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(xiàn)的切片技術(shù)可以使得這個(gè)數字發(fā)展到高達4000-5000片，并且，一根晶棒的切割時(shí)間也從過(guò)去的十幾個(gè)小時(shí)縮短到90分鐘，這一切都意味著(zhù)，僅在切片這一環(huán)節，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(shí)也意味著(zhù)控制系統更高精度與相應能力要求。

圖1-多線(xiàn)切割基本原理圖

通過(guò)放卷張力控制、經(jīng)過(guò)多個(gè)輥（雙或三主輥）的排線(xiàn)、棒料的進(jìn)給、收卷，并且通過(guò)金剛線(xiàn)的往復實(shí)現切割，以提高金剛線(xiàn)的利用率。整個(gè)金剛線(xiàn)切片系統要達到非常高精度、穩定的張力控制，機器才能確保切割的穩定，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(lái)的發(fā)展方向，對于金剛線(xiàn)的切割而言，更細的金剛線(xiàn)才能切出更多的片，并降低表面粗糙度，進(jìn)而更好的成片質(zhì)量，而對于線(xiàn)速度而言，則意味著(zhù)更大產(chǎn)能帶來(lái)的成本下降，但這都對控制系統包括恒張力控制、高精度排線(xiàn)、高精度進(jìn)給等提出了更高的要求。

圖2-貝加萊光伏切片系統解決方案硬件架構

圖2是貝加萊為多線(xiàn)切割系統提供的解決方案，ACOPOSmulti提供了共直流母線(xiàn)驅動(dòng)技術(shù)，通過(guò)POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)提供百微秒級的高精度同步。

切片系統的功能性設計

在晶棒拉制后，經(jīng)過(guò)切方，進(jìn)入多線(xiàn)切割，這是至關(guān)重要的一環(huán)，每個(gè)晶棒都價(jià)值不菲，如果不能高品質(zhì)的生產(chǎn)出產(chǎn)品，那就會(huì )成為“成本”的構成，隨著(zhù)金剛線(xiàn)變得更細，這也使得對于切片的過(guò)程控制更為“精細”的要求，切片過(guò)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(guò)程的高品質(zhì)，整體的方差最小。

圖3-多線(xiàn)切割系統的功能需求

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)域數十年的積累，對于各種張力場(chǎng)景的張力控制貝加萊均可應對自如，自動(dòng)排線(xiàn)、平臺控制、掉電停車(chē)功能是多線(xiàn)切割行業(yè)所特殊的需求，貝加萊為此專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了大量的測試驗證，成熟的技術(shù)確保了拿來(lái)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(diǎn)

對于貝加萊的張力控制來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現扭矩前饋，這確保了在加減速階段也可以實(shí)現穩定的張力控制，不僅對于光伏金剛線(xiàn)，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(kāi)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、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(dòng)排線(xiàn)由于金剛線(xiàn)經(jīng)過(guò)主和從輥必須要排線(xiàn)，而輥子是加工輥、主/從輥的排列使得在整個(gè)排線(xiàn)過(guò)程中，特別是在加減速過(guò)程和排線(xiàn)換向過(guò)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(xiàn)輪廓，高階曲線(xiàn)來(lái)實(shí)現更高的精度控制，這對于機器來(lái)說(shuō)，只有如此，才能確保排線(xiàn)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(xiàn)和切割過(guò)程時(shí)，可以在線(xiàn)實(shí)現電流環(huán)和位置環(huán)模式切換，電流同步可以保證兩個(gè)主輥出力同步，有效的保證切割區內的金剛線(xiàn)張力穩定，同時(shí)也能很好的保證切割線(xiàn)弓最小，切割力最大，以獲得更高的切片質(zhì)量。

審計追蹤mappAudit是貝加萊系統中的mapp功能組件，它為系統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(shuí)在什么時(shí)間做了什么，并對其進(jìn)行記錄，以不可篡改的形式保存數據，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)量調整與優(yōu)化帶來(lái)數據依據。 

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，系統具有該項功能，將會(huì )使得這一實(shí)現變得簡(jiǎn)單，來(lái)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(guò)mapp模塊組合實(shí)現審計追蹤與數據應用

在審計追蹤的管理中，機器的各種參數以mappData模塊進(jìn)行收集應用，并通過(guò)mappUser的用戶(hù)管理，以及mappAudit的審計追蹤模塊對其進(jìn)行記錄，通過(guò)mappCom來(lái)實(shí)現軟件之間的連接。

掉電停車(chē)功能

對于光伏切片而言，無(wú)論是突發(fā)的急停開(kāi)關(guān)被按下或者突然的掉電情況下，同步停車(chē)都是必要的，否則，對于生產(chǎn)的浪費是巨大的，除了晶棒材料的損失，再恢復機器所需的成本也是高昂的，因此，掉電停車(chē)功能對于光伏切片是必選項。

圖8-基于A(yíng)COPOSmulti的掉電停車(chē)功能

采用ACOPOSmulti共直流母線(xiàn)驅動(dòng)技術(shù)，當系統主軸在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流通過(guò)再生線(xiàn)圈回到直流母線(xiàn)，并經(jīng)過(guò)DC/AC轉換，提供給其它軸的同步停車(chē)。

數據驅動(dòng)的預測性維護技術(shù)

將硅棒切割成厚薄均勻、切壁光滑的硅片，依賴(lài)于多線(xiàn)切割機的穩定運行。但在實(shí)際的生產(chǎn)中，難免會(huì )有設備出現故障的情況。在切割狀態(tài)下，設備的突發(fā)故障導致的突然停機，對于昂貴的硅棒會(huì )造成不可修復的損傷，導致直接報廢。這樣的突發(fā)停機帶來(lái)的材料損失及停機檢修的停產(chǎn)損失等是巨大的。所以，如何能夠在故障發(fā)生之前就進(jìn)行預警，使得工程師們能夠在工作間隙對設備進(jìn)行及時(shí)的干預、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(lèi)分析的預測性維護

如圖9所示，基于多年積累的行業(yè)專(zhuān)家知識，首先對多臺設備的數據進(jìn)行恰當的特征提取，以提煉出數據中與設備健康狀況最相關(guān)的信息。之后，使用人工智能算法對數據進(jìn)行自動(dòng)聚類(lèi)，使得特征相似的數據聚成一簇，而不相似的數據聚類(lèi)成不同的簇?？梢院茏匀坏耐茢?，在多臺相似類(lèi)型的設備中，大部分設備是健康的，數據特征是類(lèi)似的。所以，聚類(lèi)結果中有著(zhù)大量樣本點(diǎn)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(diǎn)組成的小簇，則指征著(zhù)設備的異常工作狀態(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(dòng)化企業(yè)。2017年7月，貝加萊成為ABB集團的機械自動(dòng)化事業(yè)部。作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結合，為幾乎每個(gè)行業(yè)的客戶(hù)提供面向機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化、運動(dòng)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(kāi)發(fā)平臺，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。受簡(jiǎn)化流程和超出客戶(hù)預期的承諾驅動(dòng)，貝加萊始終保持創(chuàng )新精神并處于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的前沿。