，產(chǎn)生交流電流-對(duì)于ACOPOSmulti驅(qū)動(dòng)器而言，其逆變單元不僅可以產(chǎn)生正向的AC-DC-AC轉(zhuǎn)換，也可以逆向運(yùn)行為AC-DC轉(zhuǎn)換，由一個(gè)蓄能二極管將能量瞬間積累并通過(guò)逆變器的IGBT整流電路轉(zhuǎn)化為DC電壓，這個(gè)DC電壓回饋到DC-Bus上，再流到其它軸DC-AC轉(zhuǎn)換又可以供給其它需要同步停車(chē)的伺服軸，同時(shí)也能保障24VDC的供電-因?yàn)檩o助電源也同時(shí)運(yùn)行在這個(gè)DC-Bus上。

對(duì)于多線切割這樣的系統(tǒng)而言，若出現(xiàn)停車(chē)狀態(tài)將會(huì)使得被切割的棒材產(chǎn)生操作中斷造成巨大的損失-同步停車(chē)可以確保系統(tǒng)的停車(chē)處于穩(wěn)定的可控狀態(tài)，而不會(huì)產(chǎn)生紗線斷裂、晶硅片位置輸出、導(dǎo)引輪、放卷收卷軸之間的偏差而造成系統(tǒng)問(wèn)題。

4.2機(jī)器人技術(shù)

4.2.1GMC下的機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于不同的機(jī)器人，其齊次方程庫(kù)不同，而B(niǎo)&R的GMC提供了路徑規(guī)劃的不同庫(kù)支持能力，這包括以下機(jī)器人庫(kù)：

全關(guān)節(jié)型機(jī)器人

Tripod

SCARA

伽利略機(jī)器人…

…

GMC所支持的機(jī)器人庫(kù)提供了14種不同的機(jī)器人類(lèi)型庫(kù)的支持能力，基本上能滿足各工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ跈C(jī)器人的需要。

4..2.2機(jī)器人慣量前饋控制技術(shù)

4.2.2.1抖動(dòng)問(wèn)題

在機(jī)器人系統(tǒng)中，由于機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械特性隨著運(yùn)動(dòng)過(guò)程的變化，其慣量產(chǎn)生了變化，例如，當(dāng)機(jī)械臂處于X軸方向伸長(zhǎng)時(shí)，則沿著Y軸方向的旋轉(zhuǎn)在0～90度范圍內(nèi)慣量產(chǎn)生了變化，從最大慣量到最小慣量，當(dāng)這個(gè)臂旋轉(zhuǎn)超過(guò)90度～180度范圍的話，則其慣量又開(kāi)始變大，由于這種慣量所產(chǎn)生的變化，會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)器整個(gè)控制過(guò)程產(chǎn)生調(diào)節(jié)的振動(dòng)，這也是目前機(jī)器人控制中普遍存在的問(wèn)題。

4.2.2.2基于建模的慣量前饋算法設(shè)計(jì)

MATLAB/Simulink是目前最為流行的建模工具，由于與Mathworks公司的合作，貝加萊控制系統(tǒng)與MATLAB/Simulink建模建立接口連接，經(jīng)過(guò)MATLAB/Simulink仿真工具建模生成的控制器模型可以通過(guò)代碼自動(dòng)生成技術(shù)產(chǎn)生控制器的C代碼，而這一代碼無(wú)需手工重寫(xiě)即可導(dǎo)入到B&R控制器中，從而實(shí)現(xiàn)在環(huán)測(cè)試。

其結(jié)構(gòu)如下圖：

通過(guò)這種方式，貝加萊很好的解決了機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中的抖動(dòng)問(wèn)題，其效果如下：

4.3貝加萊溫度控制系統(tǒng)

4.3.1需求

對(duì)于單晶硅拉制、多晶硅鑄錠、擴(kuò)散、PECVD、燒結(jié)等各個(gè)晶硅電池生產(chǎn)過(guò)程而言，熱場(chǎng)的控制是為關(guān)鍵，對(duì)于拉單晶和鑄錠而言，其晶體生長(zhǎng)需要通過(guò)有效的建立整個(gè)工作區(qū)間的溫度梯度空間來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且溫度控制的精度和響應(yīng)速度會(huì)影響到生產(chǎn)中的質(zhì)量和效率-而對(duì)于擴(kuò)散、燒結(jié)同樣如此。

溫度控制與運(yùn)動(dòng)控制的高速響應(yīng)不同，它屬于大滯后的對(duì)象，而這類(lèi)控制過(guò)程的難點(diǎn)則在于其溫度控制的算法設(shè)計(jì)，但是，僅僅是算法的強(qiáng)大還不足以說(shuō)明問(wèn)題。

4.3.2.1軟件工程考量

貝加萊注重自動(dòng)化應(yīng)用軟件在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的作用，軟件不僅僅包含其算法設(shè)計(jì)的合理與先進(jìn)，而同時(shí)也包括了項(xiàng)目的工程應(yīng)用的簡(jiǎn)便性：

4.3.2.2軟件模塊的獨(dú)立性

軟件模塊的獨(dú)立性在軟件工程中代表著軟件的“低耦合”特性，即該軟件設(shè)計(jì)的模塊化中各個(gè)獨(dú)立的模塊之間具有極低的耦合度，增加、刪除一個(gè)模塊不會(huì)對(duì)整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)造成大的損失，而B(niǎo)&R的溫控模塊則具有顯著的獨(dú)立特點(diǎn)，其溫區(qū)的增加、減少就像開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷一樣方便，互相之間不存在較大的影響。

4.3.2.3報(bào)警輸出

完整的報(bào)警輸出是提供給使用者更為緊密的現(xiàn)場(chǎng)控制，溫度控制模塊可以提供自定義的日志記錄，對(duì)各種中斷、超溫狀態(tài)進(jìn)行可定義的報(bào)警輸出，并使得工藝操作人員能夠?qū)Ξ?dāng)時(shí)的工藝狀態(tài)進(jìn)行有效的分析。

4.3.2.4控制輸入與輸出對(duì)象

對(duì)于各種常規(guī)的溫度控制方式提供了不同的對(duì)應(yīng)輸出模式，例如，通過(guò)PWM輸出控制可控硅、通過(guò)加熱電阻的方式等，而且溫度輸入的話考慮到各種溫度傳感器的輸入方式及對(duì)其進(jìn)行濾波、補(bǔ)償?shù)乃惴ǎ_保測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4.3.2.5軟件連接與其它軟件模塊的連接

確保了與溫度相關(guān)的控制對(duì)象也被集成在內(nèi)，系統(tǒng)更為面向全局而非局部，提高整體性能而非局部性能。

4.3.2.6可視化接口

提供了方便的趨勢(shì)圖、狀態(tài)圖的繪制接口，使用者可以非常方便的在AutomationStudio里建立控件與TemConLib之間的數(shù)據(jù)接口，可以使得使用者在非常短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)圖的生成、柱狀圖的顯示、溫區(qū)的下拉列表式選擇與控制、并可實(shí)現(xiàn)模式切換、PID參數(shù)設(shè)置、整定狀態(tài)的顯示。

可以自行定義顯示的曲線顏色、曲線數(shù)量、溫度顯示精度、全屏操作等。

4.3.2.7溫度控制的系統(tǒng)化管理

這包括了對(duì)于系統(tǒng)的配置、配方管理、統(tǒng)計(jì)、服務(wù)狀態(tài)、報(bào)警的多個(gè)方面的應(yīng)用。

對(duì)于單晶硅拉制、鑄錠、擴(kuò)散等均需要維護(hù)各種配方的管理，根據(jù)需要生產(chǎn)不同批次的產(chǎn)品，這里提供了配方的管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)警管理以便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工藝參數(shù)的優(yōu)化，由工藝工程師對(duì)整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)及時(shí)的監(jiān)控，基于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的分析達(dá)到對(duì)整個(gè)控制過(guò)程的參數(shù)優(yōu)化，提高生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

因此，從軟件開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，并非是一個(gè)簡(jiǎn)單的軟件算法與工藝本身的技術(shù)問(wèn)題，文檔的完整性，

如此功能強(qiáng)大，而易于使用，是B&R溫度控制模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)，經(jīng)過(guò)多年在諸如擠出機(jī)、注塑機(jī)、流延膜、冶金、半導(dǎo)體等領(lǐng)域的應(yīng)用，其已經(jīng)達(dá)到非常成熟的狀態(tài)，溫度控制精度高、軟件易于使用。

5、貝加萊系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域

貝加萊系統(tǒng)已經(jīng)在以下一些領(lǐng)域得到應(yīng)用：

單晶硅拉制/帶狀硅拉制

切方/多線切割機(jī)

擴(kuò)散爐

單腔室PECVD設(shè)備

絲網(wǎng)印刷設(shè)備的分布式I/O系統(tǒng)