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武漢帝爾激光科技股份有限公司（簡稱武漢帝爾激光）位于武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)（別稱“中國光谷”），公司專注于激光設(shè)備和技術(shù)在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用，公司采用基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 實時總線取代傳統(tǒng)的專用運(yùn)動控制卡架構(gòu)，升級和簡化了激光消融設(shè)備的控制結(jié)構(gòu)，產(chǎn)能提高了一倍多。

升級改造后的運(yùn)動控制系統(tǒng)助力   激光消融設(shè)備產(chǎn)能實現(xiàn)翻番

武漢帝爾激光所生產(chǎn)的激光消融設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn) PERC 太陽能電池（PERC：鈍化發(fā)射極和背面電池技術(shù)）背面鈍化層介質(zhì)膜進(jìn)行激光開孔。與傳統(tǒng)工藝相比，不再把鋁直接淀積在硅的背面，而是淀積 AL2O3/SiN 介質(zhì)層之后用激光選擇性開孔，這樣不僅能最大程度減少了背面金屬接觸面積及橫向電阻，而且還能減少金屬與半導(dǎo)體界面的高速復(fù)合區(qū)域，從而提高短路電流和開路電壓。

通過基于 PC 的控制技術(shù)和 EtherCAT 總線的優(yōu)勢顯著

早在 2018 年，武漢帝爾激光就開始和倍福公司展開合作，在其主要光伏自動化設(shè)備領(lǐng)域使用基于 PC 的控制技術(shù)并建立 EtherCAT 總線控制標(biāo)準(zhǔn)。例如，CX5120 嵌入式控制器用作激光消融設(shè)備的主控制器，結(jié)合 EtherCAT 高明度數(shù)字量輸入和輸出端子模塊以及 EtherCAT 伺服驅(qū)動器，形成結(jié)構(gòu)緊湊、布線簡潔的典型自動化設(shè)備控制結(jié)構(gòu)。武漢帝爾激光技術(shù)總監(jiān)艾輝博士解釋說道：“傳統(tǒng)的運(yùn)動控制卡利用高性能微處理器及大規(guī)模可編程器件實現(xiàn)多個伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制。雖然運(yùn)動控制卡將實現(xiàn)運(yùn)動控制的底層軟件和硬件集成在一起，使其具有伺服電機(jī)控制所需的各種速度、位置控制功能，但多軸的擴(kuò)展性受到一定程度限制，柜內(nèi)布局和后期維護(hù)也可能變得復(fù)雜。”

為了解決這些問題，武漢帝爾激光選擇了倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)，艾輝博士繼續(xù)說道：“通過倍福的 EtherCAT I/O 系統(tǒng)可以快速集成不同的外圍設(shè)備和子系統(tǒng)。基于 PC 的控制技術(shù)的開放性和 EtherCAT 總線的高速實時性幫助我們實現(xiàn)了設(shè)備產(chǎn)能的大幅提升。除此之外，數(shù)字化總線控制方案簡化了系統(tǒng)設(shè)計布線，結(jié)合 EtherCAT 總線非常完備的診斷功能，降低了系統(tǒng)設(shè)計和現(xiàn)場維護(hù)的成本。”

倍福 CX5120 嵌入式控制器（右下）用作激光消融設(shè)備的主控制器

集成 PLC 邏輯控制和運(yùn)動控制

適合 DIN 導(dǎo)軌安裝的無風(fēng)扇型 CX5120 嵌入式控制器用于控制 20 至 30 根伺服軸的 PTP 運(yùn)動，同時管理下位分布式 I/O 的邏輯配合控制。結(jié)合 EtherCAT 高密度數(shù)字量輸入輸出端子模塊，使得控制柜內(nèi)的布局非常緊湊。據(jù)武漢帝爾激光介紹，控制器自身搭載的 Intel? Atom? 單核處理器性能能夠滿足復(fù)雜的多軸運(yùn)動控制和常規(guī)的 I/O 邏輯處理，綜合性能優(yōu)勢明顯。嵌入式控制器還自帶 1 秒鐘 UPS，用于在掉電情況下備份持久性系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

消融設(shè)備采用 TwinCAT 軟件平臺進(jìn)行編程，TwinCAT 軟件基于 PLCopen 的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動控制庫為設(shè)備多軸運(yùn)動控制的邏輯編寫提供了豐富的功能接口。武漢帝爾激光公司電氣部技術(shù)負(fù)責(zé)人張浩表示：

“CX5120 嵌入式控制器強(qiáng)大的多軸運(yùn)動控制性能、TwinCAT 軟件平臺強(qiáng)大的功能接口和開放式編程環(huán)境給我們留下了深刻的印象。倍福提供的開放式編程框架提升了整體程序的開發(fā)效率。另一方面，TwinCAT 的通信接口豐富，能夠擴(kuò)展系統(tǒng)的兼容性。TwinCAT 對上位人機(jī)界面的軟件通信提供了標(biāo)準(zhǔn) ADS 通信協(xié)議接口，通信速度非常快。”

高效、開放的解決方案

武漢帝爾激光為其客戶提供一系列完整的工藝解決方案，從激光消融工藝環(huán)節(jié)的各個差異化機(jī)型，到全自動激光劃片機(jī)、太陽能電池激光打孔設(shè)備、太陽能電池?zé)Y(jié)設(shè)備等等。公司已經(jīng)與倍福展開了多方位的合作。張浩認(rèn)為：“倍福控制技術(shù)的軟件程序兼容性和控制器功能接口豐富的特點(diǎn)為后續(xù)設(shè)備的升級和新工藝設(shè)備的研發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)的平臺。倍福控制器除了具有 PLC、PTP 運(yùn)動控制功能之外，還具有多軸耦合聯(lián)動功能，在凸輪、NCI 插補(bǔ)方面功能強(qiáng)大，使得我們在激光劃片等新研發(fā)機(jī)型方面能夠展開更廣泛的合作。統(tǒng)一的軟件平臺對于開發(fā)新機(jī)型起到了至關(guān)重要的作用。另外，開放的 EtherCAT 總線架構(gòu)也可以讓設(shè)備方案盡可能優(yōu)化，體現(xiàn)高度靈活性和可持續(xù)性，為企業(yè)的發(fā)展帶來更多價值。”