10余年前，采用砂漿的切片技術(shù)在單根晶棒上可以切出1000片左右，今天，采用金剛線的切片技術(shù)可以使得這個數(shù)字發(fā)展到高達4000-5000片，并且，一根晶棒的切割時間也從過去的十幾個小時縮短到90分鐘，這一切都意味著，僅在切片這一環(huán)節(jié)，光伏組件的成本就獲得了大幅度的下降。然而，這種效率的大幅提升同時也意味著控制系統(tǒng)更高精度與相應(yīng)能力要求。
圖1-多線切割基本原理圖
通過放卷張力控制、經(jīng)過多個輥（雙或三主輥）的排線、棒料的進給、收卷，并且通過金剛線的往復(fù)實現(xiàn)切割，以提高金剛線的利用率。整個金剛線切片系統(tǒng)要達到非常高精度、穩(wěn)定的張力控制，機器才能確保切割的穩(wěn)定，高效，達到高品質(zhì)的生產(chǎn)，并較之以往的漿料切片更高的產(chǎn)出。
為了降低成本，大尺寸、薄片是未來的發(fā)展方向，對于金剛線的切割而言，更細的金剛線才能切出更多的片，并降低表面粗糙度，進而更好的成片質(zhì)量，而對于線速度而言，則意味著更大產(chǎn)能帶來的成本下降，但這都對控制系統(tǒng)包括恒張力控制、高精度排線、高精度進給等提出了更高的要求。
圖2-貝加萊光伏切片系統(tǒng)解決方案硬件架構(gòu)
圖2是貝加萊為多線切割系統(tǒng)提供的解決方案，ACOPOSmulti提供了共直流母線驅(qū)動技術(shù)，通過POWERlink實時以太網(wǎng)提供百微秒級的高精度同步。
切片系統(tǒng)的功能性設(shè)計
在晶棒拉制后，經(jīng)過切方，進入多線切割，這是至關(guān)重要的一環(huán)，每個晶棒都價值不菲，如果不能高品質(zhì)的生產(chǎn)出產(chǎn)品，那就會成為“成本”的構(gòu)成，隨著金剛線變得更細，這也使得對于切片的過程控制更為“精細”的要求，切片過程必須能夠控制非常精準，且同步精度高，才能確保晶片裁切過程的高品質(zhì)，整體的方差最小。
圖3-多線切割系統(tǒng)的功能需求
張力控制技術(shù)
卷徑與張力是貝加萊控制系統(tǒng)的基本工藝控制模塊，借助于在印刷、塑料、包裝眾多領(lǐng)域數(shù)十年的積累，對于各種張力場景的張力控制貝加萊均可應(yīng)對自如，自動排線、平臺控制、掉電停車功能是多線切割行業(yè)所特殊的需求，貝加萊為此專門進行了大量的測試驗證，成熟的技術(shù)確保了拿來即用。
圖4-基本的張力控制模型
圖5-貝加萊張力控制的特點
對于貝加萊的張力控制來說，可以實現(xiàn)扭矩前饋，這確保了在加減速階段也可以實現(xiàn)穩(wěn)定的張力控制，不僅對于光伏金剛線，對于其它材料的張力控制同樣如此，因為，這可以大幅降低開機浪費，通常在生產(chǎn)中被認為是必然的。另外張力的自適應(yīng)、多組張力的解耦等，都是貝加萊張力控制領(lǐng)先的技術(shù)特性。
自動排線
由于金剛線經(jīng)過主和從輥必須要排線，而輥子是加工輥、主/從輥的排列使得在整個排線過程中，特別是在加減速過程和排線換向過程中，其張力處于一種變化的狀態(tài)，因此，需要高精度電子凸輪曲線輪廓，高階曲線來實現(xiàn)更高的精度控制，這對于機器來說，只有如此，才能確保排線精度高，切片的單片均方差最小。
主輥控制
切割室主輥，在繞線和切割過程時，可以在線實現(xiàn)電流環(huán)和位置環(huán)模式切換，電流同步可以保證兩個主輥出力同步，有效的保證切割區(qū)內(nèi)的金剛線張力穩(wěn)定，同時也能很好的保證切割線弓最小，切割力最大，以獲得更高的切片質(zhì)量。
審計追蹤
mappAudit是貝加萊系統(tǒng)中的mapp功能組件，它為系統(tǒng)提供了審計追蹤能力，從生產(chǎn)的可追溯性角度，生產(chǎn)需要了解誰在什么時間做了什么，并對其進行記錄，以不可篡改的形式保存數(shù)據(jù)，這樣就確保質(zhì)量、工藝的可追溯性，以為生產(chǎn)工藝人員的質(zhì)量調(diào)整與優(yōu)化帶來數(shù)據(jù)依據(jù)。
圖6-審計追蹤原理
對于光伏晶片制造商而言，審計追蹤是提升其工藝質(zhì)量管控水平的關(guān)鍵，系統(tǒng)具有該項功能，將會使得這一實現(xiàn)變得簡單，來自于在制藥領(lǐng)域的mappAudit功能，貝加萊同樣將其可用于光伏晶片生產(chǎn)的追溯。
圖7-通過mapp模塊組合實現(xiàn)審計追蹤與數(shù)據(jù)應(yīng)用
在審計追蹤的管理中，機器的各種參數(shù)以mappData模塊進行收集應(yīng)用，并通過mappUser的用戶管理，以及mappAudit的審計追蹤模塊對其進行記錄，通過mappCom來實現(xiàn)軟件之間的連接。
掉電停車功能
對于光伏切片而言，突然掉電情況下的同步停車是非常必要的，否則，對于生產(chǎn)的浪費是巨大的，除了金剛線晶棒材料的損失，再恢復(fù)機器所需的成本也是高昂的，因此，掉電停車功能對于光伏切片是必選項。
圖8-基于ACOPOSmulti的掉電停車功能
采用ACOPOSmulti共直流母線驅(qū)動技術(shù)，當系統(tǒng)主軸在制動時產(chǎn)生的電流通過再生線圈回到直流母線，并經(jīng)過DC/AC轉(zhuǎn)換，提供給其它軸的同步停車。
數(shù)據(jù)驅(qū)動的預(yù)測性維護技術(shù)
將硅棒切割成厚薄均勻、切壁光滑的硅片，依賴于多線切割機的穩(wěn)定運行。但在實際的生產(chǎn)中，難免會有設(shè)備出現(xiàn)故障的情況。在切割狀態(tài)下，設(shè)備的突發(fā)故障導(dǎo)致的突然停機，對于昂貴的硅棒會造成不可修復(fù)的損傷，導(dǎo)致直接報廢。這樣的突發(fā)停機帶來的材料損失及停機檢修的停產(chǎn)損失等是巨大的。對于機器高速運行而言，其主輥和線輥的軸承承受較大的考驗，并且也是對機器影響最大的關(guān)鍵部件，因此，如何能夠在故障發(fā)生之前就對其健康狀態(tài)進行預(yù)警，使得工程師們能夠在工作間隙對設(shè)備進行及時的干預(yù)、維修，就成為了避免經(jīng)濟損失、保障生產(chǎn)的關(guān)鍵。
圖9-基于聚類分析的預(yù)測性維護
如圖9所示，基于多年積累的行業(yè)專家知識，首先對多臺設(shè)備的數(shù)據(jù)進行恰當?shù)奶卣魈崛?，以提煉出?shù)據(jù)中與設(shè)備健康狀況最相關(guān)的信息。之后，使用人工智能算法對數(shù)據(jù)進行自動聚類，使得特征相似的數(shù)據(jù)聚成一簇，而不相似的數(shù)據(jù)聚類成不同的簇?？梢院茏匀坏耐茢啵诙嗯_相似類型的設(shè)備中，大部分設(shè)備是健康的，數(shù)據(jù)特征是類似的。所以，聚類結(jié)果中有著大量樣本點的簇可以視為健康簇。而那些游離于健康簇之外的樣本、少量點組成的小簇，則指征著設(shè)備的異常工作狀態(tài)。
關(guān)于貝加萊
貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創(chuàng)新型自動化企業(yè)。2017年7月，貝加萊成為ABB集團的機械自動化事業(yè)部。作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結(jié)合，為幾乎每個行業(yè)的客戶提供面向機器與工廠自動化、運動控制、HMI和集成安全技術(shù)的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERlink、openSAFETY等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標準，以及強大的Automation Studio軟件開發(fā)平臺，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。受簡化流程和超出客戶預(yù)期的承諾驅(qū)動，貝加萊始終保持創(chuàng)新精神并處于工業(yè)自動化領(lǐng)域的前沿。
獲取更多信息，請訪問www.br-automation.com。