浙江晶盛機電股份有限公司最早是使用單獨的過(guò)程和溫度控制系統來(lái)控制半導體單晶硅生長(cháng)過(guò)程。自從改用了倍?；?PC 的控制技術(shù)后，不僅節省了成本，而且其可擴展性也使項目的實(shí)施變得更加便捷。TwinCAT 軟件還能為客戶(hù)的知識產(chǎn)權保護注入附加值。

浙江晶盛機電股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：晶盛機電）總部位于中國浙江省，是全球領(lǐng)先的光伏和半導體設備供應商。晶盛機電憑借其優(yōu)異的設備工藝和多年積累的豐富行業(yè)經(jīng)驗，長(cháng)期位列全球長(cháng)晶設備龍頭。過(guò)去，晶盛機電一直使用傳統的 PLC 和溫度控制器實(shí)現單晶爐的自動(dòng)化。但溫度控制器的功能有限，并且與 PLC 結合使用時(shí)靈活性太差。因此，晶盛機電轉而采用倍?？刂破脚_，它由嵌入式控制器、TwinCAT 自動(dòng)化軟件和各種 EtherCAT 端子模塊構成，并結合 EtherCAT 工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)，能夠輕松、靈活地連接各類(lèi)現場(chǎng)設備。這種集成式控制平臺取代了兩臺獨立的設備，可以更靈活地滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性化需求。

穩定的工藝控制是重中之重

單晶生長(cháng)需要特定的溫度條件。硅原料首先在熔爐中被加熱熔化成液態(tài)硅，然后提拉頭上的單晶籽晶被浸入熔融的硅液中，開(kāi)始進(jìn)行晶體生長(cháng)。熔融硅液必須保持在一定溫度，緩慢旋轉籽晶，并向上提拉，使熔融硅液凝固，逐漸長(cháng)大到所需直徑的單晶硅錠。半導體單晶硅的優(yōu)點(diǎn)是其取向非常均勻，因此具有較高的轉換效率，它們被切割成硅片后可用于制作太陽(yáng)能電池組件。

這需要精確的順序控制和長(cháng)時(shí)間（數天至半個(gè)月）穩定的生長(cháng)過(guò)程控制。其中，溫度控制尤為重要，因為溫度不均勻可能會(huì )導致多晶材料在生長(cháng)時(shí)出現晶格結構缺陷。單晶爐持續運行時(shí)，控制系統需要處理大量數據。不過(guò)，這對于倍福的嵌入式控制器來(lái)說(shuō)不成問(wèn)題。適合 DIN 導軌安裝的工業(yè)級控制器在惡劣的環(huán)境條件下表現相當出色。晶盛機電一開(kāi)始使用的是 CX1030 嵌入式控制器，隨著(zhù)項目需求的增加，目前采用 CX9020 或 CX8190 作為中央設備控制器。隨著(zhù) CPU 性能的不斷提升，倍?？刂破鞯男阅芤仓鹉暝鰪?，幫助晶盛機電不斷優(yōu)化和提升其控制系統，從而提高了產(chǎn)品競爭力。

晶盛機電主要使用 TwinCAT 2 控制軟件，但對于某些項目需要使用新功能時(shí)，可以方便地切換到 TwinCAT 3 軟件平臺。在進(jìn)行切換時(shí)，只需對代碼稍作改動(dòng)，就可以擴展和升級原有項目。此外，TwinCAT 還支持多種通信協(xié)議，可以實(shí)現主控制系統與加熱系統和磁場(chǎng)產(chǎn)生系統等子系統的通信。這樣可以無(wú)縫地傳輸和共享信息，提高系統的整體效率和協(xié)同性。

晶盛機電高級專(zhuān)家王先生對倍福軟硬件平臺給予了很高的評價(jià)：“TwinCAT 軟件成熟穩定，其靈活的編程方式方便處理各類(lèi)數據。此外，基于 PC 的控制架構簡(jiǎn)化了控制器與集控系統的連接，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)系統和企業(yè)系統之間的數據交換?！?/span>

單晶爐不間斷穩定運行數天至兩周是確保高質(zhì)量半導體單晶生長(cháng)的重要前提

由于 EtherCAT 具有實(shí)時(shí)通信能力，晶盛機電可以從眾多可用的 EtherCAT 端子模塊中進(jìn)行選擇。

王先生解釋道：“EtherCAT 的分布式 I/O 模塊給項目帶來(lái)了極大的便利，拓撲結構靈活不受限制，具有非常多樣的配置選擇。我們可以根據不同項目的需求與成本進(jìn)行選擇。倍福的 EtherCAT 產(chǎn)品簡(jiǎn)單易用且兼容性好，可替換不同廠(chǎng)家的從站產(chǎn)品，在保證 EtherCAT 產(chǎn)品一致性前提下完全不影響整體性能和穩定性。由于 EtherCAT 無(wú)需交換機或其它有源器件，安裝和維護成本大大降低，同時(shí)也簡(jiǎn)化了系統的布線(xiàn)和調試工作?！?/p>

多任務(wù)處理便于程序加密

單晶爐控制程序的核心之一是溫度控制，客戶(hù)需要高度保密這部分知識產(chǎn)權。TwinCAT 模塊化自動(dòng)化軟件的優(yōu)勢在于，用戶(hù)可以方便地將整套控制程序根據其重要性，分離出多套子任務(wù)程序由不同用戶(hù)獨立管理。不同子任務(wù)程序的數據交換可通過(guò)變量映射實(shí)現。這些任務(wù)將在 TwinCAT 的 Runtime 中被調用。這種模塊化的設計使得系統的維護和開(kāi)發(fā)更加靈活和高效。晶盛機電采用多 PLC 任務(wù)處理，將核心工藝算法封裝在單個(gè) PLC 程序中。為了保護核心算法程序的安全性，晶盛機電將程序保存為無(wú)法反編譯的二進(jìn)制代碼。此外，程序部署也非常方便，只需要復制這些二進(jìn)制代碼文件到目標控制器上，即可實(shí)現程序的下載。

隨著(zhù)新一輪技術(shù)創(chuàng )新的迭代升級，王先生說(shuō)道：“晶盛機電推出了基于開(kāi)放平臺架構的第五代單晶爐，其最大的亮點(diǎn)在于改變了傳統的封閉控制系統模式，配置了基于開(kāi)放架構的用戶(hù)可編程的軟件定義工藝平臺。該平臺可以基于 TwinCAT 的 Automation Interface 功能通過(guò)高級語(yǔ)言編程自動(dòng)創(chuàng )建 TwinCAT XAE 組態(tài)實(shí)現。終端客戶(hù)可根據平臺接口，將自己的特殊制程工藝制作成模塊供平臺調用。這大大提高了終端用戶(hù)開(kāi)發(fā)個(gè)性化工藝的能力，助力他們在技術(shù)上持續創(chuàng )新提升競爭力?！?/p>

2023 年，晶盛機電代表團訪(fǎng)問(wèn)了倍福威爾總部（從左到右）：何超博士（負責倍福中國的區域銷(xiāo)售經(jīng)理，來(lái)自倍福德國總部）、華長(cháng)盛博士（倍福中國數據科學(xué)與工程部經(jīng)理）、馬興凱（倍福中國總經(jīng)理）、Hans Beckhoff（倍福全球總裁）、曹建偉博士（晶盛機電董事長(cháng)）、涂瑾（晶盛機電總裁助理）和 Kai Ristau（倍福全球銷(xiāo)售總監）