一、需求的產生
太陽能晶硅電池在過去的幾年里產生了突飛猛進的發(fā)展,由于相對于薄膜電池來說較高的效率，原材料更為豐富易于獲得，使得它仍然在快速的發(fā)展。
太陽能電池由多晶硅錠/單晶硅棒材經切方,開方后到多線切割機上切片，然后經后道的制絨、擴散、清洗、祛PSG、PECVD氮化硅膜、絲網印刷電極、燒結、層壓、裝框等流程最終行程PV板并成片安裝構成了城市或日常的太陽能設備，如果大型的安裝則構成CPV太陽能發(fā)電站。
太陽能電池制造工藝流程圖
在這個過程中，切片質量是至關重要的一環(huán)，由于單晶/多晶硅材料的價格不斷上漲，如因切片質量造成損失不僅在切片工藝段會造成巨大的成本浪費，也會影響后道處理過程中的良品率，因此對于切割機的加工要求非常高，生產效率是另一個方面，如何滿足市場快速增長的需求，提供高品質的太陽能電池影響企業(yè)的市場盈利能力。
二、多線切割過程介紹
多線切割機由主軸、放卷單元、放卷牽引、前后導輪、收卷牽引、收卷構成，另外，還包括了砂漿泵系統(tǒng)，其運行過程如下：
多線切割機原理是通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割刃料（砂漿冷卻液）對半導體等硬脆材料進行摩擦，從而達到切割效果。在整個過程中，鋼線通過十幾個導線輪的引導，在主線輥上形成一張線網，而待加工工件通過工作臺的上升下降實現(xiàn)工件的進給，可將半導體等硬脆材料一次同時切割為數(shù)百片，多線切割技術與其他技術相比有：效率高，產能高，精度高等優(yōu)點。
切割過程圖
三、主要技術指標和功能需求
構成晶硅切片質量的關鍵指標包括彎曲度、翹曲度、平行度和總厚度公差TTV這些工藝參數(shù),這些由工藝控制來實現(xiàn)，對機械和電氣系統(tǒng)均提出了非常高的要求，同時機器性能指標也提出了具體的要求，包括在切割張力、切割線速度、線徑等方面。
為了滿足這些高精度的工藝指標需求，系統(tǒng)通常由多個伺服軸進行同步控制，主軸驅動是一個較大的伺服電機，放線、收線、進給、前后導輪均采用伺服電機來驅動，以便能夠滿足如此高精度的加工要求。
國際知名廠商的機器速度達到了10m/min以上,并且加工的晶片厚度可以達到0.1mm，總厚度公差TTV可達到10uM級，細微的偏差都會構成對晶片質量的影響。
砂漿是經過精確配置并使用在機器上的，無論在機器工作還是停止狀態(tài)均要保證砂漿泵的持續(xù)工作，否則冷凝下的砂漿將會無法使用，要求砂漿泵的驅動處于一直工作的狀態(tài)。
斷線檢測是另一個考慮的因素，通常斷線檢測由專用的系統(tǒng)來進行，提供給控制系統(tǒng)一個信號，以便系統(tǒng)在出現(xiàn)斷線時進行停機處理。
在項目的前期調研中，ACOPOS伺服驅動器在各種高動態(tài)響應要求的行業(yè)應用如凹版印刷無軸傳動，經編機電子送經EBC等的應用體現(xiàn)了其卓越的性能與高可靠性，同時Power Panel的大容量存儲與豐富的畫面編輯能力、Ethernet POWERLINK高速實時以太網技術均贏得了客戶的信任，雙方開啟了這一高性能機器的應用開發(fā)。
四、系統(tǒng)控制功能
4.1虛擬主軸同步
在多線切割系統(tǒng)中，主軸的旋轉、進給軸的位置、導引輪速度、收放卷構成了一個完整的運動系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，除了局部的張力控制，還包括各個軸之間的同步關系，在該系統(tǒng)中，主軸、導輪驅動、進給之間必須保持高速的同步關系，在啟動、加速、勻速、減速運動的各個階段必須保證系統(tǒng)的高度同步，在B&R系統(tǒng)中，各個軸之間圍繞著一個虛擬主軸進行同步，這個虛擬主軸并非實際存在的軸，而是按照系統(tǒng)設定的各個軸之間的位置、速度關系建立的一個同步模型，這個虛擬主軸可以運行在PCC上也可以運行在驅動器上，以每400uS刷新一次的方式給定每個軸的下一周期目標位置，通過POWERLINK傳遞給各個伺服軸，另外，由于POWERLINK支持直接交叉通信，因此，也可以建立軸與軸之間的位置關系，當主軸變化時從軸即跟隨主軸位置，這種虛擬主軸可以非常靈活的改變，當被切片材料的尺寸、鋼絲直徑等加工參數(shù)以及機械尺寸發(fā)生變化時，可以在HMI中輕松設定，自動計算系統(tǒng)的運動關系，同樣可以快速的切換到新的工藝上來。
ACOPOS可以支持軸與軸之間的直線運動關系即電子齒輪比，也可以支持曲線關系電子凸輪CAM的設計，并且可以通過Automation Studio軟件對曲線進行可視化的設計下載，這使得調試過程顯得更加直觀。
4.2張力控制系統(tǒng)
放線、放線導引輥、收線導引輥、收線輥構成了一個張力段， B&R ACOPOS具有直接力矩控制的能力(Direct Torque Control)，通過電流反饋獲得當前軸的力矩值，以實現(xiàn)恒扭矩輸出，在放卷走線期間、加速、勻速、減速等階段時間光滑的速度同步。
五、系統(tǒng)電氣特點
5.1POWERLINK高速實時以太網技術
Ethernet POWERLINK是最早開發(fā)并投入使用的實時工業(yè)以太網技術，可以達到100Mbps傳輸速度、0.1uS的系統(tǒng)時鐘同步和200uS的刷新速度，在該系統(tǒng)中，POWERLINK以其高速的實時性保證了虛擬主軸同步關系的建立和數(shù)據的交換，使得高精度控制所需的高刷新周期控制需求得到滿足。并且POWERLINK具有非常好的抗干擾能力。并且POWERLINK支持SIL3的功能安全等級，在未來，越來越重視安全的應用中，POWERLINK也必將起到更大的作用。
5.2ACOPOS智能伺服驅動系統(tǒng)
ACOPOS伺服驅動器支持復雜的運動控制關系，與POWERLINK配合可以實現(xiàn)非常復雜和高速的控制功能，其設計的速度環(huán)達到100uS，位置環(huán)控制達到200uS，可以滿足極為高速的運動控制需求。
5.3功能設計易于擴展
5.3.1遠程維護：在無需增加現(xiàn)有系統(tǒng)成本的情況下，通過設置Web Server、FTP Server可實現(xiàn)設備的遠程診斷與程序下載。
5.3.2組件擴展：如需增加伺服軸只需用Ethernet POWERLINK連接即可，無需增加傳統(tǒng)PLC加運動控制模塊方式的運動控制器,X20 I/O擴展無需更換底板，只需在右側增加即可。
5.3.3總線擴展：X20系統(tǒng)支持多種最流行的現(xiàn)場總線，例如:Profibus,DeviceNet,CANopen,Modbus TCP,Ethernet/IP等，貝加萊提供多種總線控制模塊用于系統(tǒng)擴展。
5.3.4軟件擴展：對于Automation Studio而言，模塊化的軟件設計變得更加容易，該系統(tǒng)設計為預設的軟件功能，建立多線切割的工藝庫，可根據機器的需求變化而進行軟件組件的自由搭建快速構建新的機器系統(tǒng)。
5.4配置系統(tǒng)圖
該系統(tǒng)中，主軸、前后導線輪、進給、收放卷各個軸采用了ACOPOS伺服驅動器，X20CPU和Power Panel系列人機界面。各個軸與分布式I/O站均配置為POWERLINK高速實時以太網接口，系統(tǒng)具有可再擴充的能力。例如：
系統(tǒng)配置圖
目前，該系統(tǒng)在客戶機器處運行可靠穩(wěn)定，產品質量達到預先設計的高精度要求。
