VIPA高速PLC系統在格林斯巴赫光伏玻璃生產線上的應用

德國惠朋（VIPA GmbH）有限公司

VIPA高速PLC系統在格林斯巴赫光伏玻璃生產線上的應用

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1 太陽能發電與光伏玻璃

盡管人類的光電技術始于1839年，但是利用這項技術進行發電仍然經歷了一個漫長的過程。在上世紀50年代，光電太陽能電池誕生，并開始被用于航天領域，但廣泛應用到工業和民用領域，還是在上世紀70年代能源危機出現以后，世界各國意識到新能源開發的重要性，人們才開始把太陽能電池的應用轉移到大規模的太陽能發電。

太陽能發電是利用光電效應原理，將太陽輻射能直接轉換成電能，光電轉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而將太陽光能直接轉化為電能的器件，當許多個電池串聯或并聯起來就可以組成有強大輸出功率的太陽能電池方陣，將這些方陣產生的直流電經過變流裝置轉化為交流電，輸送到電網中。太陽能電池發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點，只要有持續的太陽光，太陽能電池就可以一次投資而長期使用，與火力發電、核能發電相比，太陽能發電不會引起環境污染。

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，近些年由于太陽能發電效率的不斷提高和市場的發展，光伏太陽能玻璃的應用也在不斷擴展，光伏玻璃的生產需要快速提高以滿足全球市場的需求。

現代技術使得大規模生產高質量的光電池成為可能，這些光伏玻璃的生產需要資深專家和先進的技術設備，事實上，這樣的條件，只有業內少數領先的綜合供應商，才能很好的滿足要求。比如德國的格林斯巴赫（Grenzebach）公司，他們的設備為遍布世界各地的工廠生產著能夠將太陽光能轉化為電能的鍍膜玻璃板，在這些全球領先的鍍膜式光伏玻璃生產線上，其自動化和可視化系統大量采用了VIPA公司的SPEED7 CPU和觸摸屏。

2 鍍膜光伏電池系統（TPV）

太陽能領域的快速發展就像當初IT行業，以不尋常的兩位數增長。然而由于載體材料晶體硅的短缺，生產曾一度受到了阻礙，隨著非晶硅太陽能薄膜電池的出現，基于玻璃的鍍膜組件則是一個更為經濟和環保的選擇。

與晶體硅相比較，玻璃的成本相當便宜也更容易獲取。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光伏產品只需要三個獨立的處理過程，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很普遍，但生產工藝要求的控制技術相當復雜，層壓法生產光伏玻璃還是具有挑戰性的。

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

這些復雜的處理過程需要具有高性能、高速度的自動控制技術，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濟成本，來自VIPA的Speed7 CPU和HMI可以很理想的滿足這些需求。

3 SPEED7 在TPV系統中的技術優勢

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

通過進行大量的測試，工程師們確信高性能的SPEED7 PLC系統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個分散程序區中，整個TPV系統都由VIPA的CPU 315SN/NET控制，如圖1所示。集成有以太網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64個獨立的連接，并且它的SPEED7處理器技術擁有令人印象深刻的性能。

圖1 工廠的生產設備由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，為編程和數據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卡（MCC）將它的存儲器空間擴大到8MB。

SPEED7 CPU極高的性價比也是將多個PLC系統整合到每臺機器上的關鍵因素。整個PLC系統由VIPA 300S來組成，300S系列的數字和模擬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行器連接，使SPEED7系統成為一個通用控制系統。

對于可視化產品的選擇，也來自于可靠的VIPA產品系列。每個TPV系統設有20多個控制和監視面板。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。以太網網絡使得在任何工作站，監測和控制整個生產過程成為可能。SCADA可視化軟件使用的正是廣泛應用的Movicon軟件包，它已用于世界范圍內數千家公司，該軟件也是VIPA觸摸屏的標準。

用于SCADA和HMI應用程序的用戶友好和人性化的開發界面，創建工程簡單快速，且沒有變量的限制。在開發和試運行的過程中，VIPA支持小組提供了全面的建議和支持。高品質、靈活的PLC與可視化組件的結合，再加上緊密的技術支持優勢，使得VIPA成為一個理想的合作商。

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

4 VIPA為用戶提供系統解決方案

在過去的20多年中，VIPA公司快速發展，從最初提供特殊的控制系統組件，發展為現今引領尖端自動化解決方案的創新者，提供全系列的PLC系統。VIPA的成功，證明了一個事實：公司能夠不斷提升現有產品，成功地將創新與高端技術引入市場。在自動化領域，VIPA的解決方案，創造了今天的行業標準，并正被廣大的高端客戶所使用。

公司擁有積極進取的員工，不斷致力于提升質量、服務和客戶滿意度，這保證了可持續發展的現有產品和新產品的開發可滿足市場不斷變化的需求。由于VIPA世界范圍內（國內和國際）銷售網絡的持續拓展，保證了VIPA與各地市場的緊密聯系，從而能迅速反應，以滿足客戶的需求。

擁有SPEED7技術的VIPA 300S系統，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，程序和數據存儲器已經集成在SPEED7處理器中，這意味著無需額外的內存卡CPU就可以工作，并且可以通過VIPA的存儲器組態卡（MCC），擴展到最大8Mbyte，在300S系列的CPU中都標配以太網PG/OP通訊接口，可以方便地用于組態編程和上位機通訊。該系統是VIPA為用戶提供系統解決方案的核心產品。

近年推出的SLIO系列智能控制與I/O系統，同樣基于SPEED7技術平臺，CPU具有納秒級的運算速度，數據傳輸采用由SMC1000與SNAP+芯片組構建的SLICE-BUS高速背板總線，傳輸速率高達48Mbit/s，模塊反應時間可達20s，配備所有歐美標準工業總線的耦合器，可靈活配置于不同的應用，CPU和從站均可直接連接64個模塊。

SLIO系統的CPU，標配以太網PG/OP接口，無需適配器，普通網線即可輕松實現組態編程以及與上位機或HMI通訊；提供高性能PROFINET控制器接口，允許連接最多128個設備，當然這個接口也可以主動連接以太網接口；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技術平臺具有這種靈活性，而且會保持這種靈活性；最獨具一格的特點是，通過專用的VSC卡可以靈活地對CPU的工作內存與PROFIBUS主/從站接口進行配置，從014和015兩個CPU演化出24個版本，使它恰好適用于實際的應用，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計數器/頻率測量，2PWM，可進一步節省安裝空間并降低成本，是高性能小型設備的較好選擇。

SLIO具有很多突出的技術優勢，它可以廣泛地應用于各種機械設備、生產線和檢測系統，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。

精彩對話

德國惠朋（VIPA GmbH）有限公司北京代表處，中國區銷售總監 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、風電、核電等相比，太陽能發電沒有任何排放和噪聲，應用技術成熟，安全可靠，除大規模并網發電和離網應用外，太陽能還可以通過抽水、超導、蓄電池、制氫等多種方式進行儲存，太陽能+蓄能的能源管理方式，可以作為中國未來穩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，發達國家正在把太陽能的開發利用作為能源革命主要內容長期規劃，光伏產業正日益成為國際上繼IT、微電子產業之后又一爆炸式發展的行業。前幾年中國的光伏產業遭遇前所未有的寒冬，主要是因為歐美主要經濟體對中國光伏產品的雙反調查，使中國大批光伏企業陷入困境。近兩年，我國把生態文明放在發展最核心的位置，因此在推進清潔低碳能源發展，推進新型城鎮化，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電密切相關，比如光伏扶貧政策等，隨著光伏產品的內需逐漸擴大，光伏行業發展已經進入了一個重大戰略機遇期。同時，中國經濟發展進入全面深化改革期，在能源領域，最引人注目的當數電力改革了，作為備受關注的新能源產業，太陽能發電是當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，我認為中國太陽能市場會在未來的一段時間蓬勃發展。

《自動化博覽》：PLC產品未來在中國太陽能市場的主要機會在哪里？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用開發形成的產業鏈條稱之為光伏產業，包括半導體原材料生產加工、太陽能電池生產、電池組件生產、相關生產設備的制造等。光伏產業鏈包括硅料、硅片或非晶硅薄膜、電池片、電池組件、應用系統五個環節。從全球范圍來看，產業鏈五個環節所涉及企業數量依次大幅增加，光伏市場產業鏈呈金字塔形結構。對于PLC產品的應用來說，主要集中在前四個環節，涉及單晶硅多晶硅爐、硅片加工、非晶硅材料加工、電池片生產組裝、光伏玻璃加工等，VIPA與格林斯巴赫等國際領先企業的合作為我們打下了進軍光伏產業的良好基礎，隨著VIPA控制系統功能的擴展，運動控制、微型控制系統、支持高級語言編程的軟PLC等新產品會不斷推出，功能將覆蓋光伏產業幾乎所有的應用，屆時廣大光伏行業的用戶們會看到，VIPA除了大型復雜的光伏玻璃生產線以外，在光伏產品組裝線和各類中小型加工設備上，都會有卓爾不凡的表現。