VIPA高速PLC系统在格林斯巴赫光伏玻璃生产线上的应用

德国惠朋（VIPA GmbH）有限公司

VIPA高速PLC系统在格林斯巴赫光伏玻璃生产线上的应用

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1 太阳能发电与光伏玻璃

尽管人类的光电技术始于1839年，但是利用这项技术进行发电仍然经历了一个漫长的过程。在上世纪50年代，光电太阳能电池诞生，并开始被用于航天领域，但广泛应用到工业和民用领域，还是在上世纪70年代能源危机出现以后，世界各国意识到新能源开发的重要性，人们才开始把太阳能电池的应用转移到大规模的太阳能发电。

太阳能发电是利用光电效应原理，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池，太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，当许多个电池串联或并联起来就可以组成有强大输出功率的太阳能电池方阵，将这些方阵产生的直流电经过变流装置转化为交流电，输送到电网中。太阳能电池发电是一种大有前途的新型能源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，只要有持续的太阳光，太阳能电池就可以一次投资而长期使用，与火力发电、核能发电相比，太阳能发电不会引起环境污染。

太阳能电池对于可再生能源的利用做出了巨大且极为重要的贡献，近些年由于太阳能发电效率的不断提高和市场的发展，光伏太阳能玻璃的应用也在不断扩展，光伏玻璃的生产需要快速提高以满足全球市场的需求。

现代技术使得大规模生产高质量的光电池成为可能，这些光伏玻璃的生产需要资深专家和先进的技术设备，事实上，这样的条件，只有业内少数领先的综合供应商，才能很好的满足要求。比如德国的格林斯巴赫（Grenzebach）公司，他们的设备为遍布世界各地的工厂生产着能够将太阳光能转化为电能的镀膜玻璃板，在这些全球领先的镀膜式光伏玻璃生产线上，其自动化和可视化系统大量采用了VIPA公司的SPEED7 CPU和触摸屏。

2 镀膜光伏电池系统（TPV）

太阳能领域的快速发展就像当初IT行业，以不寻常的两位数增长。然而由于载体材料晶体硅的短缺，生产曾一度受到了阻碍，随着非晶硅太阳能薄膜电池的出现，基于玻璃的镀膜组件则是一个更为经济和环保的选择。

与晶体硅相比较，玻璃的成本相当便宜也更容易获取。在格林斯巴赫的工厂中，以纳米涂层的浮法玻璃作为载体材料来生产光伏产品只需要三个独立的处理过程，层压镀层玻璃使其更为耐用，层压法本身在这个过程中已经很普遍，但生产工艺要求的控制技术相当复杂，层压法生产光伏玻璃还是具有挑战性的。

因此，开发和验证一个新的层压工艺过程是必需的。这种开发背后的动力是为了设计出更为经济的光伏板，从而大大降低每瓦峰（Wp）的生产成本，这将使这一最环保的再生能源，可以与其他新能源竞争。

这些复杂的处理过程需要具有高性能、高速度的自动控制技术，并为用户提供友好的可视化界面，而所有这些还要求充分考虑经济成本，来自VIPA的Speed7 CPU和HMI可以很理想的满足这些需求。

3 SPEED7 在TPV系统中的技术优势

很明显，对于光伏玻璃生产系统的建立，为了确保无故障的生产过程，一个高性能的控制系统网络是很重要的。15个分散的处理过程需要被控制和集中监测，并显示在全部的操作和控制台上。为了能满足这些高要求，设计工程师们选择了VIPA的SPEED7 CPU。

通过进行大量的测试，工程师们确信高性能的SPEED7 PLC系统拥有世界上最快的基于STEP7编程的处理器，是一个完美的解决方案。在一共15个分散程序区中，整个TPV系统都由VIPA的CPU 315SN/NET控制，如图1所示。集成有以太网CP343处理器的CPU既要相互之间通讯，也要与冗余的CPU 317SN/NET主控制器连接通讯。他们集成的CP343处理器可以建立多达64个独立的连接，并且它的SPEED7处理器技术拥有令人印象深刻的性能。

图1 工厂的生产设备由VIPA 的CPU 315 SN/NET控制

集成的、大容量的程序存储器和装载存储器，为编程和数据处理提供了充足的存储空间。如果需要，在无需更换CPU的情况下，就可以通过存储器组态卡（MCC）将它的存储器空间扩大到8MB。

SPEED7 CPU极高的性价比也是将多个PLC系统整合到每台机器上的关键因素。整个PLC系统由VIPA 300S来组成，300S系列的数字和模拟I/O模块以及许多特殊模块（例如功能模块和通讯处理器等）可以很好的与各种传感器和执行器连接，使SPEED7系统成为一个通用控制系统。

对于可视化产品的选择，也来自于可靠的VIPA产品系列。每个TPV系统设有20多个控制和监视面板。每个面板配有10.4”触摸屏，确保足够的观察和控制，如图2所示。以太网网络使得在任何工作站，监测和控制整个生产过程成为可能。SCADA可视化软件使用的正是广泛应用的Movicon软件包，它已用于世界范围内数千家公司，该软件也是VIPA触摸屏的标准。

用于SCADA和HMI应用程序的用户友好和人性化的开发界面，创建工程简单快速，且没有变量的限制。在开发和试运行的过程中，VIPA支持小组提供了全面的建议和支持。高品质、灵活的PLC与可视化组件的结合，再加上紧密的技术支持优势，使得VIPA成为一个理想的合作商。

图2 每个TPV要求有20多个控制面板和监测设备，每一个面板配备了一台10.4”触摸屏

4 VIPA为用户提供系统解决方案

在过去的20多年中，VIPA公司快速发展，从最初提供特殊的控制系统组件，发展为现今引领尖端自动化解决方案的创新者，提供全系列的PLC系统。VIPA的成功，证明了一个事实：公司能够不断提升现有产品，成功地将创新与高端技术引入市场。在自动化领域，VIPA的解决方案，创造了今天的行业标准，并正被广大的高端客户所使用。

公司拥有积极进取的员工，不断致力于提升质量、服务和客户满意度，这保证了可持续发展的现有产品和新产品的开发可满足市场不断变化的需求。由于VIPA世界范围内（国内和国际）销售网络的持续拓展，保证了VIPA与各地市场的紧密联系，从而能迅速反应，以满足客户的需求。

拥有SPEED7技术的VIPA 300S系统，在使用自己的WinPLC7编程工具的同时，支持西门子STEP7软件编程，是世界上最快的基于西门子STEP7编程的硬件PLC系统，程序和数据存储器已经集成在SPEED7处理器中，这意味着无需额外的内存卡CPU就可以工作，并且可以通过VIPA的存储器组态卡（MCC），扩展到最大8Mbyte，在300S系列的CPU中都标配以太网PG/OP通讯接口，可以方便地用于组态编程和上位机通讯。该系统是VIPA为用户提供系统解决方案的核心产品。

近年推出的SLIO系列智能控制与I/O系统，同样基于SPEED7技术平台，CPU具有纳秒级的运算速度，数据传输采用由SMC1000与SNAP+芯片组构建的SLICE-BUS高速背板总线，传输速率高达48Mbit/s，模块反应时间可达20s，配备所有欧美标准工业总线的耦合器，可灵活配置于不同的应用，CPU和从站均可直接连接64个模块。

SLIO系统的CPU，标配以太网PG/OP接口，无需适配器，普通网线即可轻松实现组态编程以及与上位机或HMI通讯；提供高性能PROFINET控制器接口，允许连接最多128个设备，当然这个接口也可以主动连接以太网接口；客户不用单纯依赖于某一个编程工具，可以选择自己最熟悉的工具：SPEED7 Studio，SIMATIC Manager或TIA Portal，VIPA的SPEED7技术平台具有这种灵活性，而且会保持这种灵活性；最独具一格的特点是，通过专用的VSC卡可以灵活地对CPU的工作内存与PROFIBUS主/从站接口进行配置，从014和015两个CPU演化出24个版本，使它恰好适用于实际的应用，资源不少也不多，从而最大限度地降低用户的备件库存成本，而完成这种配置只需要几秒钟。

此外，SLIO家族中的新品013C紧凑型CPU，集成16DI、12DO、2AI，4计数器/频率测量，2PWM，可进一步节省安装空间并降低成本，是高性能小型设备的较好选择。

SLIO具有很多突出的技术优势，它可以广泛地应用于各种机械设备、生产线和检测系统，它的高速高效高灵活性，会给用户带来前所未有的全新体验。

精彩对话

德国惠朋（VIPA GmbH）有限公司北京代表处，中国区销售总监 郑京生

《自动化博览》：VIPA如何看待中国太阳能市场？

郑京生：我国的国土70%～80%光照充沛，光能资源分布也较为均匀，与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠，除大规模并网发电和离网应用外，太阳能还可以通过抽水、超导、蓄电池、制氢等多种方式进行储存，太阳能+蓄能的能源管理方式，可以作为中国未来稳定的能源供给组成部分。太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一爆炸式发展的行业。前几年中国的光伏产业遭遇前所未有的寒冬，主要是因为欧美主要经济体对中国光伏产品的双反调查，使中国大批光伏企业陷入困境。近两年，我国把生态文明放在发展最核心的位置，因此在推进清洁低碳能源发展，推进新型城镇化，治理大气污染等方面，国家所出台的一系列政策都与光伏发电密切相关，比如光伏扶贫政策等，随着光伏产品的内需逐渐扩大，光伏行业发展已经进入了一个重大战略机遇期。同时，中国经济发展进入全面深化改革期，在能源领域，最引人注目的当数电力改革了，作为备受关注的新能源产业，太阳能发电是当前电力改革的重要参与者，也将是改革最大的受益者之一。因此，我认为中国太阳能市场会在未来的一段时间蓬勃发展。

《自动化博览》：PLC产品未来在中国太阳能市场的主要机会在哪里？VIPA将如何布局？

郑京生：以单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜材料的应用开发形成的产业链条称之为光伏产业，包括半导体原材料生产加工、太阳能电池生产、电池组件生产、相关生产设备的制造等。光伏产业链包括硅料、硅片或非晶硅薄膜、电池片、电池组件、应用系统五个环节。从全球范围来看，产业链五个环节所涉及企业数量依次大幅增加，光伏市场产业链呈金字塔形结构。对于PLC产品的应用来说，主要集中在前四个环节，涉及单晶硅多晶硅炉、硅片加工、非晶硅材料加工、电池片生产组装、光伏玻璃加工等，VIPA与格林斯巴赫等国际领先企业的合作为我们打下了进军光伏产业的良好基础，随着VIPA控制系统功能的扩展，运动控制、微型控制系统、支持高级语言编程的软PLC等新产品会不断推出，功能将覆盖光伏产业几乎所有的应用，届时广大光伏行业的用户们会看到，VIPA除了大型复杂的光伏玻璃生产线以外，在光伏产品组装线和各类中小型加工设备上，都会有卓尔不凡的表现。