Unternehmenszentrale Österreich
Beckhoff Automation GmbH
Jonas & Redmann Group GmbH, Deutschland
Wuhan DR Laser Technology Co., Ltd., China
Jonas & Redmann Group GmbH, Deutschland
Die Erzeugung von Strom aus Sonnenenergie hat sich innerhalb der vergangenen Jahrzehnte zu einer ernstzunehmenden Alternative zu fossilen Energiequellen entwickelt. Photovoltaikanlagen sind heute weltweit auf dem Vormarsch und spielen eine zentrale Rolle bei der Energiewende. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, und ein kontinuierliches Wachstum der Branche zu ermöglichen, sind immer höher automatisierte Photovoltaik-Produktionslinien notwendig. Das Ziel ist es, die Kosten 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 bietet.
Trotz intensiver Forschung an alternativen Rohmaterialien und Herstellungsverfahren, sind Solarzellen aus kristallinem Silizium bislang der Standard in gegenwärtigen Photovoltaikanlagen. Ihre Herstellung beruht auf einem äußerst komplexen Verfahren: Von der Gewinnung des Siliziums aus Quarzsand über die Wafer- und Zellen- bis hin zur Modulproduktion ist eine Vielzahl von Maschinen und Produktionsschritten nötig. Hier kommt unsere PC- und EtherCAT-basierte Automatisierungstechnologie zum Einsatz: Leistungsstark, modular und exakt skalierbar eignet sie sich als durchgängige Hard- und Softwareplattform sowohl zur Steuerung einzelner Maschinen als auch für komplette Produktionslinien. Durch die Optimierung sämtlicher Prozessschritte werden Kosten minimiert und die Energieeffizienz gesteigert.
Von großer Bedeutung ist aber auch unser technologisches und branchenspezifisches Know-how, beispielsweise in Bezug auf Servomotoren und -verstärker. So verfügt unser Servoverstärker AX8000 über eine einzigartige Rückspeisetechnologie: Um den Energieverbrauch beim Schneiden der Wafer zu senken, wird die Bremsenergie der Motoren für die Diamantdrahtsägen zurückgespeist. Die Produktionsabläufe in Diffusionsöfen und Beschichtungsmaschinen lassen sich mit PC-based Control komplett automatisieren, wodurch die Produktionseffizienz gesteigert wird und gleichzeitig die Betriebskosten gesenkt werden. Mit unseren leistungsfähigen und hochpräzisen Antriebssystemen ermöglichen wir − in Kombination mit der Softwarelösung TwinCAT Motion Control − ein vollständig automatisiertes Handling, beispielsweise um Solarzellen taktzeitoptimiert den nachgeordneten Testsystemen zuzuführen, bevor sie in Modulen zusammengefasst werden. Der Hochgeschwindigkeits-Feldbus EtherCAT und die offene Automatisierungssoftware TwinCAT sorgen für eine schnelle Kommunikation und die optimale Vernetzung der einzelnen Maschinen bis in die Cloud.
Der Maschinenbau für die Photovoltaik-Industrie steht unter ständigem Leistungs- und Kostendruck. Die Weiterentwicklungen bei der Solarmodultechnologie sowie die Vernetzung der Maschinen bis zur Cloud-Anbindung sind die Herausforderungen, denen sich Unternehmen zur industriellen Fertigung von Solarmodulen stellen müssen. Von Seiten des Maschinenbaus besteht daher die Notwendigkeit zur Integration neuer Technologien, um die Anlageneffizienz und -transparenz zu steigern. Daher ist es wichtig, die Kostentreiber auszumachen und regelmäßig auf den Prüfstand zu stellen: Eine große Vielfalt an Spezialhard- und -softwarekomponenten, die ihren Dienst für den Augenblick zuverlässig verrichten, verursacht nicht nur hohe Kosten bei der Beschaffung, sondern ist auch beim Engineering, der Vernetzung und Wartung sowie der langfristigen Ersatzteilpflege aufwändig und kostenintensiv. Macht die Funktionserweiterung einer Maschine eine Konstruktionsänderung dieser speziellen Hardware erforderlich, so spielen alle oben genannten Faktoren erneut eine Rolle.
Einen Ausweg bietet PC-based Control als offene Plattform: Eine Vielzahl von Hard- und Softwareanbietern sowie Serviceleistungen, standardisierte und preiswerte Schnittstellen sowie nicht zuletzt ihre unvorstellbar hohe Performance machen den PC zu einem unverzichtbaren Helfer in allen Belangen der Automatisierung. Die industriellen Anforderungen an PC-based Control adressiert Beckhoff durch die konsequente Eigenentwicklung und Produktion seiner Industrie-PCs, inklusive der Motherboards, der Automatisierungssoftware TwinCAT und des Echtzeitfeldbussystems EtherCAT. Die Langzeitverfügbarkeit der Hardware, industrielles Design, Echtzeitqualifizierung, ein hoher Diagnosegrad und Skalierbarkeit bilden das Fundament von PC-based Control von Beckhoff. Fortwährende Weiterentwicklungen im PC-Sektor, wie z. B. neue Mikroprozessoren, fließen stetig in den Entwicklungsprozess unserer Industrie-PCs ein und garantieren so eine „organische“ und „automatische“ Leistungssteigerung für die Zukunft.
Die gute Skalierbarkeit aller Komponenten in Bezug auf Preis, Leistung und Bauform macht es möglich, dieselbe Steuerungstechnologie durchgängig, von einer einfachen Wafer- und Zell-Handlingmaschine bis zu einem Diffusionsofen, zu verwenden. Die Folge ist: Kein Systembruch von einer zur nächsten Maschinenklasse, keine spezialisierten Entwicklungsteams und ein unschlagbar großes Portfolio an modularer Hard- und Software, das nahezu jeden Einsatzbereich und Anwendungsfall abdeckt. Damit ist PC-based Control heute nicht mehr wegzudenken aus dem Maschinenbau für die Photovoltaik-Industrie.
Aufgrund der Leistungsstärke moderner Mikroprozessoren, wie Beckhoff sie in allen seinen PC-Serien verbaut, können jederzeit, ohne Systemwechsel, auch komplexe Automatisierungsoperationen in die Steuerung integriert werden: Bildbearbeitungssysteme (TwinCAT Vision), spezielle, mit MATLAB®/Simulink® erstellte Softwaremodule, kundenseitiges in der Programmiersprache C/C++ implementiertes Spezial-Know-how, Machine Learning und viele andere rechenintensive Anwendungen können problemlos von der PC-Steuerung ausgeführt werden. Und wenn der PC dabei mal in die Knie geht? Wählen Sie den nächstgrößeren Industrie-PC von Beckhoff. Die Systemarchitektur und das erforderliche Know-how bleiben gleich, die in TwinCAT umgesetzte Software wird mitgenommen.
Mehr als 6.000 Unternehmen (Stand 2020), die sich weltweit zur EtherCAT Technology Group zusammengeschlossen haben, unterstützen die von Beckhoff entwickelte Technologie, die heute Grundlage für fast alle Leading-Edge-Photovoltaik-Maschinen ist. Mit Zykluszeiten weit unter 1 ms, überragender Synchronisationsgenauigkeit, flexibler Wahl der Netzwerktopologie, 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. Aufgrund der weltweiten Verbreitung steht eine große Anzahl EtherCAT-kompatibler Geräte, Sensoren und Aktuatoren am Markt zur Verfügung, wodurch eine hohe Investitionssicherheit gewährleistet wird. Die hohe Geschwindigkeit von EtherCAT führt zu einer höheren Taktzeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Genauigkeit der Prozesse. Die hochgenaue Erfassung und Ausgabe von Signalen bis in den Nanosekundenbereich (XFC-Technology) führt zu einer präzisen Erfassung der Solarwafer und -Zellen. Die daraus resultierende Ansteuerung der Maschinenplattform zur Be- und Entladung erfolgt mit höchster Genauigkeit.
Beim Einsatz von EtherCAT behalten Sie außerdem das Heft fest in der Hand und müssen keine Rücksicht auf die Kommunikationsstrukturen nehmen. Die Anlage wird geplant und gebaut; EtherCAT fügt sich passend zur gewählten Anlagentopologie ein. Linien-, Stern- oder Baumtopologie werden von EtherCAT vollumfänglich unterstützt – ohne Auswirkungen auf die Performance. Und das Beste: Über EtherCAT lassen sich auch Standard-TCP/IP-basierte Geräte, wie Scanner, Barcode-/QR-Code-Drucker oder andere Geräte aus der klassischen IT-Landschaft einfach anschließen.
Jedes Kabel ist eines zu viel, sofern es technologisch eine bessere Alternative dazu gibt. Leitungen sind ein nicht unerheblicher Kostenfaktor im Photovoltaik-Maschinenbau; sie müssen beschafft, projektiert, angeschlossen und im schlimmsten Fall konfektioniert werden. Im späteren Betrieb stellen Kabel insbesondere dann eine Fehlerquelle dar, wenn sie bewegt werden. Biege- und Torsionsbewegungen in Schleppketten und Robotern führen zu Verschleiß. EtherCAT P reduziert diese Aufwendungen deutlich. Es kombiniert auf einem 4-adrigen Standard-Ethernet-Kabel die EtherCAT-Kommunikation mit der Leistungsversorgung für die angeschlossenen Verbraucher. Alle Vorteile von EtherCAT, wie freie Wahl der Topologie, hohe Geschwindigkeit, optimale Bandbreitennutzung, Verarbeitung der Telegramme im Durchlauf, hochgenaue Synchronisation und umfangreiche Diagnose, bleiben erhalten. Damit ist EtherCAT P das optimale System für die Sensorik und Aktorik im Photovoltaik-Maschinenbau. Das Ergebnis: weniger Verdrahtungsaufwand, eine geringere Anzahl zu wartender Teilen, reduzierte Komplexität und weniger Kosten ohne Verlust von Funktionalität.
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; umso genauer dies geschieht, desto höher die Qualität der Zellen. TwinCAT, die Automatisierungssoftware, und EtherCAT, das Hochgeschwindigkeits-Kommunikationssystem, 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 XCF 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.
Auch eine weitere Eigenschaft von XFC, das Oversampling, dient zur Prozessverbesserung. Immer wenn es darum geht, Signale aus der Maschine trotz bereits sehr kurz gewählter SPS-Zykluszeiten noch hochauflösender zu erfassen und auszugeben, kommt CXF zum Einsatz. Der Trick: In einem EtherCAT-Zyklus werden auf einen Schlag bis zu 100 zeitlich äquidistante Werte eines Signals übertragen; die zeitliche Auflösung des Signals erhöht sich adäquat ebenfalls um diesen Faktor. Die Genauigkeit bei der Erfassung von Wafer- und/oder Solarzellen erhöht sich und das Stringing der Solarzellen kann ohne zusätzlichen Hardwareaufwand erfolgen.
Die Anforderungen an den Maschinenbau in der Photovoltaik-Industrie wachsen. Die Erfüllung individueller, auf den Herstellungsprozess angepasster Wünsche, sind das tägliche Geschäft und bilden oft die Voraussetzung, um am Markt dauerhaft erfolgreich zu sein. Die grundsätzliche Problemstellung dabei: Die stetig wachsende Anlagenkomplexität führt zu unterschiedlichsten Ausprägungen der Maschinen. Die verfügbare Entwicklungs- und Konstruktionszeit verkürzt sich in der Folge deutlich, Inbetriebnahme und Test vor Ort laufen schnell aus dem zeitlichen Rahmen. Wenn sich dann im letzten Moment herausstellt, dass in der Designphase ein Detail nicht bedacht wurde, wird es umso aufwändiger und teurer. Abhilfe schafft das Beckhoff TwinCAT-3-Softwaresystem.
Engineering- und Inbetriebnahmephase
In dieser Phase unterstützt die in TwinCAT integrierte Anbindung für Source-Code-Verwaltungssysteme das Engineering-Team. Sämtliche Änderungen sind von Anfang an jederzeit nachvollziehbar, unterschiedliche Projektstände können gezielt zusammengeführt werden. Der Source-Code ist umso besser lesbar, je mehr Entwickler sich an feste Konventionen halten. Die Überwachung der festgelegten Regeln zur Programmierung übernimmt eine statische Code-Analyse. TwinCAT 3 PLC Static Analysis sorgt dafür, dass der Programmierer während der Engineering-Phase auf Abweichungen von festgelegten Konventionen hingewiesen wird.
TwinCAT 3 Simulation
Umso früher Fehler in der Engineering-Phase einer Maschine auffallen, desto geringer sind die Kosten zu ihrer Beseitigung. Im Zweifelsfall bestimmt der Zeitpunkt des Erkennens darüber, ob ein Projekt überhaupt profitabel sein kann. Der Trend geht daher dahin, dass Maschinen entwicklungsbegleitend simuliert werden. Die Ansprüche sind allerdings sehr unterschiedlich. Ein Hersteller von Serienmaschinen tendiert zu einer möglichst detailgenauen Simulation, da sich der hohe „Einmalaufwand“ für ihre Erstellung immer lohnt. Ein Hersteller von Sondermaschinen benötigt eher Lösungen, die einfach und schnell umzusetzen sind. TwinCAT unterstützt mit einigen Produkten beide Anwendergruppen:
TwinCAT 3 CAD Simulation Interface
TwinCAT 3 EtherCAT Simulation
TwinCAT 3 Target for Functional Mockup Interface (FMI)
TwinCAT 3 Target for Functional Mockup Interface (FMI) unterstützt die standardisierte Schnittstelle zur Kopplung von Simulationssoftware. FMI wird von einer Vielzahl von Softwareherstellern genutzt, die sich darauf spezialisiert haben, dynamische Modelle mechanischer Systeme und Körper zu generieren. Das so generierte Modell kann in TwinCAT 3 integriert und wie ein real vorhandenes System gesteuert werden, um die Eigenschaften zu untersuchen. Eine Simulation dieser dynamischen Systeme steht üblicherweise am Anfang der Entwicklung einer Maschine und gibt der mechanischen Konstruktion und dem Softwareentwickler tiefe Einblicke in das dynamische Verhalten einer Maschine.
Diagnosefunktionen von TwinCAT 3
TwinCAT 3 verfügt von Hause aus über ein umfangreiches Diagnosesystem. Sämtliche Systeminformationen sind entweder in der TwinCAT 3 Engineering Umgebung (XAE) direkt einsehbar oder können in Echtzeit und zyklussynchron mit dem TwinCAT 3 Scope aufgezeichnet werden. Eine nachträgliche Analyse ist auch möglich. Der TwinCAT 3 Realtime Monitor ermöglicht eine Diagnose und Optimierung des Laufzeitverhaltens von Tasks und Prozessen in der TwinCAT 3 Runtime. Und wer noch einen Schritt weitergehen möchte: Um Langzeitanalysen über mehrere Maschinen hinweg, für Diagnosezwecke, zur Maschinen- und Betriebsdatenerfassung nutzen oder um vorausschauende Wartung realisieren und anbieten zu können, steht mit TwinCAT 3 Analytics das optimale Softwaretool zur Verfügung.
TwinCAT ist die durchgängige Softwareplattform für alle Steuerungsfunktionen. Bei der Antriebssteuerung stehen die umfangreichen Möglichkeiten von TwinCAT zur Regelung nicht-koordinierter und koordinierter Bewegungen einer Vielzahl von elektrischen Achsen im Mittelpunkt. Dabei sind zwei, oft scheinbar unvereinbare, Herausforderungen zu bewältigen: Zum einen gibt es in der Photovoltaik eine Vielzahl verschiedener Antriebstechnologien. Zum anderen werden − abhängig von diesen Technologien und dem Maschinentyp − häufig unterschiedliche Verfahren der koordinierten Bewegung gewählt.
Antriebstechnologien:
Die Motion-Control-Software TwinCAT beherrscht Antriebssysteme und -technologien, die in ihrem Verhalten und ihren Eigenschaften sehr unterschiedlich sind: Hierzu gehören Schrittmotoren oder kleine Servomotoren für den Transport von Solarwafern und/oder -zellen sowie hochdynamische Servoantriebe bei den Diamantdrahtsägen. Ergänzt wird das Szenario um eine Vielfalt an motorintegrierten und externen Messsystemen mit diversen Schnittstellen. In großen Anlagen ist die Koexistenz aller genannten Typen nicht selten.
Achsbewegungen:
Die Art und Weise, wie die vielen unterschiedlichen Achsen bewegt werden müssen, hängt vom Maschinentyp ab: Einzelachsen, Achskopplungen, Ausgleichsgetriebe- oder Synchronisierfunktionen gehören zu den Standardanforderungen des Maschinenbaus in der Photovoltaik.
TwinCAT bietet hierfür die entsprechenden Softwarefunktionsbausteine:
Mit TwinSAFE hat Beckhoff ein durchgängiges Sicherheitskonzept umgesetzt, das sichere Funktionalitäten in die Standard-Steuerungsplattform integriert: von der SPS, über die I/Os bis zur Antriebstechnik. Alle Safety-Funktionen, wie Not-Halt, Schutztürüberwachung, Zweihandbedienung, Trittmattenauswertung und Muting, sichere Position, sicher begrenzte Geschwindigkeit, sind mit der einheitlichen Engineering-Plattform TwinCAT programmier- und/oder konfigurierbar. Über die TwinSAFE-I/O-Module wird die Sicherheitstechnik nahtlos in den Klemmenstrang integriert, wobei sich die sicheren Signale beliebig mit den Standardsignalen mischen lassen. Die typischen Sicherheitsfunktionen sind in einer TwinSAFE-Logic-Klemme, EL6910, oder der kompakten Safety-Steuerung EK1960 auf Basis von Standard-Safety-Funktionsbausteinen entsprechend den Sicherheitsanforderungen programmier- oder konfigurierbar. Alle Beckhoff-Sicherheitssteuerungen eignen sich für Anwendungen bis SIL 3 nach IEC 61508 / Performance-Level e der ISO 13849-1. Die Sicherheitssteuerungen EL6910 und EK1960 unterstützen komplexe, sichere analoge Auswertungen.
Mit Hilfe der TwinSAFE-SC-Technologie (TwinSAFE Single Channel) ist es möglich, in beliebigen Netzwerken Standardsignale für sicherheitstechnische Aufgaben nutzbar zu machen. Hierzu stehen entsprechende EtherCAT-Klemmen zur Erfassung und zum sicheren Transport dieser Signale über EtherCAT zur Verfügung.
Große vernetzte Maschinenanwendungen stellen besonders in Hinblick auf die Sicherheitstechnik große Herausforderungen an alle Beteiligten. Viele vernetzte Maschinen mit ihren eigenen Sicherheitsbereichen, verteilt auf große Produktionsflächen, erschweren den Überblick und machen spätere Erweiterungen und Anpassungen zu einer Herkulesaufgabe. TwinSAFE bietet die Möglichkeit, die Sicherheitsapplikation nach Bedarf vollständig oder teilweise zu dezentralisieren. Jede Maschine kann einfach mit einer eigenen Sicherheitslogik ausgestattet werden. Die TwinSAFE-Logik ist Bestandteil jeder sicheren Ein- oder Ausgangsklemme und auch vieler Antriebskomponenten. Mit ihr lassen sich problemlos autarke Sicherheitsbereiche schaffen, die untereinander kommunizieren können. Während der Produktion und Inbetriebnahme können einzelne Maschinen von der jeweilige Fachabteilung sicherheitstechnisch verifiziert und validiert werden.
Als Spezialist für PC-based Control ergänzt Beckhoff mit TwinCAT Vision die seit vielen Jahren erfolgreiche TwinCAT-Welt um die integrierte Bildverarbeitung. Die Bildverarbeitung nimmt einen immer größeren Stellenwert ein und wird für Photovoltaik-Maschinenbauer und deren Kunden zunehmend zum entscheidenden Qualitätskriterium: bei Industrie-4.0-Anwendungen, für die Qualitätsoptimierung oder für Track-and-Trace-Funktionalitäten.
Der Ansatz der PC-basierten Steuerungstechnik bietet hier die ideale Lösung: Neben SPS, Motion Control, Robotik, Highend-Messtechnik, IoT und HMI wird mit TwinCAT Vision nun auch die Bildverarbeitung auf einer einheitlichen Steuerungsplattform integriert. Das vereinfacht das Engineering deutlich, weil die Konfiguration bzw. die Programmierung in der gewohnten Umgebung erfolgt. Zugleich lassen sich alle aus der Bildverarbeitung abgeleiteten Steuerungsfunktionen in einer Runtime exakt in Echtzeit synchronisieren. Latenzzeiten entfallen; alle Bildalgorithmen werden in Echtzeit ausgeführt. Hier zeigt sich der enorme Qualitätsvorsprung gegenüber herkömmlichen Vision-Lösungen: Photovoltaik-Maschinenbauer können mit TwinCAT Vision alle Bildverarbeitungsaufgaben direkt in die Gesamtsteuerung integrieren. Das Ergebnis sind zeitgemäße Maschinenkonzepte, die künftigen Marktanforderungen entsprechen und die Wettbewerbsfähigkeit und Investitionssicherheit der eigenen Produkte erhöhen.
Vorsprung durch TwinCAT Vision
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, die der Anwender für die jeweilige Applikation benötigt. Auf diese Weise eröffnen die Embedded-PCs ein breites Anwendungsfeld – von der Solarwafer- bis hin zur Solarmodul-Produktion.
Aufgrund ihrer Robustheit eignen sich die kompakten Embedded-PCs der Serie CX als leistungsstarke und zuverlässige Steuerung unter Industriebedingungen. Die feine Skalierbarkeit in unterschiedlichen Geräteklassen ermöglicht es dem Anwender, genau die zu seiner Applikation passende Leistungskategorie auszuwählen. 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 Geräteserien CX20x0 und CX20x2 sind Highend-Steuerungen für anspruchsvolle Applikationen, wie z. B. die Integration der Bildverarbeitung, die Realisierung von Machine Learning oder die Aggregation großer Datenmengen.
Ein weiteres Plus der Embedded-PCs-Serie – wie des gesamten Industrie-PC-Portfolios von Beckhoff – ist die langjährige Verfügbarkeit von Ersatzteilen, die dem Kunden eine hohe Investitionssicherheit bietet.
Mit der Industrie-PC-Baureihe der C6015 bis C6032 begegnet Beckhoff allen Anforderungen der Photovoltaik-Produktion hinsichtlich Robustheit, Leistung und Skalierbarkeit. Die − wie immer bei Beckhoff − im eigenen Hause entwickelten Geräte, inklusive Motherboard, Netzteil und komplettem Gehäusekonzept, verfügen über eine Robustheit „by Design“. Das führt dazu, dass die Geräte trotz hoher Leistung bei Umgebungstemperaturen bis zu 55°C betrieben werden können. Temperaturen, die in einem klimatisierten Schaltschrank typischerweise nicht vorkommen, außerhalb dieser klimatisierten Zonen, nahe an wärmeproduzierenden Aggregaten und in Ländern mit extremen Witterungsbedingungen aber schnell zu einer echten Herausforderung werden. Widerstandsfähigkeit im industriellen Umfeld ist dennoch nicht das einzige Credo.
Die Industrie-PC-Diagnose bietet dem Maschinenbauer und Betreiber jederzeit umfangreiche Informationen über den Betriebszustand des Gerätes: Informationen, die über einen einfachen Webbrowser zugänglich sind und in der SPS direkt ausgewertet und je nach Anforderung in der Anlagenvisualisierung angezeigt werden können. Zu diesen Daten gehört auch der Zustand der verwendeten Speichermedien (SSD), die, sofern zwei Speicher verwendet werden, im RAID-Betrieb arbeiten können. Und sollte doch einmal nach langer Betriebszeit der Wechsel eines Speichermediums erforderlich werden: Trotz der Kompaktheit des Gerätes ist eine einfache und schnelle Wartbarkeit sichergestellt.
Eine der größten Herausforderungen sind Schwankungen der Industrie-PC-Versorgungsspannung. Die Ursachen dafür können vielfältig sein: Eine hohe Anzahl von Verbrauchern innerhalb eines Industriebetriebes mit großem Leistungsbedarf und folglich dem möglichen Auftreten nicht kalkulierbarer Spitzenströme ist dabei ein häufig vorkommender Grund. Unabhängig von der Ursache sind die Folgen − speziell bei verketteten Produktionsanlagen − schwerwiegend. In den Anlagen, die sich oft über ganze Hallen erstrecken, befinden sich die Solarwafer und -Zellen in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen. Stellt ein Industrie-PC bei voller Produktion auf Grund einer Spannungsschwankung oder gar eines Komplettausfalls der Versorgungsspannung seinen Dienst ein, ist der Wiederanlauf mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Daher können die Industrie-PCs der Baureihe C60xx optional um eine USV vom Typ CU81xx erweitert werden. Die USV sorgt dafür, dass bei größeren Spannungseinbrüchen wichtige Steuerungs- und Betriebsdaten sicher gespeichert und der Industrie-PC geführt heruntergefahren wird. Ein schnelles Wiedereinschalten der Anlage und damit eine hohe Verfügbarkeit ist somit gewährleistet.
1995 hat Beckhoff die Busklemme auf den Markt gebracht, die sich seitdem zu einem der wichtigsten Technologiestandards der Automatisierungstechnik entwickelt hat. Im Jahr 2003 folgte die Entwicklung des Echtzeit-Ethernet-Systems EtherCAT. Von Beckhoff als offenes System auf den Markt gebracht, wurde es innerhalb weniger Jahre zu einem Weltstandard in der Automatisierung. Anwendern steht ein umfangreiches EtherCAT-I/O-Klemmenportfolio zur Verfügung, das sowohl hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit als auch seiner Varianz hervorragend geeignet ist, um jede Funktionalität in Photovoltaik-Maschinen und deren Peripherie zu automatisieren.
EL3318 zur Temperaturerfassung
EL3403 zur Energiemessung:
EL6910 und EL3124-0090 zur Sicherheitsüberwachung:
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, um qualitativ hochwertige Solarmodule zu fertigen. Jede Abweichung geht auf Kosten der Qualität und führt zu einer aufwendigen Nachbearbeitung oder sogar zum Ausschuss, mit negativer Auswirkung auf den Ertrag.
In Kombination mit der Motion-Control-Software TwinCAT und EtherCAT, dem schnellen Kommunikationssystem, deckt das skalierbare Beckhoff Antriebssystem das hohe Anforderungsprofil der Photovoltaik-Industrie komplett ab: Die integrierte, schnelle Regelungstechnik der Servoverstärker-Baureihen AX8000 und AX5000 unterstützt schnelle und hochdynamische Positionieraufgaben. Im unteren Leistungsbereich stellen die EtherCAT-Antriebsklemmen EL7xxx eine preiswerte und kompakte Alternative dar.
Das umfangreiche Programm an linearen und rotatorischen Servomotoren ist optimal auf die Servoverstärker zugeschnitten. Die Motorserie AM8000 zeichnet sich durch die One Cable Technology aus, Power- und Feedbacksystem sind in einem Standardkabel zusammengefasst. Für Anwendungen mit einfachen Verstellantrieben bietet Beckhoff die volle Bandbreite an Antrieben, wie Schrittmotoren oder DC-Motoren.
TwinCAT 3 integriert sämtliche Engineering- und Steuerungsfunktionen auf einer zentralen Softwareplattform. Dies gilt für Programmierung, Konfiguration, Echtzeitumgebung und alle Runtime-Module. Durch die Programmierung in den gängigen IEC-SPS-Dialekten und der Integration von C/C++-Algorithmen kann der Photovoltaik-Maschinenbauer - abhängig von der Aufgabe der Programmierer und Servicestrategie - die am besten geeignete Programmiermethode frei wählen. Mit der Integration von MATLAB®/Simulink® werden Regelkonzepte modellbasiert entwickelt und leisten damit ihren Beitrag zur virtuellen Maschinenkonstruktion. Die TwinCAT 3-Schnittstellen zu Machine-Learning-Algorithmen erlauben die Nutzung von KI-Methoden im traditionellen Steuerungsumfeld. Durch die Verwendung von Microsoft Visual Studio® als einheitlicher Programmierer-Workbench werden unterschiedliche Versionsverwaltungssysteme unterstützt und das Arbeiten im Team vereinfacht. Für die Serienproduktion bietet TwinCAT 3 mit dem Automation Interface offene Schnittstellen für die Integration kommerzieller IT-Systeme zur Programmierung der Maschinen.