德國惠朋（VIPA GmbH）有限公司

VIPA高速PLC系統(tǒng)在格林斯巴赫光伏玻璃生產(chǎn)線上的應(yīng)用

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1 太陽能發(fā)電與光伏玻璃

盡管人類的光電技術(shù)始于1839年，但是利用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行發(fā)電仍然經(jīng)歷了一個漫長的過程。在上世紀(jì)50年代，光電太陽能電池誕生，并開始被用于航天領(lǐng)域，但廣泛應(yīng)用到工業(yè)和民用領(lǐng)域，還是在上世紀(jì)70年代能源危機(jī)出現(xiàn)以后，世界各國意識到新能源開發(fā)的重要性，人們才開始把太陽能電池的應(yīng)用轉(zhuǎn)移到大規(guī)模的太陽能發(fā)電。

太陽能發(fā)電是利用光電效應(yīng)原理，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池，太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，當(dāng)許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以組成有強(qiáng)大輸出功率的太陽能電池方陣，將這些方陣產(chǎn)生的直流電經(jīng)過變流裝置轉(zhuǎn)化為交流電，輸送到電網(wǎng)中。太陽能電池發(fā)電是一種大有前途的新型能源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn)，只要有持續(xù)的太陽光，太陽能電池就可以一次投資而長期使用，與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能發(fā)電不會引起環(huán)境污染。

太陽能電池對于可再生能源的利用做出了巨大且極為重要的貢獻(xiàn)，近些年由于太陽能發(fā)電效率的不斷提高和市場的發(fā)展，光伏太陽能玻璃的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展，光伏玻璃的生產(chǎn)需要快速提高以滿足全球市場的需求。

現(xiàn)代技術(shù)使得大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量的光電池成為可能，這些光伏玻璃的生產(chǎn)需要資深專家和先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，事實(shí)上，這樣的條件，只有業(yè)內(nèi)少數(shù)領(lǐng)先的綜合供應(yīng)商，才能很好的滿足要求。比如德國的格林斯巴赫（Grenzebach）公司，他們的設(shè)備為遍布世界各地的工廠生產(chǎn)著能夠?qū)⑻柟饽苻D(zhuǎn)化為電能的鍍膜玻璃板，在這些全球領(lǐng)先的鍍膜式光伏玻璃生產(chǎn)線上，其自動化和可視化系統(tǒng)大量采用了VIPA公司的SPEED7 CPU和觸摸屏。

2 鍍膜光伏電池系統(tǒng)（TPV）

太陽能領(lǐng)域的快速發(fā)展就像當(dāng)初IT行業(yè)，以不尋常的兩位數(shù)增長。然而由于載體材料晶體硅的短缺，生產(chǎn)曾一度受到了阻礙，隨著非晶硅太陽能薄膜電池的出現(xiàn)，基于玻璃的鍍膜組件則是一個更為經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的選擇。

與晶體硅相比較，玻璃的成本相當(dāng)便宜也更容易獲取。在格林斯巴赫的工廠中，以納米涂層的浮法玻璃作為載體材料來生產(chǎn)光伏產(chǎn)品只需要三個獨(dú)立的處理過程，層壓鍍層玻璃使其更為耐用，層壓法本身在這個過程中已經(jīng)很普遍，但生產(chǎn)工藝要求的控制技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，層壓法生產(chǎn)光伏玻璃還是具有挑戰(zhàn)性的。

因此，開發(fā)和驗(yàn)證一個新的層壓工藝過程是必需的。這種開發(fā)背后的動力是為了設(shè)計出更為經(jīng)濟(jì)的光伏板，從而大大降低每瓦峰（Wp）的生產(chǎn)成本，這將使這一最環(huán)保的再生能源，可以與其他新能源競爭。

這些復(fù)雜的處理過程需要具有高性能、高速度的自動控制技術(shù)，并為用戶提供友好的可視化界面，而所有這些還要求充分考慮經(jīng)濟(jì)成本，來自VIPA的Speed7 CPU和HMI可以很理想的滿足這些需求。

3 SPEED7 在TPV系統(tǒng)中的技術(shù)優(yōu)勢

很明顯，對于光伏玻璃生產(chǎn)系統(tǒng)的建立，為了確保無故障的生產(chǎn)過程，一個高性能的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是很重要的。15個分散的處理過程需要被控制和集中監(jiān)測，并顯示在全部的操作和控制臺上。為了能滿足這些高要求，設(shè)計工程師們選擇了VIPA的SPEED7 CPU。

通過進(jìn)行大量的測試，工程師們確信高性能的SPEED7 PLC系統(tǒng)擁有世界上最快的基于STEP7編程的處理器，是一個完美的解決方案。在一共15個分散程序區(qū)中，整個TPV系統(tǒng)都由VIPA的CPU 315SN/NET控制，如圖1所示。集成有以太網(wǎng)CP343處理器的CPU既要相互之間通訊，也要與冗余的CPU 317SN/NET主控制器連接通訊。他們集成的CP343處理器可以建立多達(dá)64個獨(dú)立的連接，并且它的SPEED7處理器技術(shù)擁有令人印象深刻的性能。

圖1 工廠的生產(chǎn)設(shè)備由VIPA 的CPU 315 SN/NET控制

集成的、大容量的程序存儲器和裝載存儲器，為編程和數(shù)據(jù)處理提供了充足的存儲空間。如果需要，在無需更換CPU的情況下，就可以通過存儲器組態(tài)卡（MCC）將它的存儲器空間擴(kuò)大到8MB。

SPEED7 CPU極高的性價比也是將多個PLC系統(tǒng)整合到每臺機(jī)器上的關(guān)鍵因素。整個PLC系統(tǒng)由VIPA 300S來組成，300S系列的數(shù)字和模擬I/O模塊以及許多特殊模塊（例如功能模塊和通訊處理器等）可以很好的與各種傳感器和執(zhí)行器連接，使SPEED7系統(tǒng)成為一個通用控制系統(tǒng)。

對于可視化產(chǎn)品的選擇，也來自于可靠的VIPA產(chǎn)品系列。每個TPV系統(tǒng)設(shè)有20多個控制和監(jiān)視面板。每個面板配有10.4”觸摸屏，確保足夠的觀察和控制，如圖2所示。以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使得在任何工作站，監(jiān)測和控制整個生產(chǎn)過程成為可能。SCADA可視化軟件使用的正是廣泛應(yīng)用的Movicon軟件包，它已用于世界范圍內(nèi)數(shù)千家公司，該軟件也是VIPA觸摸屏的標(biāo)準(zhǔn)。

用于SCADA和HMI應(yīng)用程序的用戶友好和人性化的開發(fā)界面，創(chuàng)建工程簡單快速，且沒有變量的限制。在開發(fā)和試運(yùn)行的過程中，VIPA支持小組提供了全面的建議和支持。高品質(zhì)、靈活的PLC與可視化組件的結(jié)合，再加上緊密的技術(shù)支持優(yōu)勢，使得VIPA成為一個理想的合作商。

圖2 每個TPV要求有20多個控制面板和監(jiān)測設(shè)備，每一個面板配備了一臺10.4”觸摸屏

4 VIPA為用戶提供系統(tǒng)解決方案

在過去的20多年中，VIPA公司快速發(fā)展，從最初提供特殊的控制系統(tǒng)組件，發(fā)展為現(xiàn)今引領(lǐng)尖端自動化解決方案的創(chuàng)新者，提供全系列的PLC系統(tǒng)。VIPA的成功，證明了一個事實(shí)：公司能夠不斷提升現(xiàn)有產(chǎn)品，成功地將創(chuàng)新與高端技術(shù)引入市場。在自動化領(lǐng)域，VIPA的解決方案，創(chuàng)造了今天的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并正被廣大的高端客戶所使用。

公司擁有積極進(jìn)取的員工，不斷致力于提升質(zhì)量、服務(wù)和客戶滿意度，這保證了可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)有產(chǎn)品和新產(chǎn)品的開發(fā)可滿足市場不斷變化的需求。由于VIPA世界范圍內(nèi)（國內(nèi)和國際）銷售網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)拓展，保證了VIPA與各地市場的緊密聯(lián)系，從而能迅速反應(yīng)，以滿足客戶的需求。

擁有SPEED7技術(shù)的VIPA 300S系統(tǒng)，在使用自己的WinPLC7編程工具的同時，支持西門子STEP7軟件編程，是世界上最快的基于西門子STEP7編程的硬件PLC系統(tǒng)，程序和數(shù)據(jù)存儲器已經(jīng)集成在SPEED7處理器中，這意味著無需額外的內(nèi)存卡CPU就可以工作，并且可以通過VIPA的存儲器組態(tài)卡（MCC），擴(kuò)展到最大8Mbyte，在300S系列的CPU中都標(biāo)配以太網(wǎng)PG/OP通訊接口，可以方便地用于組態(tài)編程和上位機(jī)通訊。該系統(tǒng)是VIPA為用戶提供系統(tǒng)解決方案的核心產(chǎn)品。

近年推出的SLIO系列智能控制與I/O系統(tǒng)，同樣基于SPEED7技術(shù)平臺，CPU具有納秒級的運(yùn)算速度，數(shù)據(jù)傳輸采用由SMC1000與SNAP+芯片組構(gòu)建的SLICE-BUS高速背板總線，傳輸速率高達(dá)48Mbit/s，模塊反應(yīng)時間可達(dá)20s，配備所有歐美標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線的耦合器，可靈活配置于不同的應(yīng)用，CPU和從站均可直接連接64個模塊。

SLIO系統(tǒng)的CPU，標(biāo)配以太網(wǎng)PG/OP接口，無需適配器，普通網(wǎng)線即可輕松實(shí)現(xiàn)組態(tài)編程以及與上位機(jī)或HMI通訊；提供高性能PROFINET控制器接口，允許連接最多128個設(shè)備，當(dāng)然這個接口也可以主動連接以太網(wǎng)接口；客戶不用單純依賴于某一個編程工具，可以選擇自己最熟悉的工具：SPEED7 Studio，SIMATIC Manager或TIA Portal，VIPA的SPEED7技術(shù)平臺具有這種靈活性，而且會保持這種靈活性；最獨(dú)具一格的特點(diǎn)是，通過專用的VSC卡可以靈活地對CPU的工作內(nèi)存與PROFIBUS主/從站接口進(jìn)行配置，從014和015兩個CPU演化出24個版本，使它恰好適用于實(shí)際的應(yīng)用，資源不少也不多，從而最大限度地降低用戶的備件庫存成本，而完成這種配置只需要幾秒鐘。

此外，SLIO家族中的新品013C緊湊型CPU，集成16DI、12DO、2AI，4計數(shù)器/頻率測量，2PWM，可進(jìn)一步節(jié)省安裝空間并降低成本，是高性能小型設(shè)備的較好選擇。

SLIO具有很多突出的技術(shù)優(yōu)勢，它可以廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線和檢測系統(tǒng)，它的高速高效高靈活性，會給用戶帶來前所未有的全新體驗(yàn)。

精彩對話

德國惠朋（VIPA GmbH）有限公司北京代表處，中國區(qū)銷售總監(jiān) 鄭京生

《自動化博覽》：VIPA如何看待中國太陽能市場？

鄭京生：我國的國土70%～80%光照充沛，光能資源分布也較為均勻，與水電、風(fēng)電、核電等相比，太陽能發(fā)電沒有任何排放和噪聲，應(yīng)用技術(shù)成熟，安全可靠，除大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)應(yīng)用外，太陽能還可以通過抽水、超導(dǎo)、蓄電池、制氫等多種方式進(jìn)行儲存，太陽能+蓄能的能源管理方式，可以作為中國未來穩(wěn)定的能源供給組成部分。太陽能是未來最清潔、安全和可靠的能源，發(fā)達(dá)國家正在把太陽能的開發(fā)利用作為能源革命主要內(nèi)容長期規(guī)劃，光伏產(chǎn)業(yè)正日益成為國際上繼IT、微電子產(chǎn)業(yè)之后又一爆炸式發(fā)展的行業(yè)。前幾年中國的光伏產(chǎn)業(yè)遭遇前所未有的寒冬，主要是因?yàn)闅W美主要經(jīng)濟(jì)體對中國光伏產(chǎn)品的雙反調(diào)查，使中國大批光伏企業(yè)陷入困境。近兩年，我國把生態(tài)文明放在發(fā)展最核心的位置，因此在推進(jìn)清潔低碳能源發(fā)展，推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化，治理大氣污染等方面，國家所出臺的一系列政策都與光伏發(fā)電密切相關(guān)，比如光伏扶貧政策等，隨著光伏產(chǎn)品的內(nèi)需逐漸擴(kuò)大，光伏行業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個重大戰(zhàn)略機(jī)遇期。同時，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入全面深化改革期，在能源領(lǐng)域，最引人注目的當(dāng)數(shù)電力改革了，作為備受關(guān)注的新能源產(chǎn)業(yè)，太陽能發(fā)電是當(dāng)前電力改革的重要參與者，也將是改革最大的受益者之一。因此，我認(rèn)為中國太陽能市場會在未來的一段時間蓬勃發(fā)展。

《自動化博覽》：PLC產(chǎn)品未來在中國太陽能市場的主要機(jī)會在哪里？VIPA將如何布局？

鄭京生：以單晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜材料的應(yīng)用開發(fā)形成的產(chǎn)業(yè)鏈條稱之為光伏產(chǎn)業(yè)，包括半導(dǎo)體原材料生產(chǎn)加工、太陽能電池生產(chǎn)、電池組件生產(chǎn)、相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的制造等。光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括硅料、硅片或非晶硅薄膜、電池片、電池組件、應(yīng)用系統(tǒng)五個環(huán)節(jié)。從全球范圍來看，產(chǎn)業(yè)鏈五個環(huán)節(jié)所涉及企業(yè)數(shù)量依次大幅增加，光伏市場產(chǎn)業(yè)鏈呈金字塔形結(jié)構(gòu)。對于PLC產(chǎn)品的應(yīng)用來說，主要集中在前四個環(huán)節(jié)，涉及單晶硅多晶硅爐、硅片加工、非晶硅材料加工、電池片生產(chǎn)組裝、光伏玻璃加工等，VIPA與格林斯巴赫等國際領(lǐng)先企業(yè)的合作為我們打下了進(jìn)軍光伏產(chǎn)業(yè)的良好基礎(chǔ)，隨著VIPA控制系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，運(yùn)動控制、微型控制系統(tǒng)、支持高級語言編程的軟PLC等新產(chǎn)品會不斷推出，功能將覆蓋光伏產(chǎn)業(yè)幾乎所有的應(yīng)用，屆時廣大光伏行業(yè)的用戶們會看到，VIPA除了大型復(fù)雜的光伏玻璃生產(chǎn)線以外，在光伏產(chǎn)品組裝線和各類中小型加工設(shè)備上，都會有卓爾不凡的表現(xiàn)。