非晶硅電池生產(chǎn)的pvd工藝主要用來(lái)制作太陽(yáng)能電池板的背電極，它對(duì)整個(gè)電池產(chǎn)品的質(zhì)量起到非常重要的作用莉孽，因此對(duì)pvd設(shè)備的控制要求也相對(duì)較高恼稠。

1  引言

太陽(yáng)能作為綠色清潔能源有著廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿ΑＤ壳皣?guó)內(nèi)太陽(yáng)能行業(yè)正在蓬勃發(fā)展火晕，主要以單晶硅来锥，多晶硅，和非晶硅產(chǎn)品為主液珠。其中非晶硅產(chǎn)品以價(jià)格低廉腥例，污染小，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注酝润。對(duì)非晶硅太陽(yáng)能電池的制造設(shè)備的需求也在不斷增加燎竖。包括等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備(pecvd)和物理氣相沉積設(shè)備(pvd)下文稱(chēng)pvd等主要設(shè)備。本文提供了用西門(mén)子的s7-300和wincc作為pvd控制系統(tǒng)的方案要销。

wincc即windows control center(視窗控制中心)构回，是一個(gè)功能強(qiáng)大的全面開(kāi)放的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用于小規(guī)模簡(jiǎn)單的過(guò)程監(jiān)控疏咐，也可以用于復(fù)雜的工控領(lǐng)域纤掸。

simatic s7-300系列可編程控制器是西門(mén)子全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的控制核心，是其集成與開(kāi)放特性的重要體現(xiàn)浑塞，該系列穩(wěn)定借跪、可靠和故障率低患民，在全球自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和成功經(jīng)驗(yàn)。

2  項(xiàng)目背景

北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的北京精誠(chéng)鉑陽(yáng)光電設(shè)備有限責(zé)任公司垦梆，隸屬于鉑陽(yáng)太陽(yáng)能技術(shù)控股有限公司(“鉑陽(yáng)”)匹颤。該公司專(zhuān)注提供經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的大規(guī)模薄膜太陽(yáng)能電池生產(chǎn)設(shè)備及整套生產(chǎn)線。公司由專(zhuān)注太陽(yáng)能業(yè)務(wù)的apollo precision limited在2009年11月在香港上市托猩。其太陽(yáng)能業(yè)務(wù)由一支行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)團(tuán)隊(duì)來(lái)領(lǐng)導(dǎo)卡催，在薄膜技術(shù)，真空處理及精密制造方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)溶迹，可為客戶量身定制具有廣泛應(yīng)用的整線方案及設(shè)備绘菲，產(chǎn)品組合包括：獨(dú)有的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備，用于光伏層的沉積剩织。獨(dú)有的磁控濺射設(shè)備雄工，用于沉積導(dǎo)電電極層。自動(dòng)化整線服務(wù)硬拴，經(jīng)集成的成套薄膜太陽(yáng)能電池制造系統(tǒng)番产。

3  工藝自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 pvd工藝

pvd是英文physical vapor deposition(物理氣相沉積)的縮寫(xiě)，是指在真空條件下魁济，采用低電壓逞翰、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使被蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離孙已，利用電場(chǎng)的加速作用吝都，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上。pvd技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)七十年代末淋袖，制備的薄膜具有高硬度鸿市、低摩擦系數(shù)、很好的耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)即碗。

非晶硅電池生產(chǎn)的pvd工藝主要用來(lái)制作太陽(yáng)能電池板的背電極焰情，它對(duì)整個(gè)電池產(chǎn)品的質(zhì)量起到非常重要的作用，因此對(duì)pvd設(shè)備的控制要求也相對(duì)較高拜姿。pvd設(shè)備要求將鋁或氧化鋅等背電極材料通過(guò)磁控濺射的形式鍍到電池片上烙样，并能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求對(duì)濺射電源的功率、傳動(dòng)速度蕊肥、濺射壓力以及氣體流量等工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.2 控制系統(tǒng)

整套控制系統(tǒng)由8部分組成：(1)真空控制單元蛤肌；(2)傳動(dòng)控制單元壁却；(3)流量控制單元；(4)電源控制單元裸准；(5)測(cè)試檢驗(yàn)單元展东；(6)數(shù)據(jù)采集單元赔硫；(7)真空測(cè)量單元；(8)烘烤加熱單元盐肃。

(1)真空控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)包括分子泵估浴、機(jī)械泵、羅茨泵锚倦、干泵和若干真空閥門(mén)酒管。其中分子泵要求讀取轉(zhuǎn)速和狀態(tài)等參數(shù)因此采用profibus控制方式。

(2)傳動(dòng)控制系統(tǒng)：每個(gè)真空室和進(jìn)出片架上都有傳動(dòng)電機(jī)任咨，多個(gè)電機(jī)每個(gè)電機(jī)由一個(gè)變頻器獨(dú)立控制拌艳。要求對(duì)變頻器的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，狀態(tài)進(jìn)行讀取簇友，頻率進(jìn)行設(shè)定橙樟。因此采用profibus控制方式。

(3)流量控制單元：要求對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的當(dāng)前流量進(jìn)行讀取肠豺，并能夠設(shè)定工藝流量沸稻。采用高精度的模擬量輸入和輸出模塊可以實(shí)現(xiàn)所需功能。

(4)電源控制單元：要求對(duì)8臺(tái)直流濺射電源的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制俐粪。讀取當(dāng)前的功率值败芙、電流值、電壓值惫谤，并選擇控制方式壁顶，送設(shè)定值。因此選擇profibus控制方式實(shí)現(xiàn)所需要求溜歪。

(5)測(cè)試檢驗(yàn)單元：鍍膜工藝結(jié)束后若专。通過(guò)測(cè)試電池片上的電阻來(lái)檢驗(yàn)鍍膜的厚度和質(zhì)量。以穩(wěn)壓電源為標(biāo)準(zhǔn)將采集到的模擬信號(hào)接入plc進(jìn)行計(jì)算通過(guò)wincc控制界面顯示出來(lái)供工藝人員實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)蝴猪。

(6)數(shù)據(jù)采集單元：安裝條碼槍通過(guò)rs485通訊方式將電池片上的條碼讀到plc中调衰。再由plc將條碼和電池片的相關(guān)參數(shù)傳給wincc。由wincc建立一個(gè)txt文本保存這些工藝參數(shù)自阱，并將這個(gè)文本發(fā)送到指定的文件夾中供ems(生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng))采集嚎莉。

(7)真空測(cè)量單元：由高真空計(jì)和低真空計(jì)以及負(fù)責(zé)工藝真空測(cè)量的薄膜規(guī)組成。采用高精度的模擬量輸入模塊將這些模擬量信號(hào)采集進(jìn)入到plc沛豌，再由plc進(jìn)行計(jì)算處理將算好的真空度值實(shí)時(shí)的發(fā)送給wincc進(jìn)行顯示趋箩。

(8)烘烤加熱單元：由熱電偶、溫度控制表加派、可控硅模塊叫确、碘鎢燈組成的三路獨(dú)立的閉環(huán)pid控制系統(tǒng)。采用rs485的通訊方式將溫度的當(dāng)前值發(fā)送到plc再由plc將設(shè)定的溫度值送到溫度控制表中。

非晶硅電池生產(chǎn)的pvd工藝監(jiān)視畫(huà)面如附圖所示玲装。

附圖 pvd工藝監(jiān)視畫(huà)面

4  系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與調(diào)試

4.1西門(mén)子方案選擇依據(jù)

由于設(shè)備中對(duì)泵谍潮、電源、變頻器的要求較高墅糯。需要傳遞的參數(shù)和信息很多慷啊，且要根據(jù)工藝的變化作出實(shí)時(shí)的調(diào)整。故采用profibus總線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)需求况逼。profibus通訊速度快最高可到12m使用靈活(可根據(jù)gsd文件靈活選擇所需功能塊)支持從站數(shù)量多且應(yīng)用廣泛目前很多產(chǎn)品都支持該總線某扑。

由于系統(tǒng)中profibus從站較多，所以選擇2dp類(lèi)型的cpu忙甩，又由于對(duì)通訊速率尽舱，系統(tǒng)循環(huán)周期以及工作內(nèi)存等的要求較高故采用cpu317。

采用cp340通訊模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)rs485通訊揉罗。分擔(dān)了cpu的一部分工作元炭。提高了plc整體的工作效率，確保了通訊的可靠性掷情。

wincc7.0亞洲版軟件相對(duì)于wincc6.0在各個(gè)方面都有很大的提高和改進(jìn)软吐。支持vbs和c語(yǔ)言給編程提供了很大方便。同時(shí)支持對(duì)api函數(shù)和控件的調(diào)用提供了很大功能擴(kuò)展空間吟税。將來(lái)可以方便得組成cs系統(tǒng)凹耙。通過(guò)安裝wincc的各種配套附件如databridge，webnavigate肠仪，datamonitor肖抱。方便的擴(kuò)展聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集發(fā)布功能。

采用cp343以太網(wǎng)通訊模塊使上下危機(jī)之間的通訊速率達(dá)到了100m异旧，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速交換確保了控制的實(shí)時(shí)性意述。

西門(mén)子plc的可靠性和穩(wěn)定性確保程序正常運(yùn)行保證設(shè)備按照設(shè)定好的工藝參數(shù)生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

項(xiàng)目中使用的西門(mén)子自動(dòng)化產(chǎn)品的型號(hào)吮蛹、數(shù)量荤崇、類(lèi)型、何種控制對(duì)象如附表所示潮针。

附表  目中使用的西門(mén)子自動(dòng)化產(chǎn)品數(shù)據(jù)

4.2 項(xiàng)目調(diào)試

在編程中將各個(gè)系統(tǒng)編制成fb和fc功能塊方便分開(kāi)調(diào)用术荤。由于需要控制的量很多所以在使用m區(qū)地址和定時(shí)器計(jì)數(shù)器時(shí)要額外注意不能沖突。實(shí)際調(diào)試時(shí)因?yàn)樾枰刂频臇|西很多所以要按照一定步驟順序調(diào)試每篷。只有前一步的調(diào)試完成了才能進(jìn)行后面的調(diào)試工作瓣戚。例如先調(diào)試閥門(mén)和泵。在調(diào)試電源和流量計(jì)最后才能濺射起輝光調(diào)試工藝自動(dòng)拘挖。調(diào)試自動(dòng)步驟時(shí)由于好多信號(hào)仿真起來(lái)不太方便所以只能現(xiàn)場(chǎng)全部接好線手動(dòng)都調(diào)試完后最后再進(jìn)行自動(dòng)調(diào)試找鹅。

4.3 項(xiàng)目運(yùn)行

pvd設(shè)備經(jīng)過(guò)出場(chǎng)調(diào)試以及客戶現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試翎钳。滿足工藝運(yùn)行的要求挑画，驗(yàn)收合格轩从。經(jīng)過(guò)一年多的正常使用沒(méi)有大個(gè)故障及問(wèn)題。已經(jīng)累積生產(chǎn)完成電池片30萬(wàn)片猎肄。取得了客戶的一致好評(píng)融沟。為客戶盈利以及清潔能源的普及做出了貢獻(xiàn)。

5  結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)西門(mén)子s7-300以及wincc的應(yīng)用欠住，作者充分體驗(yàn)到西門(mén)子全集成自動(dòng)化理念的先進(jìn)性能浮烫。熟練掌握了s7-300系列plc組態(tài)和集成開(kāi)發(fā)技術(shù)。對(duì)于s7-300的更高級(jí)的功能如higragh編程揉民、cba通訊杆荐、系統(tǒng)自診斷、各種fb鼎嫉、fc功能塊等還有待進(jìn)一步了解和掌握诉濒。

西門(mén)子的產(chǎn)品和軟件對(duì)于沒(méi)有基礎(chǔ)的人來(lái)說(shuō)上手不是很容易，但是其本身強(qiáng)大的功能以及可開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展的功能十分有幫助夕春。西門(mén)子plc體系的自頂向下的軟件工程開(kāi)發(fā)體系對(duì)于大型復(fù)雜系統(tǒng)的編程時(shí)效未荒，是常規(guī)的plc線性編程流程無(wú)法比擬的。

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