作為綠色能源，風力發電和光伏在過去的數年里產生了飛躍，在過去的幾年里，中國投資數千億于光伏產業的發展，各地快速的建立了各自的光伏產業園區，光伏產業包括原材料、晶硅與薄膜電池生產系統、電池組件生產、逆變器與光伏電站的建設等均快速發展，在股票市場，光伏概念的股票也快速的成長，業績輝煌。

1、快速成長的太陽能光伏市場

當然，太陽能行業面臨巨大的挑戰

1.1成本關

對于晶硅電池的生產而言，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的設備投資分攤，將影響整個行業在未來的發展，如果無法快速的解決成本問題，將會導致產業的發展失去市場的動力。

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單晶硅和多晶硅的提煉技術，需要通過進口來獲得，因此，整體成本較高，另一方面，太陽能產業必須依賴大規模的生產來降低整體成本。

1.1.2技術關

這些則不僅包含了控制技術，也包括了工藝控制、設備互聯的管理優化、機器人技術等。

技術保密與代碼安全也是考慮因素。

1.2解決成本問題的辦法

從生產系統角度來解決成本，則依賴于從設備投資、生產效率提升來考慮，自動化技術將與工藝結合來提升整個生產系統的效率，這包括以下方面的系統需求。

1.2.1提高自身工藝技術的研發，降低對進口原材料的依賴。

1.2.1.1設備的自主研發

由于長期以來，設備均依賴于進口，使得在初始投資方面非常大。

1.2.1.2工藝技術的攻關

除了良好的設備外，工藝技術的研究和提高也是必須的，因為即使同樣的設備，而無法掌握工藝與生產過程的話則仍然無法生產高品質的產品；

1.2.2提高生產系統效率，降低生產成本

1.2.2.1提升設備的性能等級

1.2.2.2整個生產系統互聯，建立整廠級的生產優化；

1.3對于控制系統所提出的需求

如何提高生產系統的能力，作為控制系統提供商，我們從控制系統角度來分析解決的辦法：

1.3.1高性能的控制系統

提高設備的加工速度、加工精度則需要高性能系統來處理實時任務；

a)實時任務處理的PLC

b)實時以太網技術

c)高速運動控制系統

1.3.2提高設備互聯的能力

d)開放的接口連接能力

e)機器人系統

f)高性能過程控制系統；

g)OPC技術與上位ERP系統的互聯能力

1.3.3集成開發平臺降低系統開發的成本

h)滿足全流程的服務能力

i)開發復雜算法的能力

j)安全系統集成

k)內置的模塊與

2、太陽能晶硅生產流程

太陽能晶硅電池由多個生產工藝段構成，其中包含了對于運動控制要求較高的切片、機器人、絲網印刷，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、擴散、PECVD與燒結單元，如下圖：

晶硅電池生產流程

2.1單晶硅拉制/多晶硅鑄錠爐

通過晶籽植入，將材料在坩堝中進行溫度控制形成溫度梯度，晶體材料在這個過程中逐漸結晶形成棒狀，通過提升機構逐漸解析。

2.2多線切割機

單晶硅棒材通過切方后進入多線切割機，該系統通過將噴涂石英砂的鋼絲纏繞在驅動輥上對棒材進行研磨切削，可以實現同時對數百片晶硅片的生產，其要求非常高的切割質量，包括厚度、翹曲度、TTV值的指標。

2.3清洗制絨

在切割單元表面會由于切削而產生表面的材料顆粒和不規則的表面，通過清洗使得表面光滑，再進入制絨單元對晶硅表面進行四面體的形成－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擴散－通過擴散工藝在晶硅表面生成PN結

2.5刻蝕祛磷硅玻璃

由于在擴散中使得表面形成了整體的PN結，需要對這個邊緣進行刻蝕處理，以便使得PN結不能互連，同時在前道生成的磷硅玻璃也需要被化學方法祛除。

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，可以在晶硅表面沉積一層氮化硅膜來實現這一需求。

2.7絲網印刷

由于晶硅表面形成了可以導電的PN結，需要對其進行電源的印制，為了節省成本，必須以最小的原材料消耗進行此項印刷，形成正極和負極。

2.8燒結爐

對絲網印刷的電極進行燒結處理，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，確保可用性和參數滿足技術指標

2.10后道處理設備

包括層壓機、覆設、裝盒、打碼標記等。

3、晶硅電池生產過程中對于控制的需求

在整個生產的各個工藝段，對于控制系統的工藝和控制系統的性能、功能等的需求是變化的，下圖描述了按照流程的不同而產生的控制系統需求的變化。

4、貝加萊為太陽能行業提供的解決方案

作為基礎硬件與軟件平臺提供商，貝加萊為太陽能晶硅電池領域提供具有自主研發和滿足行業需求的軟硬件平臺，確保程序的安全與平臺獨立性，提供軟件功能塊以便系統快速的組件，而遠程診斷與維護則提供了系統故障快速定位與系統最低的當機時間。

下面我們僅介紹一些常用的技術，用以解決在太陽能晶硅電池設備中的實際問題。

4.1ACOPOSmulti節能與斷電停車

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

4.1.1節能設計

共直流母線的ACOPOSmulti使得系統中的總體能量得到優化，在一個運動系統中，通常電機有兩種運行狀態，一種是電動機，另一種是發電機狀態，尤其是在多軸系統中，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制，那些發電狀態的能量同樣可以回饋到直流母線單元，從而使得整個系統內部的能量得到優化，使得整個運動系統的吸入電流得到有效降低，能夠最大限度的發揮節能作用。

4.1.2.斷電同步停車技術

對于ACOPOSmulti伺服驅動器而言，斷電停車功能是其基于直流母線技術(CommonDC-BusTechnology)而產生的先天性技術優勢,我們都知道，對于電機而言它有兩個主要的運行狀態，在第一象限磁場空間里，電機作為電動機在運行，當電機處于制動狀態時，則磁場空間產生反向工作，其在這個時候可以理解為運行在發電機狀態，產生交流電流-對于ACOPOSmulti驅動器而言，其逆變單元不僅可以產生正向的AC-DC-AC轉換，也可以逆向運行為AC-DC轉換，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行在這個DC-Bus上。

對于多線切割這樣的系統而言，若出現停車狀態將會使得被切割的棒材產生操作中斷造成巨大的損失-同步停車可以確保系統的停車處于穩定的可控狀態，而不會產生紗線斷裂、晶硅片位置輸出、導引輪、放卷收卷軸之間的偏差而造成系統問題。

4.2機器人技術

4.2.1GMC下的機器人系統設計

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

全關節型機器人

Tripod

SCARA

伽利略機器人…

…

GMC所支持的機器人庫提供了14種不同的機器人類型庫的支持能力，基本上能滿足各工業領域對于機器人的需要。

4..2.2機器人慣量前饋控制技術

4.2.2.1抖動問題

在機器人系統中，由于機器人的各個關節的機械特性隨著運動過程的變化，其慣量產生了變化，例如，當機械臂處于X軸方向伸長時，則沿著Y軸方向的旋轉在0～90度范圍內慣量產生了變化，從最大慣量到最小慣量，當這個臂旋轉超過90度～180度范圍的話，則其慣量又開始變大，由于這種慣量所產生的變化，會對驅動器整個控制過程產生調節的振動，這也是目前機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，貝加萊控制系統與MATLAB/Simulink建模建立接口連接，經過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產生控制器的C代碼，而這一代碼無需手工重寫即可導入到B&R控制器中，從而實現在環測試。

其結構如下圖：

通過這種方式，貝加萊很好的解決了機器人運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

4.3.1需求

對于單晶硅拉制、多晶硅鑄錠、擴散、PECVD、燒結等各個晶硅電池生產過程而言，熱場的控制是為關鍵，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間的溫度梯度空間來實現，并且溫度控制的精度和響應速度會影響到生產中的質量和效率-而對于擴散、燒結同樣如此。

溫度控制與運動控制的高速響應不同，它屬于大滯后的對象，而這類控制過程的難點則在于其溫度控制的算法設計，但是，僅僅是算法的強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用軟件在系統開發中的作用，軟件不僅僅包含其算法設計的合理與先進，而同時也包括了項目的工程應用的簡便性：

4.3.2.2軟件模塊的獨立性

軟件模塊的獨立性在軟件工程中代表著軟件的“低耦合”特性，即該軟件設計的模塊化中各個獨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構造成大的損失，而B&R的溫控模塊則具有顯著的獨立特點，其溫區的增加、減少就像開關的開斷一樣方便，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、超溫狀態進行可定義的報警輸出，并使得工藝操作人員能夠對當時的工藝狀態進行有效的分析。

4.3.2.4控制輸入與輸出對象

對于各種常規的溫度控制方式提供了不同的對應輸出模式，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行濾波、補償的算法，確保測量的準確性。

4.3.2.5軟件連接與其它軟件模塊的連接

確保了與溫度相關的控制對象也被集成在內，系統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之間的數據接口，可以使得使用者在非常短的時間內實現趨勢圖的生成、柱狀圖的顯示、溫區的下拉列表式選擇與控制、并可實現模式切換、PID參數設置、整定狀態的顯示。

可以自行定義顯示的曲線顏色、曲線數量、溫度顯示精度、全屏操作等。

4.3.2.7溫度控制的系統化管理

這包括了對于系統的配置、配方管理、統計、服務狀態、報警的多個方面的應用。

對于單晶硅拉制、鑄錠、擴散等均需要維護各種配方的管理，根據需要生產不同批次的產品，這里提供了配方的管理、數據統計分析、報警管理以便對整個系統工藝參數的優化，由工藝工程師對整個過程實現及時的監控，基于數據基礎的分析達到對整個控制過程的參數優化，提高生產質量與效率。

因此，從軟件開發的角度來看，并非是一個簡單的軟件算法與工藝本身的技術問題，文檔的完整性，

如此功能強大，而易于使用，是B&R溫度控制模塊的設計目標，經過多年在諸如擠出機、注塑機、流延膜、冶金、半導體等領域的應用，其已經達到非常成熟的狀態，溫度控制精度高、軟件易于使用。

5、貝加萊系統應用領域

貝加萊系統已經在以下一些領域得到應用：

單晶硅拉制/帶狀硅拉制

切方/多線切割機

擴散爐

單腔室PECVD設備

絲網印刷設備的分布式I/O系統