Unternehmenszentrale Schweiz
Beckhoff Automation AG
Flexible Automatisierung von Einkristall-Zuchtöfen erhöht Wettbewerbsfähigkeit
Jonas & Redmann Group GmbH, Deutschland
Jonas & Redmann Group GmbH, Deutschland
Wuhan DR Laser Technology Co., Ltd., China
Photovoltaikanlagen spielen eine zentrale Rolle bei der Energiewende. Um dem steigenden Bedarf gerecht zu werden, und ein kontinuierliches Wachstum der Branche zu ermöglichen, sind immer höher automatisierte Photovoltaik-Produktionslinien notwendig. Ziel ist es, die Herstellungskosten so weit zu senken, dass Photovoltaikanlagen leicht finanzierbar und die Preise für Solarstrom wettbewerbsfähig werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, bedarf es moderner Automatisierungstechnik, wie sie Beckhoff als Spezialist für PC-based Control und Erfinder von EtherCAT bietet.
Ständiger Kostendruck sowie Weiterentwicklungen bei der Solarmodultechnologie stellen die Photovoltaik-Produktion vor große Herausforderungen. Seitens des Maschinenbaus besteht fortlaufend die Notwendigkeit zur Integration neuer Technologien, um die Anlageneffizienz zu steigern. Als offene und skalierbare Steuerungsplattform ist PC-based Control daher ideal für die Photovoltaik-Industrie geeignet: Eine Vielzahl von Schnittstellen in Soft- und Hardware ermöglicht einfache Funktionserweiterungen. Gleichzeitig steht durch das breite Portfolio an skalierbaren Industrie-PCs, EtherCAT-Klemmen und Antriebstechnik für jede Automatisierungsaufgabe eine passgenaue Lösung hinsichtlich Preis, Leistung und Bauform zur Verfügung.
Die durchgängige Automatisierungssoftware TwinCAT, gepaart mit der hohen Performance moderner Prozessoren, und der Highspeed-Feldbus EtherCAT machen PC-based Control zu einer leistungsfähigen Steuerungsplattform auch für zukünftige Produktionsanforderungen.
EtherCAT ist heute Grundlage für fast alle Leading-Edge-Photovoltaik-Maschinen. Mit Zykluszeiten weit unter 1 ms, überragender Synchronisationsgenauigkeit, umfangreicher Diagnose und einfacher Konfiguration eignet sich EtherCAT optimal für den Maschinenbau in der Photovoltaik-Industrie und hat sich hier als Kommunikationsstandard durchgesetzt. Der Echtzeit-Feldbus übernimmt die gesamte Kommunikation und ist I/O-, Sicherheits- und Antriebsbussystem in einem. Die hohe Geschwindigkeit von EtherCAT führt zu einer höheren Taktzeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Genauigkeit der Prozesse.
Die wichtigsten Vorteile von EtherCAT:
Die Automatisierungssoftware TwinCAT 3 integriert sämtliche Engineering- und Runtime-Prozesse und bietet eine durchgängige Entwicklungsumgebung zur Realisierung aller Steuerungsaufgaben in der Photovoltaikindustrie. Die Programmierung erfolgt in der für die Anwendung am besten geeigneten Programmiermethode: IEC 61131-3, Hochsprachen wie C/C++, MATLAB® und Simulink®. Microsoft Visual Studio als einheitliche Programmier-Workbench unterstützt die Versionsverwaltung und vereinfacht das Arbeiten im Team. Vorgefertigte Softwarebausteine erleichtern das Engineering und verkürzen Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeit.
TwinCAT bietet zum Beispiel:
Die Bearbeitung von Solarzellen ist ein dynamischer Prozess. Viele Bearbeitungen an den Zellen finden ohne Stopp im Durchlauf statt. Von entscheidender Bedeutung ist daher, dass die Position der zu bearbeitenden Solarzelle vor und während der Bearbeitung exakt bekannt ist. So können die Bearbeitungsmaschinen genau ein- und abgeschaltet werden, ohne die Solarzelle zu beschädigen. Die Automatisierungssoftware TwinCAT und der Highspeed-Feldbus EtherCAT sind hierfür die Grundbausteine. Zykluszeiten im unteren Millisekunden- oder Submillisekunden-Bereich erlauben schnelle Reaktions- und Antwortzeiten.
Trotzdem lassen sich diese Zeiten nicht vollständig eliminieren. Dabei hilft die XFC-Technologie (eXtreme Fast Control) mit ihrer Distributed Clocks (DC)-Funktionalität: Mit XFC bekommt die Maschine eine nanosekundengenaue Systemzeit. Alle Signale aus dem Feld und Berechnungen innerhalb der Steuerung beziehen sich auf diese Zeit. Auf dieser Basis kann der Zeitpunkt zur Ansteuerung der Maschine hochgenau berechnet und − zusammen mit der eigentlichen Signalinformation − an eine EtherCAT-Ausgangsklemme verschickt werden. SPS- und feldbusbedingte Verzögerungen, die zwangläufig immer entstehen, können in dieser Anwendung somit nahezu vollständig kompensiert werden.
Mit den Embedded-PCs der Serie CX kombiniert Beckhoff die PC-Technik mit der modularen I/O-Ebene auf der Hutschiene im Schaltschrank. Durch das Hinzufügen einzelner Baugruppen und Interfaces werden nur die Komponenten verbaut, für die jeweilige Applikation nötig sind. Auf diese Weise eröffnen die Embedded-PCs ein breites Anwendungsfeld – von der Solarwafer- bis hin zur Solarmodul-Produktion.
Mit dem CX5100 und dem CX5200 stehen leistungsstarke Steuerungs-PCs mit Mehrkern-Prozessortechnologie zur Verfügung. Die Geräte dieser Leistungsklasse eignen sich beispielsweise für die Steuerung von Maschinen zur Antireflexbeschichtung. Die Geräte der Serie CX20x2 sind Highend-Steuerungen für anspruchsvolle Applikationen, wie z. B. die Integration der Bildverarbeitung, die Realisierung von Machine Learning oder die Aggregation großer Datenmengen.
Mit der Industrie-PC-Baureihe C60xx begegnet Beckhoff allen Anforderungen in der Photovoltaik-Produktion hinsichtlich Robustheit, Leistung und Skalierbarkeit der eingesetzten Steuerungskomponenten. Die ultrakompakten Industrie-PCs vereinen höchste Rechenleistung im derzeit kompaktesten Format mit vielfältigen Möglichkeiten zur Installation im Schaltschrank. Moderne Prozessoren bieten maximale Skalierbarkeit und die höchste Leistungsdichte bei einem optimalen Preis-Leistungs-Verhältnis.
Die Vorteile hochskalierbarer Industrie-PCs auf einen Blick:
Mit rund 1000 I/Os für über 100 Signalarten bietet Beckhoff einen umfangreichen modularen Automatisierungsbaukasten. Eine hohe Gehäusevielfalt, variable Kanaldichten und flexible Schnittstellen ermöglichen es, jede Funktionalität in Photovoltaik-Maschinen und deren Peripherie zu automatisieren. Neben Standardfunktionen umfasst unser I/O-Portfolio Produkte für spezielle Anwendungen, wie Sicherheitstechnik, Messtechnik und die Ansteuerung von Motoren der kleinen Antriebstechnik.
Das I/O-Portfolio bietet unter anderem:
Die Photovoltaik-Industrie erfordert ein hohes Maß an Präzision: Alle Produktionsschritte in der Solarwafer- und -Zellenproduktion, beim Laminieren der Solarmodule sowie bei den diversen Handhabungsprozessen müssen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Jede Abweichung geht auf Kosten der Qualität und führt zu einer aufwendigen Nachbearbeitung oder sogar zum Ausschuss, mit negativer Auswirkung auf den Ertrag.
Mit unserer einzigartigen Technologievielfalt in der elektrischen Antriebstechnik verschaffen wir Ihnen einen technologischen Vorsprung: Ob Multiachs-Servosysteme mit Synchron Servomotoren, hochdynamische Linear Servomotoren, kompakte Elektrozylinder, Tubularmotoren oder kompakte Antriebe für den Niederspannungsbereich – für jede Anwendung steht hoch präzise Antriebstechnologie zur Verfügung.
Die Vorteile skalierbarer Antriebstechnik auf einen Blick:
TwinCAT Motion bietet skalierbare Softwarepakete zur Bewegungssteuerung für Photovoltaik-Produktionsprozesse. Es stehen umfangreiche Möglichkeiten zur Regelung nicht-koordinierter und koordinierter Bewegungen einer Vielzahl von elektrischen Achsen zur Verfügung. Es lassen sich auch Antriebssysteme und -technologien, die in ihrem Verhalten und ihren Eigenschaften sehr unterschiedlich sind, steuern: Hierzu gehören Schrittmotoren oder kleine Servomotoren für den Transport von Solarwafern und/oder -zellen sowie hochdynamische Servoantriebe bei den Diamantdrahtsägen. Die neue Generation Motion Control mit TwinCAT MC3 erweitert die Merkmale von TwinCAT NC2 um zahlreiche Features wie die Multicore- und Multitaskingfähigkeit und bietet damit weitere Potentiale hinsichtlich Effizienz und Geschwindigkeit.
Für die Achsteuerung bietet TwinCAT entsprechende Bausteine: