作為綠色能源，風(fēng)力發(fā)電和光伏在過去的數(shù)年里產(chǎn)生了飛躍，在過去的幾年里，中國投資數(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，光伏概念的股票也快速的成長，業(yè)績輝煌。

1、快速成長的太陽能光伏市場

當(dāng)然，太陽能行業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)

1.1成本關(guān)

對于晶硅電池的生產(chǎn)而言，其存在的問題在于成本如何得到有效的控制，能否降低整個太陽能行業(yè)的設(shè)備投資分?jǐn)?，將影響整個行業(yè)在未來的發(fā)展，如果無法快速的解決成本問題，將會導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)的發(fā)展失去市場的動力。

1.1.1造成成本問題的因素

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

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解決成本問題的辦法

從生產(chǎn)系統(tǒng)角度來解決成本，則依賴于從設(shè)備投資、生產(chǎn)效率提升來考慮，自動化技術(shù)將與工藝結(jié)合來提升整個生產(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)，降低對進(jìn)口原材料的依賴。

1.2.1.1設(shè)備的自主研發(fā)

由于長期以來，設(shè)備均依賴于進(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，因為即使同樣的設(shè)備，而無法掌握工藝與生產(chǎn)過程的話則仍然無法生產(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

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

1.3對于控制系統(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)來處理實時任務(wù)；

a)實時任務(wù)處理的PLC

b)實時以太網(wǎng)技術(shù)

c)高速運(yùn)動控制系統(tǒng)

1.3.2提高設(shè)備互聯(lián)的能力

d)開放的接口連接能力

e)機(jī)器人系統(tǒng)

f)高性能過程控制系統(tǒng)；

g)OPC技術(shù)與上位ERP系統(tǒng)的互聯(lián)能力

1.3.3集成開發(fā)平臺降低系統(tǒng)開發(fā)的成本

h)滿足全流程的服務(wù)能力

i)開發(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、太陽能晶硅生產(chǎn)流程

太陽能晶硅電池由多個生產(chǎn)工藝段構(gòu)成，其中包含了對于運(yùn)動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，晶體材料在這個過程中逐漸結(jié)晶形成棒狀，通過提升機(jī)構(gòu)逐漸解析。

2.2多線切割機(jī)

單晶硅棒材通過切方后進(jìn)入多線切割機(jī)，該系統(tǒng)通過將噴涂石英砂的鋼絲纏繞在驅(qū)動輥上對棒材進(jìn)行研磨切削，可以實現(xiàn)同時對數(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，通過清洗使得表面光滑，再進(jìn)入制絨單元對晶硅表面進(jìn)行四面體的形成－通過制絨可以提高晶硅的表面積從而吸收更多的太陽光。

2.4擴(kuò)散－通過擴(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)，需要對這個邊緣進(jìn)行刻蝕處理，以便使得PN結(jié)不能互連，同時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實現(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)行此項印刷，形成正極和負(fù)極。

2.8燒結(jié)爐

對絲網(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分檢測試

通過電極的電流輸入檢測整個電池板的電極通斷狀態(tài)，確保可用性和參數(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)過程中對于控制的需求

在整個生產(chǎn)的各個工藝段，對于控制系統(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、貝加萊為太陽能行業(yè)提供的解決方案

作為基礎(chǔ)硬件與軟件平臺提供商，貝加萊為太陽能晶硅電池領(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，確保程序的安全與平臺獨(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)時間。

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

4.1ACOPOSmulti節(jié)能與斷電停車

ACOPOSmulti是一個基于共直流母線技術(shù)（CommonDC-Bus）設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng),具有非常高的功率密度,并且通過再生線圈實現(xiàn)能量的再生，將系統(tǒng)中處于制動狀態(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)動狀態(tài)的伺服軸，從而實現(xiàn)能量的再利用，并且，ACOPOSmulti驅(qū)動中的逆變單元可驅(qū)動2個伺服電機(jī)，這樣整體降低了系統(tǒng)的成本，具有極高的性價比。

4.1.1節(jié)能設(shè)計

共直流母線的ACOPOSmulti使得系統(tǒng)中的總體能量得到優(yōu)化，在一個運(yùn)動系統(tǒng)中，通常電機(jī)有兩種運(yùn)行狀態(tài)，一種是電動機(jī)，另一種是發(fā)電機(jī)狀態(tài)，尤其是在多軸系統(tǒng)中，通常會有一些軸處于電動而另一些處于制動，而通過直流母線的共享機(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，從而使得整個系統(tǒng)內(nèi)部的能量得到優(yōu)化，使得整個運(yùn)動系統(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.斷電同步停車技術(shù)

對于ACOPOSmulti伺服驅(qū)動器而言，斷電停車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,我們都知道，對于電機(jī)而言它有兩個主要的運(yùn)行狀態(tài)，在第一象限磁場空間里，電機(jī)作為電動機(jī)在運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)處于制動狀態(tài)時，則磁場空間產(chǎn)生反向工作，其在這個時候可以理解為運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，產(chǎn)生交流電流-對于ACOPOSmulti驅(qū)動器而言，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，由一個蓄能二極管將能量瞬間積累并通過逆變器的IGBT整流電路轉(zhuǎn)化為DC電壓，這個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的伺服軸，同時也能保障24VDC的供電-因為輔助電源也同時運(yùn)行在這個DC-Bus上。

對于多線切割這樣的系統(tǒng)而言，若出現(xiàn)停車狀態(tài)將會使得被切割的棒材產(chǎn)生操作中斷造成巨大的損失-同步停車可以確保系統(tǒng)的停車處于穩(wěn)定的可控狀態(tài)，而不會產(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

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

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)器人庫提供了14種不同的機(jī)器人類型庫的支持能力，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抖動問題

在機(jī)器人系統(tǒng)中，由于機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)的機(jī)械特性隨著運(yùn)動過程的變化，其慣量產(chǎn)生了變化，例如，當(dāng)機(jī)械臂處于X軸方向伸長時，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)這個臂旋轉(zhuǎn)超過90度～180度范圍的話，則其慣量又開始變大，由于這種慣量所產(chǎn)生的變化，會對驅(qū)動器整個控制過程產(chǎn)生調(diào)節(jié)的振動，這也是目前機(jī)器人控制中普遍存在的問題。

4.2.2.2基于建模的慣量前饋算法設(shè)計

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MATLAB/Simulink仿真工具建模生成的控制器模型可以通過代碼自動生成技術(shù)產(chǎn)生控制器的C代碼，而這一代碼無需手工重寫即可導(dǎo)入到B&R控制器中，從而實現(xiàn)在環(huán)測試。

其結(jié)構(gòu)如下圖：

通過這種方式，貝加萊很好的解決了機(jī)器人運(yùn)行過程中的抖動問題，其效果如下：

4.3貝加萊溫度控制系統(tǒng)

4.3.1需求

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

溫度控制與運(yùn)動控制的高速響應(yīng)不同，它屬于大滯后的對象，而這類控制過程的難點(diǎn)則在于其溫度控制的算法設(shè)計，但是，僅僅是算法的強(qiáng)大還不足以說明問題。

4.3.2.1軟件工程考量

貝加萊注重自動化應(yīng)用軟件在系統(tǒng)開發(fā)中的作用，軟件不僅僅包含其算法設(shè)計的合理與先進(jìn)，而同時也包括了項目的工程應(yīng)用的簡便性：

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)計的模塊化中各個獨(dú)立的模塊之間具有極低的耦合度，增加、刪除一個模塊不會對整個軟件結(jié)構(gòu)造成大的損失，而B&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、減少就像開關(guān)的開斷一樣方便，互相之間不存在較大的影響。

4.3.2.3報警輸出

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

4.3.2.4控制輸入與輸出對象

對于各種常規(guī)的溫度控制方式提供了不同的對應(yīng)輸出模式，例如，通過PWM輸出控制可控硅、通過加熱電阻的方式等，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其進(jìn)行濾波、補(bǔ)償?shù)乃惴ǎ_保測量的準(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間內(nèi)實現(xiàn)趨勢圖的生成、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

這包括了對于系統(tǒng)的配置、配方管理、統(tǒng)計、服務(wù)狀態(tài)、報警的多個方面的應(yīng)用。

對于單晶硅拉制、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)計分析、報警管理以便對整個系統(tǒng)工藝參數(shù)的優(yōu)化，由工藝工程師對整個過程實現(xiàn)及時的監(jiān)控，基于數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的分析達(dá)到對整個控制過程的參數(shù)優(yōu)化，提高生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

因此，從軟件開發(fā)的角度來看，并非是一個簡單的軟件算法與工藝本身的技術(shù)問題，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)計目標(biāo)，經(jīng)過多年在諸如擠出機(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)