太阳能电池生产中基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术发布日期：2021-08-24

                                                                 升级的运动控制使激光烧蚀工艺的产量翻倍

太阳能电池生产中基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术

位于武汉东湖高新技术开发区（又称中国“光谷”）的武汉德雷激光科技有限公司（德雷激光）专注于激光系统和技术在太阳能电池生产中的应用。该公司使用基于 PC 的控制和 EtherCAT 代替专用的运动控制模块，通过升级和简化激光烧蚀机的控制结构，使生产吞吐率提高了一倍以上。

DR Laser 制造的机器用于烧蚀 PERC 太阳能电池背面的晶体介电钝化层（PERC 代表“钝化发射极后接触”）。与传统的太阳能电池生产工艺相比，硅片背面的铝不是直接去除，而是用激光选择性地打开电介质AL 2 O 3 /SiN层。除了最大限度地减少背面的金属接触面和交叉电阻之外，这还减少了金属和半导体界面之间的面积。短路电流和空载电压因此增加。

基于 PC 的控制和 EtherCAT 的优势

DR Laser 与倍福中国的关系可以追溯到 2018 年，当时该公司决定使用基于 PC 的控制和 EtherCAT 通信来标准化其太阳能电池生产主要系统中的控制技术。在激光烧蚀机中，CX5120嵌入式控制器作为主控制器。它连接到数字 HD EtherCAT 输入和输出端子以及 EtherCAT 伺服放大器，从而形成具有紧凑和简化布线的自动化系统的典型控制架构。正如DR Laser技术总监艾辉博士解释的那样：“传统的运动控制模块使用高性能微处理器和大型可编程器件来实现多轴协同控制。虽然它们集成了底层软件和硬件以提供控制速度和位置所需的功能，它们的轴可扩展性在一定程度上受到限制。此外，控制柜内的布局及其维护会变得非常复杂。”

Beckhoff CX5120 嵌入式控制器（右下方）构成了现代化激光烧蚀机控制解决方案的核心。

为了消除这些问题，DR Laser 选择了倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术，正如艾辉博士解释的那样：“使用倍福的 EtherCAT I/O 系统，可以非常轻松地集成各种外围设备和子系统. 由于基于 PC 的控制技术的开放性和 EtherCAT 的高速性，我们能够显着提高产量。此外，简化了系统结构和接线，EtherCAT 丰富的诊断功能降低了系统安装和维护成本。”

集成 PLC 逻辑和运动控制

无风扇、可安装在 DIN 导轨上的 CX5120 嵌入式 PC 控制 20 到 30 个伺服轴的 PTP 运动，同时还处理下游 I/O。结合数字高密度 (HD) EtherCAT 输入和输出端子模块，可实现极其紧凑的控制柜布局。据 DR Laser 称，单核 Intel ® Atom™ 处理器满足复杂多轴运动控制和传统 I/O 逻辑处理的所有要求。嵌入式 PC 还具有 1 秒 UPS，用于在电源故障时备份持久数据。

机器编程是通过 TwinCAT 软件平台进行的，为此集成的 PLCopen 运动控制模块为多轴运动控制逻辑的编程提供了广泛的功能接口，正如 DR Laser 电气部技术经理张浩解释的那样：“ CX5120 嵌入式控制器强大的多轴运动控制性能与 TwinCAT 软件的强大接口及其开放式编程环境一样给我们留下了深刻的印象。Beckhoff 提供的开放式编程框架使整个应用程序开发更加高效。此外，TwinCAT 还具有广泛的通信接口，可实现高度的系统兼容性。借助 ADS，TwinCAT 提供了一种高效的协议，用于与更高级别的 HMI 进行通信。”

高效开放的解决方案

DR Laser 提供一系列完整的工艺解决方案，从激光烧蚀机器到全自动激光划线机、激光钻孔和太阳能电池烧结系统。该公司已经在许多领域与 Beckhoff 成功合作，正如张浩所证实的那样：“Beckhoff 控制技术的软件兼容性和各种功能接口为我们提供了一个用于机器改造以及新产品开发的控制平台。处理系统。除了 PLC 和 PTP 运动控制功能外，Beckhoff 控制器还具有多轴耦合功能以及强大的凸轮和 NC-I 插补功能，支持进一步合作开发新机器，例如激光扫描仪。在设计新机器时，拥有标准化的软件平台尤为重要。此外，开放的 EtherCAT 现场总线架构能够对机器解决方案进行最广泛的优化。所有这些因素都提供了高度的灵活性和可持续性，并代表了公司发展的附加价值。”

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