一、需求的產(chǎn)生
太陽能晶硅電池在過去的幾年里產(chǎn)生了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,由于相對于薄膜電池來說較高的效率，原材料更為豐富易于獲得，使得它仍然在快速的發(fā)展。
太陽能電池由多晶硅錠/單晶硅棒材經(jīng)切方,開方后到多線切割機(jī)上切片，然后經(jīng)后道的制絨、擴(kuò)散、清洗、祛PSG、PECVD氮化硅膜、絲網(wǎng)印刷電極、燒結(jié)、層壓、裝框等流程最終行程PV板并成片安裝構(gòu)成了城市或日常的太陽能設(shè)備，如果大型的安裝則構(gòu)成CPV太陽能發(fā)電站。
太陽能電池制造工藝流程圖
在這個(gè)過程中，切片質(zhì)量是至關(guān)重要的一環(huán)，由于單晶/多晶硅材料的價(jià)格不斷上漲，如因切片質(zhì)量造成損失不僅在切片工藝段會造成巨大的成本浪費(fèi)，也會影響后道處理過程中的良品率，因此對于切割機(jī)的加工要求非常高，生產(chǎn)效率是另一個(gè)方面，如何滿足市場快速增長的需求，提供高品質(zhì)的太陽能電池影響企業(yè)的市場盈利能力。
二、多線切割過程介紹
多線切割機(jī)由主軸、放卷單元、放卷牽引、前后導(dǎo)輪、收卷牽引、收卷構(gòu)成，另外，還包括了砂漿泵系統(tǒng)，其運(yùn)行過程如下：
多線切割機(jī)原理是通過一根高速運(yùn)動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割刃料（砂漿冷卻液）對半導(dǎo)體等硬脆材料進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果。在整個(gè)過程中，鋼線通過十幾個(gè)導(dǎo)線輪的引導(dǎo)，在主線輥上形成一張線網(wǎng)，而待加工工件通過工作臺的上升下降實(shí)現(xiàn)工件的進(jìn)給，可將半導(dǎo)體等硬脆材料一次同時(shí)切割為數(shù)百片，多線切割技術(shù)與其他技術(shù)相比有：效率高，產(chǎn)能高，精度高等優(yōu)點(diǎn)。
切割過程圖
三、主要技術(shù)指標(biāo)和功能需求
構(gòu)成晶硅切片質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)包括彎曲度、翹曲度、平行度和總厚度公差TTV這些工藝參數(shù),這些由工藝控制來實(shí)現(xiàn)，對機(jī)械和電氣系統(tǒng)均提出了非常高的要求，同時(shí)機(jī)器性能指標(biāo)也提出了具體的要求，包括在切割張力、切割線速度、線徑等方面。
為了滿足這些高精度的工藝指標(biāo)需求，系統(tǒng)通常由多個(gè)伺服軸進(jìn)行同步控制，主軸驅(qū)動是一個(gè)較大的伺服電機(jī)，放線、收線、進(jìn)給、前后導(dǎo)輪均采用伺服電機(jī)來驅(qū)動，以便能夠滿足如此高精度的加工要求。
國際知名廠商的機(jī)器速度達(dá)到了10m/min以上,并且加工的晶片厚度可以達(dá)到0.1mm，總厚度公差TTV可達(dá)到10uM級，細(xì)微的偏差都會構(gòu)成對晶片質(zhì)量的影響。
砂漿是經(jīng)過精確配置并使用在機(jī)器上的，無論在機(jī)器工作還是停止?fàn)顟B(tài)均要保證砂漿泵的持續(xù)工作，否則冷凝下的砂漿將會無法使用，要求砂漿泵的驅(qū)動處于一直工作的狀態(tài)。
斷線檢測是另一個(gè)考慮的因素，通常斷線檢測由專用的系統(tǒng)來進(jìn)行，提供給控制系統(tǒng)一個(gè)信號，以便系統(tǒng)在出現(xiàn)斷線時(shí)進(jìn)行停機(jī)處理。
在項(xiàng)目的前期調(diào)研中，ACOPOS伺服驅(qū)動器在各種高動態(tài)響應(yīng)要求的行業(yè)應(yīng)用如凹版印刷無軸傳動，經(jīng)編機(jī)電子送經(jīng)EBC等的應(yīng)用體現(xiàn)了其卓越的性能與高可靠性，同時(shí)Power Panel的大容量存儲與豐富的畫面編輯能力、Ethernet POWERLINK高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)均贏得了客戶的信任，雙方開啟了這一高性能機(jī)器的應(yīng)用開發(fā)。
四、系統(tǒng)控制功能
4.1虛擬主軸同步
在多線切割系統(tǒng)中，主軸的旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給軸的位置、導(dǎo)引輪速度、收放卷構(gòu)成了一個(gè)完整的運(yùn)動系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，除了局部的張力控制，還包括各個(gè)軸之間的同步關(guān)系，在該系統(tǒng)中，主軸、導(dǎo)輪驅(qū)動、進(jìn)給之間必須保持高速的同步關(guān)系，在啟動、加速、勻速、減速運(yùn)動的各個(gè)階段必須保證系統(tǒng)的高度同步，在B&R系統(tǒng)中，各個(gè)軸之間圍繞著一個(gè)虛擬主軸進(jìn)行同步，這個(gè)虛擬主軸并非實(shí)際存在的軸，而是按照系統(tǒng)設(shè)定的各個(gè)軸之間的位置、速度關(guān)系建立的一個(gè)同步模型，這個(gè)虛擬主軸可以運(yùn)行在PCC上也可以運(yùn)行在驅(qū)動器上，以每400uS刷新一次的方式給定每個(gè)軸的下一周期目標(biāo)位置，通過POWERLINK傳遞給各個(gè)伺服軸，另外，由于POWERLINK支持直接交叉通信，因此，也可以建立軸與軸之間的位置關(guān)系，當(dāng)主軸變化時(shí)從軸即跟隨主軸位置，這種虛擬主軸可以非常靈活的改變，當(dāng)被切片材料的尺寸、鋼絲直徑等加工參數(shù)以及機(jī)械尺寸發(fā)生變化時(shí)，可以在HMI中輕松設(shè)定，自動計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)動關(guān)系，同樣可以快速的切換到新的工藝上來。
ACOPOS可以支持軸與軸之間的直線運(yùn)動關(guān)系即電子齒輪比，也可以支持曲線關(guān)系電子凸輪CAM的設(shè)計(jì)，并且可以通過Automation Studio軟件對曲線進(jìn)行可視化的設(shè)計(jì)下載，這使得調(diào)試過程顯得更加直觀。
4.2張力控制系統(tǒng)
放線、放線導(dǎo)引輥、收線導(dǎo)引輥、收線輥構(gòu)成了一個(gè)張力段， B&R ACOPOS具有直接力矩控制的能力(Direct Torque Control)，通過電流反饋獲得當(dāng)前軸的力矩值，以實(shí)現(xiàn)恒扭矩輸出，在放卷走線期間、加速、勻速、減速等階段時(shí)間光滑的速度同步。
五、系統(tǒng)電氣特點(diǎn)
5.1POWERLINK高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)
Ethernet POWERLINK是最早開發(fā)并投入使用的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，可以達(dá)到100Mbps傳輸速度、0.1uS的系統(tǒng)時(shí)鐘同步和200uS的刷新速度，在該系統(tǒng)中，POWERLINK以其高速的實(shí)時(shí)性保證了虛擬主軸同步關(guān)系的建立和數(shù)據(jù)的交換，使得高精度控制所需的高刷新周期控制需求得到滿足。并且POWERLINK具有非常好的抗干擾能力。并且POWERLINK支持SIL3的功能安全等級，在未來，越來越重視安全的應(yīng)用中，POWERLINK也必將起到更大的作用。
5.2ACOPOS智能伺服驅(qū)動系統(tǒng)
ACOPOS伺服驅(qū)動器支持復(fù)雜的運(yùn)動控制關(guān)系，與POWERLINK配合可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜和高速的控制功能，其設(shè)計(jì)的速度環(huán)達(dá)到100uS，位置環(huán)控制達(dá)到200uS，可以滿足極為高速的運(yùn)動控制需求。
5.3功能設(shè)計(jì)易于擴(kuò)展
5.3.1遠(yuǎn)程維護(hù)：在無需增加現(xiàn)有系統(tǒng)成本的情況下，通過設(shè)置Web Server、FTP Server可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷與程序下載。
5.3.2組件擴(kuò)展：如需增加伺服軸只需用Ethernet POWERLINK連接即可，無需增加傳統(tǒng)PLC加運(yùn)動控制模塊方式的運(yùn)動控制器,X20 I/O擴(kuò)展無需更換底板，只需在右側(cè)增加即可。
5.3.3總線擴(kuò)展：X20系統(tǒng)支持多種最流行的現(xiàn)場總線，例如:Profibus,DeviceNet,CANopen,Modbus TCP,Ethernet/IP等，貝加萊提供多種總線控制模塊用于系統(tǒng)擴(kuò)展。
5.3.4軟件擴(kuò)展：對于Automation Studio而言，模塊化的軟件設(shè)計(jì)變得更加容易，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為預(yù)設(shè)的軟件功能，建立多線切割的工藝庫，可根據(jù)機(jī)器的需求變化而進(jìn)行軟件組件的自由搭建快速構(gòu)建新的機(jī)器系統(tǒng)。
5.4配置系統(tǒng)圖
該系統(tǒng)中，主軸、前后導(dǎo)線輪、進(jìn)給、收放卷各個(gè)軸采用了ACOPOS伺服驅(qū)動器，X20CPU和Power Panel系列人機(jī)界面。各個(gè)軸與分布式I/O站均配置為POWERLINK高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)接口，系統(tǒng)具有可再擴(kuò)充的能力。例如：
系統(tǒng)配置圖
目前，該系統(tǒng)在客戶機(jī)器處運(yùn)行可靠穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的高精度要求。
