研華單晶爐長晶監(jiān)控解決方案

工廠自動化機械自動化

導(dǎo)語：
　  晶硅光伏電站約有7成使用多晶硅，3成使用單晶硅，且單晶使用主要集中在美國、日本等少數(shù)發(fā)達(dá)國家。國內(nèi)歷經(jīng)前幾年的光伏市場波動和搶裝熱潮，多晶以其低價和產(chǎn)能優(yōu)勢迅速搶占國內(nèi)低端市場。從目前新的發(fā)展趨勢看，未來競爭更加市場化，對電站的發(fā)電效率、運營能力要求增加，考慮電站全成本收益，單晶電站的優(yōu)勢將受到市場進一步認(rèn)可。隨著金剛線切割、 PERC技術(shù)等引入，單晶領(lǐng)域的不斷快速進步，單晶生產(chǎn)成本快速下降并逐步接近多晶，使得單晶方棒成本以更快的速度下降，并且單晶方棒與多晶方錠的成本差距在逐年縮小接近。 
      隨著光伏市場的快速發(fā)展及我國光伏‘’計劃的實施，對太陽能電池的效率和質(zhì)量提出了更高的要求。相比多晶的率，單晶硅組件逐步在低端市場擴大應(yīng)用，迎來快速增長。

• 項目背景

      -受益單晶市場增長，受益確定，在成本和規(guī)模上，加強與質(zhì)量數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)控制與現(xiàn)場管理，加強對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)現(xiàn)場管理，通過全產(chǎn)業(yè)鏈布局和深耕細(xì)作形成核心優(yōu)勢。  
      -單晶硅片屬于高門檻制造業(yè)。單晶相比多晶而言，技術(shù)門檻要高很多，工藝沉淀與成本控制是核心。多次拉晶技術(shù)、金剛線切割、薄片化等技術(shù)應(yīng)用，持續(xù)推進非硅成本下降，同時提升單晶硅片的品質(zhì)管控， 
      -單晶領(lǐng)域通過提升單晶爐自動化、智能化控制水平，減少單晶生長過程中的人為干預(yù)和用工數(shù)量，從而提高增加單晶單爐產(chǎn)量與成晶率并降低人工成本。通過導(dǎo)入單晶快速生長技術(shù)，有望實現(xiàn)單晶生產(chǎn)速率30-40%的提升。 
      -在控制設(shè)備選型上符合設(shè)備智能化、*化、化、低成本化的發(fā)展趨勢。這樣把握光伏化的市場機遇，通過精細(xì)化管控、產(chǎn)品品質(zhì)提升、成本降低，持續(xù)打造市場核心競爭力成為光伏行業(yè)新時期的新。 
 

• 系統(tǒng)描述    

      在單晶硅生產(chǎn)過程中,硅片的直徑大小和晶體生長過程的自動化程度,對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響。硅單晶生長技術(shù)的發(fā)展要求設(shè)備智能化具備穩(wěn)定性好、質(zhì)量可靠、操作使用方便等。zui大限度免除認(rèn)為因素對生長過程的干擾，必須提高和優(yōu)化設(shè)備的穩(wěn)定性、性和智能程度。單晶爐控制柜控制整個單晶爐安全正常運轉(zhuǎn)和加熱功率的變化，控制真空系統(tǒng)運行。

      控制系統(tǒng)的工控機采用研華嵌入式無風(fēng)扇UNO，維護方便，可靠性高，抗干擾性好，功耗低。研華工業(yè)級平板顯示器FPM-2120G，觸摸功能使操作方便簡潔直觀，完整的工藝設(shè)定界面、多種曲線和數(shù)據(jù)分析顯示直觀。UNO+FPM構(gòu)成工藝實時監(jiān)控的平臺。使計算機可以自動完成幾乎所有的工藝過程。從抽真空-檢漏-熔料-引晶-放肩-等徑-收尾到關(guān)機全過程實現(xiàn)全自動化完成。而UNO-3073的良好擴展性可以把光學(xué)直徑測量儀，以及機械傳動部分整合到整個系統(tǒng)。
      同時UNO可作為生產(chǎn)控制信息化平臺。根據(jù)兩化融合智能制造生產(chǎn)趨勢，加強生產(chǎn)過程控制，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)追溯，滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要，各工廠車間要實現(xiàn)生產(chǎn)流程進行定制，實現(xiàn)現(xiàn)場管理、質(zhì)量數(shù)據(jù)，基于物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式智能設(shè)備與人機界面構(gòu)建成車間、班組的生產(chǎn)管理的平臺。
      通過研華工業(yè)以太網(wǎng)交換機的聯(lián)網(wǎng)，采集的生產(chǎn)過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，上傳到公司服務(wù)器，形成產(chǎn)品質(zhì)量檔案，為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供完整數(shù)據(jù)。同時原輔材料的消耗統(tǒng)計、產(chǎn)量統(tǒng)計表、物料平衡表等實時查詢獲取，有效地保證車間生產(chǎn)與財務(wù)核算數(shù)據(jù)統(tǒng)一。實現(xiàn)生產(chǎn)信息透明化實時在線信息透明化，實時物料平衡信息透明化，領(lǐng)料、完工、回收料、產(chǎn)能信息透明化。
 

• 項目實施

       控制器UNO-3073G是系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是性能、的計算平臺類產(chǎn)品， 
       -可靠性： 具有全密閉、無風(fēng)扇、整機無線纜連接.采用板載In® Celeron® 807處理器的嵌入式無風(fēng)扇工業(yè)電腦。超低功耗CPU搭配主散熱面豎置設(shè)計，具有的散熱性，可適應(yīng)更高溫度的工業(yè)現(xiàn)場。UNO-3073GL采用雙電源、雙硬盤相互備份、雙顯示的冗余設(shè)計，使運行更可靠。 
       -通訊能力：UNO-3073GL通訊整合，網(wǎng)絡(luò)化性能.兩個千兆以太網(wǎng)口具有錯容能力、負(fù)載均衡、鏈路聚合的網(wǎng)絡(luò)分組能力 
       -擴展能力：具有靈活的擴展功能,帶3個標(biāo)準(zhǔn)PCI和PCI-E總線擴展槽等特點,可擴展視覺和運動控制功能，為用戶提供*自動化解決方案。 
       -設(shè)備狀態(tài)診斷：UNO-3073GL內(nèi)置智能BIOS，通過繼電器功能或LED顯示，可及時診斷系統(tǒng)狀態(tài)。適用于運動控制、工廠自動化、工廠管理執(zhí)行

       研華經(jīng)濟型工業(yè)等級平板顯示器FPM-2120G.適用于空間有限的工業(yè)現(xiàn)場，支持懸臂安裝，經(jīng)濟耐用，質(zhì)量可靠。采用全金屬外殼工藝設(shè)計和工業(yè)級堅固前面板設(shè)計并具備OSD功能。 FPM-2000系列的設(shè)計更為簡潔，對前后框尺寸都進行了縮小處理。帶有適配器鎖固套件，可鎖固I/O連接器設(shè)計,以確保電纜正常工作。觸屏本身也采用工業(yè)等級設(shè)計,單點可實現(xiàn)每秒兩次以250g的力度點擊達(dá)3600萬次。方便現(xiàn)場物料的監(jiān)控，物料損失及成品率、損耗率一目了然。 
       工業(yè)以太網(wǎng)交換機設(shè)備EKI-2525具有EKI 系列的標(biāo)準(zhǔn)性能。它提供了12~48VDC 冗余電源輸入設(shè)計及電源極性反接保護、過載可重設(shè)保險管雙重安全保護機制。前者可保證當(dāng)電源連線正、負(fù)端被接反時，設(shè)備也不會因此損壞，仍會正常工作。后者可保證電源連接恢復(fù)正常時，系統(tǒng)免于過載電流的損害并回到正常工作狀態(tài)。EKI-2525的每個端口都有連接狀態(tài)傳輸速度及沖突狀態(tài)的指示燈。在電源發(fā)生故障時，設(shè)備將會使用繼電器輸出，LED 指示燈亮并報警通知管理員。工程師可方便地通過指示燈對硬件進行快速的檢查及故障診斷。EKI-2525具備緊湊的IP30 等級的金屬外殼，能夠保證在惡劣的工業(yè)環(huán)境下正常工作。 
        研華TPC觸控平板電腦在系統(tǒng)整體聯(lián)網(wǎng)運作時,可實時物料平衡信息透明化，領(lǐng)料、完工、回收料、產(chǎn)能信息透明化；利用**表可以實時準(zhǔn)確的導(dǎo)出機臺產(chǎn)量，產(chǎn)品類型加工量，做到過程監(jiān)督。 
        TPC-1551T瘦客戶端平板電腦采用低功耗嵌入式英特爾 Atom e3827 1.75 GHz雙核處理器、以及zui高達(dá)8G DDR3L內(nèi)存，具有緊湊、無風(fēng)扇的特點。TPC-1551T裝配了具有IP66防水等級的15寸全平面5線電阻觸摸屏，并支持- 20 ~ 60°C寬工作溫度，耐久性更強。TPC-1551T可兼容全尺寸迷你PCIe卡，滿足自動化應(yīng)用的需求；并可通過與研華iDoor模塊相互搭配實現(xiàn)對3G / GPS / GPRS / WiFi通信和電池備份MRAM等功能的豐富擴展。 
 

• 系統(tǒng)架構(gòu)圖

總結(jié)

      客戶在單晶硅片領(lǐng)域產(chǎn)銷規(guī)模持續(xù)擴張。對于技術(shù)的深入理解、前瞻的戰(zhàn)略選擇、成本下降的力度成為*，擴大在成本、技術(shù)與客戶方面的優(yōu)勢。 
      客戶通過多次投料、增加單爐投料量、控制拉棒速度來提高月產(chǎn)量以降低拉棒成本，通過導(dǎo)入金剛線以降低切片成本。公司精益化管理的將研華智能設(shè)備的應(yīng)用于生產(chǎn)與信息化。非硅成本未來每年將有10%以上的下降潛力，硅單耗亦有15%以上的下降空間，這將為客戶創(chuàng)造更多的盈利彈性。隨著新設(shè)備的應(yīng)用，單晶硅產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率不斷提高，構(gòu)筑了客戶在成本方面的核心競爭優(yōu)勢。智能設(shè)備的應(yīng)用與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將使客戶單純單晶硅片制造企業(yè)，向單晶產(chǎn)業(yè)鏈平臺企業(yè)發(fā)展。