與10年前相比，采用砂漿的切片技術(shù)在單根晶棒上可以實(shí)現(xiàn)1000片的，今天，采用金剛線的切片技術(shù)可以使得這個(gè)數(shù)字發(fā)展到高達(dá)3500片，這意味著，僅在這個(gè)環(huán)節(jié)，單晶硅晶片的成本就達(dá)到了大幅度的下降，然而，這意味著更高的控制需求。

圖1-多線切割基本原理圖

通過放卷張力控制、經(jīng)過多個(gè)輥（雙或三主輥）的排線、棒料的進(jìn)給、收卷，并且通過金剛線的往復(fù)實(shí)現(xiàn)切割，以提高金剛線的利用率。整個(gè)金剛線切片系統(tǒng)要達(dá)到非常高精度、穩(wěn)定的張力控制，機(jī)器才能確保切割的穩(wěn)定，高效，達(dá)到高品質(zhì)的生產(chǎn)，并較之以往的漿料切片更高的產(chǎn)出。

為了降低成本，大尺寸、薄片是未來(lái)的發(fā)展方向，對(duì)于金剛線的切割而言，更細(xì)的金剛線才能切出更多的片，并降低表面粗糙度，進(jìn)而更好的成片質(zhì)量，而對(duì)于線速度而言，則意味著更大產(chǎn)能帶來(lái)的成本下降，但這都對(duì)控制系統(tǒng)包括恒張力控制、高精度排線、高精度進(jìn)給等提出了更高的要求。

圖2-貝加萊光伏切片系統(tǒng)解決方案硬件架構(gòu)

圖2是貝加萊為多線切割系統(tǒng)提供的解決方案，ACOPOSmulti提供了共直流母線驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過POWERlink實(shí)時(shí)以太網(wǎng)提供百微秒級(jí)的高精度同步。

切片系統(tǒng)的功能性設(shè)計(jì)

在晶棒拉制后，經(jīng)過切方，進(jìn)入多線切割，這是至關(guān)重要的一環(huán)，每個(gè)晶棒都價(jià)值不菲，如果不能高品質(zhì)的生產(chǎn)出產(chǎn)品，那就會(huì)成為“成本”的構(gòu)成，隨著金剛線變得更細(xì)，這也使得對(duì)于切片的過程控制更為“精細(xì)”的要求，切片過程必須能夠控制非常精準(zhǔn)，且同步精度高，才能確保晶片裁切過程的高品質(zhì)，整體的方差最小。

圖3-多線切割系統(tǒng)的功能需求

張力控制技術(shù)

卷徑與張力是貝加萊控制系統(tǒng)的基本工藝控制模塊，借助于在印刷、塑料、包裝眾多領(lǐng)域數(shù)十年的積累，對(duì)于各種張力場(chǎng)景的張力控制貝加萊均可應(yīng)對(duì)自如，自動(dòng)排線、平臺(tái)控制、掉電停車功能是多線切割行業(yè)所特殊的需求，貝加萊為此專門進(jìn)行了大量的測(cè)試驗(yàn)證，成熟的技術(shù)確保了拿來(lái)即用。

圖4-基本的張力控制模型

圖5-貝加萊張力控制的特點(diǎn)

對(duì)于貝加萊的張力控制來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)扭矩前饋，這確保了在加減速階段也可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的張力控制，不僅對(duì)于光伏金剛線，對(duì)于其它材料的張力控制同樣如此，因?yàn)?，這可以大幅降低開機(jī)浪費(fèi)，通常在生產(chǎn)中被認(rèn)為是必然的。另外張力的自適應(yīng)、多組張力的解耦等，都是貝加萊張力控制領(lǐng)先的技術(shù)特性。

自動(dòng)排線

由于金剛線經(jīng)過主和從輥必須要排線，而輥?zhàn)邮羌庸ぽ仭⒅?/span>/從輥的排列使得在整個(gè)排線過程中，特別是在加減速過程和排線換向過程中，其張力處于一種變化的狀態(tài)，因此，需要高精度電子凸輪曲線輪廓，高階曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的精度控制，這對(duì)于機(jī)器來(lái)說(shuō)，只有如此，才能確保排線精度高，切片的單片均方差最小。

主輥控制

切割室主輥，在繞線和切割過程時(shí)，可以在線實(shí)現(xiàn)電流環(huán)和位置環(huán)模式切換，電流同步可以保證兩個(gè)主輥出力同步，有效的保證切割區(qū)內(nèi)的金剛線張力穩(wěn)定，同時(shí)也能很好的保證切割線弓最小，切割力最大，以獲得更高的切片質(zhì)量。

審計(jì)追蹤

mappAudit是貝加萊系統(tǒng)中的mapp功能組件，它為系統(tǒng)提供了審計(jì)追蹤能力，從生產(chǎn)的可追溯性角度，生產(chǎn)需要了解誰(shuí)在什么時(shí)間做了什么，并對(duì)其進(jìn)行記錄，以不可篡改的形式保存數(shù)據(jù)，這樣就確保質(zhì)量、工藝的可追溯性，以為生產(chǎn)工藝人員的質(zhì)量調(diào)整與優(yōu)化帶來(lái)數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖6-審計(jì)追蹤原理

對(duì)于光伏晶片制造商而言，審計(jì)追蹤是提升其工藝質(zhì)量管控水平的關(guān)鍵，系統(tǒng)具有該項(xiàng)功能，將會(huì)使得這一實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)單，來(lái)自于在制藥領(lǐng)域的mappAudit功能，貝加萊同樣將其可用于光伏晶片生產(chǎn)的追溯。

圖7-通過mapp模塊組合實(shí)現(xiàn)審計(jì)追蹤與數(shù)據(jù)應(yīng)用

在審計(jì)追蹤的管理中，機(jī)器的各種參數(shù)以mappData模塊進(jìn)行收集應(yīng)用，并通過mappUser的用戶管理，以及mappAudit的審計(jì)追蹤模塊對(duì)其進(jìn)行記錄，通過mappCom來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件之間的連接。

掉電停車功能

對(duì)于光伏切片而言，無(wú)論是突發(fā)的急停開關(guān)被按下或者突然的掉電情況下，同步停車都是必要的，否則，對(duì)于生產(chǎn)的浪費(fèi)是巨大的，除了晶棒材料的損失，再恢復(fù)機(jī)器所需的成本也是高昂的，因此，掉電停車功能對(duì)于光伏切片是必選項(xiàng)。

圖8-基于ACOPOSmulti的掉電停車功能

采用ACOPOSmulti共直流母線驅(qū)動(dòng)技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)主軸在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流通過再生線圈回到直流母線，并經(jīng)過DC/AC轉(zhuǎn)換，提供給其它軸的同步停車。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)

將硅棒切割成厚薄均勻、切壁光滑的硅片，依賴于多線切割機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。但在實(shí)際的生產(chǎn)中，難免會(huì)有設(shè)備出現(xiàn)故障的情況。在切割狀態(tài)下，設(shè)備的突發(fā)故障導(dǎo)致的突然停機(jī)，對(duì)于昂貴的硅棒會(huì)造成不可修復(fù)的損傷，導(dǎo)致直接報(bào)廢。這樣的突發(fā)停機(jī)帶來(lái)的材料損失及停機(jī)檢修的停產(chǎn)損失等是巨大的。所以，如何能夠在故障發(fā)生之前就進(jìn)行預(yù)警，使得工程師們能夠在工作間隙對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的干預(yù)、維修，就成為了避免經(jīng)濟(jì)損失、保障生產(chǎn)的關(guān)鍵。

圖9-基于聚類分析的預(yù)測(cè)性維護(hù)

如圖9所示，基于多年積累的行業(yè)專家知識(shí)，首先對(duì)多臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶卣魈崛。蕴釤挸鰯?shù)據(jù)中與設(shè)備健康狀況最相關(guān)的信息。之后，使用人工智能算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)聚類，使得特征相似的數(shù)據(jù)聚成一簇，而不相似的數(shù)據(jù)聚類成不同的簇?？梢院茏匀坏耐茢?，在多臺(tái)相似類型的設(shè)備中，大部分設(shè)備是健康的，數(shù)據(jù)特征是類似的。所以，聚類結(jié)果中有著大量樣本點(diǎn)的簇可以視為健康簇。而那些游離于健康簇之外的樣本、少量點(diǎn)組成的小簇，則指征著設(shè)備的異常工作狀態(tài)。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創(chuàng)新型自動(dòng)化企業(yè)。2017年7月，貝加萊成為ABB集團(tuán)的機(jī)械自動(dòng)化事業(yè)部。作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結(jié)合，為幾乎每個(gè)行業(yè)的客戶提供面向機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI和集成安全技術(shù)的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERlink、openSAFETY等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，以及強(qiáng)大的Automation Studio軟件開發(fā)平臺(tái)，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。受簡(jiǎn)化流程和超出客戶預(yù)期的承諾驅(qū)動(dòng)，貝加萊始終保持創(chuàng)新精神并處于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的前沿。