研華單晶爐長晶監控解決方案

研華單晶爐長晶監控解決方案

工廠自動化機械自動化

導語：
　  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、日本等少數發達國家。國內歷經前幾年的光伏市場波動和搶裝熱潮，多晶以其低價和產能優勢迅速搶占國內低端市場。從目前新的發展趨勢看，未來競爭更加市場化，對電站的發電效率、運營能力要求增加，考慮電站全成本收益，單晶電站的優勢將受到市場進一步認可。隨著金剛線切割、 PERC技術等引入，單晶領域的不斷快速進步，單晶生產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展及我國光伏‘’計劃的實施，對太陽能電池的效率和質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，在成本和規模上，加強與質量數據管理、生產控制與現場管理，加強對產品質量、生產現場管理，通過全產業鏈布局和深耕細作形成核心優勢。  
      -單晶硅片屬于高門檻制造業。單晶相比多晶而言，技術門檻要高很多，工藝沉淀與成本控制是核心。多次拉晶技術、金剛線切割、薄片化等技術應用，持續推進非硅成本下降，同時提升單晶硅片的品質管控， 
      -單晶領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和用工數量，從而提高增加單晶單爐產量與成晶率并降低人工成本。通過導入單晶快速生長技術，有望實現單晶生產速率30-40%的提升。 
      -在控制設備選型上符合設備智能化、*化、化、低成本化的發展趨勢。這樣把握光伏化的市場機遇，通過精細化管控、產品品質提升、成本降低，持續打造市場核心競爭力成為光伏行業新時期的新。 
 

• 系統描述    

      在單晶硅生產過程中,硅片的直徑大小和晶體生長過程的自動化程度,對生產效率和產品質量有很大的影響。硅單晶生長技術的發展要求設備智能化具備穩定性好、質量可靠、操作使用方便等。zui大限度免除認為因素對生長過程的干擾，必須提高和優化設備的穩定性、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和加熱功率的變化，控制真空系統運行。

      控制系統的工控機采用研華嵌入式無風扇UNO，維護方便，可靠性高，抗干擾性好，功耗低。研華工業級平板顯示器FPM-2120G，觸摸功能使操作方便簡潔直觀，完整的工藝設定界面、多種曲線和數據分析顯示直觀。UNO+FPM構成工藝實時監控的平臺。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-收尾到關機全過程實現全自動化完成。而UNO-3073的良好擴展性可以把光學直徑測量儀，以及機械傳動部分整合到整個系統。
      同時UNO可作為生產控制信息化平臺。根據兩化融合智能制造生產趨勢，加強生產過程控制，實現產品質量數據追溯，滿足大規模生產的需要，各工廠車間要實現生產流程進行定制，實現現場管理、質量數據，基于物聯網的嵌入式智能設備與人機界面構建成車間、班組的生產管理的平臺。
      通過研華工業以太網交換機的聯網，采集的生產過程的關鍵數據信息，上傳到公司服務器，形成產品質量檔案，為產品質量追溯提供完整數據。同時原輔材料的消耗統計、產量統計表、物料平衡表等實時查詢獲取，有效地保證車間生產與財務核算數據統一。實現生產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，領料、完工、回收料、產能信息透明化。
 

• 項目實施

       控制器UNO-3073G是系統的關鍵設備，是性能、的計算平臺類產品， 
       -可靠性： 具有全密閉、無風扇、整機無線纜連接.采用板載In® Celeron® 807處理器的嵌入式無風扇工業電腦。超低功耗CPU搭配主散熱面豎置設計，具有的散熱性，可適應更高溫度的工業現場。UNO-3073GL采用雙電源、雙硬盤相互備份、雙顯示的冗余設計，使運行更可靠。 
       -通訊能力：UNO-3073GL通訊整合，網絡化性能.兩個千兆以太網口具有錯容能力、負載均衡、鏈路聚合的網絡分組能力 
       -擴展能力：具有靈活的擴展功能,帶3個標準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。 
       -設備狀態診斷：UNO-3073GL內置智能BIOS，通過繼電器功能或LED顯示，可及時診斷系統狀態。適用于運動控制、工廠自動化、工廠管理執行

       研華經濟型工業等級平板顯示器FPM-2120G.適用于空間有限的工業現場，支持懸臂安裝，經濟耐用，質量可靠。采用全金屬外殼工藝設計和工業級堅固前面板設計并具備OSD功能。 FPM-2000系列的設計更為簡潔，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連接器設計,以確保電纜正常工作。觸屏本身也采用工業等級設計,單點可實現每秒兩次以250g的力度點擊達3600萬次。方便現場物料的監控，物料損失及成品率、損耗率一目了然。 
       工業以太網交換機設備EKI-2525具有EKI 系列的標準性能。它提供了12~48VDC 冗余電源輸入設計及電源極性反接保護、過載可重設保險管雙重安全保護機制。前者可保證當電源連線正、負端被接反時，設備也不會因此損壞，仍會正常工作。后者可保證電源連接恢復正常時，系統免于過載電流的損害并回到正常工作狀態。EKI-2525的每個端口都有連接狀態傳輸速度及沖突狀態的指示燈。在電源發生故障時，設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環境下正常工作。 
        研華TPC觸控平板電腦在系統整體聯網運作時,可實時物料平衡信息透明化，領料、完工、回收料、產能信息透明化；利用**表可以實時準確的導出機臺產量，產品類型加工量，做到過程監督。 
        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8G DDR3L內存，具有緊湊、無風扇的特點。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，滿足自動化應用的需求；并可通過與研華iDoor模塊相互搭配實現對3G / GPS / GPRS / WiFi通信和電池備份MRAM等功能的豐富擴展。 
 

• 系統架構圖

總結

      客戶在單晶硅片領域產銷規模持續擴張。對于技術的深入理解、前瞻的戰略選擇、成本下降的力度成為*，擴大在成本、技術與客戶方面的優勢。 
      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量以降低拉棒成本，通過導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備的應用于生產與信息化。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，這將為客戶創造更多的盈利彈性。隨著新設備的應用，單晶硅產品轉換效率不斷提高，構筑了客戶在成本方面的核心競爭優勢。智能設備的應用與物聯網技術，將使客戶單純單晶硅片制造企業，向單晶產業鏈平臺企業發展。