浙江晶盛機電股份有限公司最早是使用單獨的過程和溫度控制系統(tǒng)來控制半導體單晶硅生長過程。自從改用了倍福基于 PC 的控制技術后，不僅節(jié)省了成本，而且其可擴展性也使項目的實施變得更加便捷。TwinCAT 軟件還能為客戶的知識產(chǎn)權保護注入附加值。
浙江晶盛機電股份有限公司（以下簡稱：晶盛機電）總部位于中國浙江省，是全球領先的光伏和半導體設備供應商。晶盛機電憑借其優(yōu)異的設備工藝和多年積累的豐富行業(yè)經(jīng)驗，長期位列全球長晶設備龍頭。過去，晶盛機電一直使用傳統(tǒng)的 PLC 和溫度控制器實現(xiàn)單晶爐的自動化。但溫度控制器的功能有限，并且與 PLC 結合使用時靈活性太差。因此，晶盛機電轉而采用倍福控制平臺，它由嵌入式控制器、TwinCAT 自動化軟件和各種 EtherCAT 端子模塊構成，并結合 EtherCAT 工業(yè)以太網(wǎng)總線，能夠輕松、靈活地連接各類現(xiàn)場設備。這種集成式控制平臺取代了兩臺獨立的設備，可以更靈活地滿足客戶的個性化需求。
穩(wěn)定的工藝控制是重中之重
單晶生長需要特定的溫度條件。硅原料首先在熔爐中被加熱熔化成液態(tài)硅，然后提拉頭上的單晶籽晶被浸入熔融的硅液中，開始進行晶體生長。熔融硅液必須保持在一定溫度，緩慢旋轉籽晶，并向上提拉，使熔融硅液凝固，逐漸長大到所需直徑的單晶硅錠。半導體單晶硅的優(yōu)點是其取向非常均勻，因此具有較高的轉換效率，它們被切割成硅片后可用于制作太陽能電池組件。
這需要精確的順序控制和長時間（數(shù)天至半個月）穩(wěn)定的生長過程控制。其中，溫度控制尤為重要，因為溫度不均勻可能會導致多晶材料在生長時出現(xiàn)晶格結構缺陷。單晶爐持續(xù)運行時，控制系統(tǒng)需要處理大量數(shù)據(jù)。不過，這對于倍福的嵌入式控制器來說不成問題。適合 DIN 導軌安裝的工業(yè)級控制器在惡劣的環(huán)境條件下表現(xiàn)相當出色。晶盛機電一開始使用的是 CX1030 嵌入式控制器，隨著項目需求的增加，目前采用 CX9020 或 CX8190 作為中央設備控制器。隨著 CPU 性能的不斷提升，倍福控制器的性能也逐年增強，幫助晶盛機電不斷優(yōu)化和提升其控制系統(tǒng)，從而提高了產(chǎn)品競爭力。
晶盛機電主要使用 TwinCAT 2 控制軟件，但對于某些項目需要使用新功能時，可以方便地切換到 TwinCAT 3 軟件平臺。在進行切換時，只需對代碼稍作改動，就可以擴展和升級原有項目。此外，TwinCAT 還支持多種通信協(xié)議，可以實現(xiàn)主控制系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)和磁場產(chǎn)生系統(tǒng)等子系統(tǒng)的通信。這樣可以無縫地傳輸和共享信息，提高系統(tǒng)的整體效率和協(xié)同性。
晶盛機電高級專家王先生
對倍福軟硬件平臺給予了很高的評價：
“TwinCAT 軟件成熟穩(wěn)定，其靈活的編程方式方便處理各類數(shù)據(jù)。此外，基于 PC 的控制架構簡化了控制器與集控系統(tǒng)的連接，從而簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)和企業(yè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。”
單晶爐不間斷穩(wěn)定運行數(shù)天至兩周是確保高質量半導體單晶生長的重要前提
由于 EtherCAT 具有實時通信能力，晶盛機電可以從眾多可用的 EtherCAT 端子模塊中進行選擇。
王先生解釋道：“EtherCAT 的分布式 I/O 模塊給項目帶來了極大的便利，拓撲結構靈活不受限制，具有非常多樣的配置選擇。我們可以根據(jù)不同項目的需求與成本進行選擇。倍福的 EtherCAT 產(chǎn)品簡單易用且兼容性好，可替換不同廠家的從站產(chǎn)品，在保證 EtherCAT 產(chǎn)品一致性前提下完全不影響整體性能和穩(wěn)定性。由于 EtherCAT 無需交換機或其它有源器件，安裝和維護成本大大降低，同時也簡化了系統(tǒng)的布線和調(diào)試工作。”
多任務處理便于程序加密
單晶爐控制程序的核心之一是溫度控制，客戶需要高度保密這部分知識產(chǎn)權。TwinCAT 模塊化自動化軟件的優(yōu)勢在于，用戶可以方便地將整套控制程序根據(jù)其重要性，分離出多套子任務程序由不同用戶獨立管理。不同子任務程序的數(shù)據(jù)交換可通過變量映射實現(xiàn)。這些任務將在 TwinCAT 的 Runtime 中被調(diào)用。這種模塊化的設計使得系統(tǒng)的維護和開發(fā)更加靈活和高效。晶盛機電采用多 PLC 任務處理，將核心工藝算法封裝在單個 PLC 程序中。為了保護核心算法程序的安全性，晶盛機電將程序保存為無法反編譯的二進制代碼。此外，程序部署也非常方便，只需要復制這些二進制代碼文件到目標控制器上，即可實現(xiàn)程序的下載。
隨著新一輪技術創(chuàng)新的迭代升級，王先生說道：“晶盛機電推出了基于開放平臺架構的第五代單晶爐，其最大的亮點在于改變了傳統(tǒng)的封閉控制系統(tǒng)模式，配置了基于開放架構的用戶可編程的軟件定義工藝平臺。該平臺可以基于 TwinCAT 的 Automation Interface 功能通過高級語言編程自動創(chuàng)建 TwinCAT XAE 組態(tài)實現(xiàn)。終端客戶可根據(jù)平臺接口，將自己的特殊制程工藝制作成模塊供平臺調(diào)用。這大大提高了終端用戶開發(fā)個性化工藝的能力，助力他們在技術上持續(xù)創(chuàng)新提升競爭力。”
2023 年，晶盛機電代表團訪問了倍福威爾總部（從左到右）：何超博士（負責倍福中國的區(qū)域銷售經(jīng)理，來自倍福德國總部）、華長盛博士（倍福中國銷售總監(jiān)）、馬興凱（倍福中國總經(jīng)理）、Hans Beckhoff（倍福全球總裁）、曹建偉博士（晶盛機電董事長）、涂瑾（晶盛機電總裁助理）和 Kai Ristau（倍福全球銷售總監(jiān)）
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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