Konnektivität und Performance für fortschrittliche PV-Produktion

XuRi aus der chinesischen Autowell-Gruppe bietet fortschrittliche Produktionstechnologien für die Photovoltaikindustrie und andere regenerative Energiesektoren. Damit Hersteller in diesen dynamischen Märkten wettbewerbsfähig bleiben, müssen ihre Anlagen einen hohen Automatisierungsgrad erreichen. Mit EtherCAT und PC-based Control integriert XuRi nahtlos Fremdsysteme in seine PV-Produktionslinien und sorgt mit kurzen Zykluszeiten für hohe Produktivität beim Endkunden.

Das 2010 gegründete Unternehmen Wuxi Autowell Technology Co., Ltd. (ATW) ist ein bekannter Hersteller von Anlagen für die PV-, Li-Ionen-Batterie- und Halbleiterindustrie mit derzeit mehr als 4 000 Mitarbeitenden. Die ATW-Gruppe hat mehrere Tochtergesellschaften wie Autowell Intelligent Equipment, SCEC, ATW Coshin, Leddo und ATW XuRi. Ihr wachsendes Portfolio bedient die vier wichtigsten Sektoren der Photovoltaik-(PV-)Industriekette: Stab-, Wafer-, Zell- und Modulproduktion. Die Tochtergesellschaft Wuxi Autowell XuRi Technology Co., Ltd. wurde im August 2021 gegründet und befasst sich mit der Forschung und Entwicklung, Implementierung und Herstellung von Anlagen für die PV-Zellenproduktion.

Bereits im Jahr seiner Gründung konnte Autowell XuRi den Auftrag von Runyang für die Implementierung einer Produktionslinie für den Siebdruck von N-Typ-Solarzellen mit einem Auftragsvolumen von umgerechnet etwa 17,5 Millionen Euro gewinnen. Die Steuerungen für die einzelnen Produktionslinien stammen alle von Beckhoff:

• Entsprechend den Kundenanforderungen wurden Industrie-PCs C6015 und CX9020 für den Sinter- und Glühprozess sowie C6030 für den Sortierprozess ausgewählt.
• Für das I/O-System kommen neben einfachen digitalen und analogen Ein- und Ausgängen aus dem EtherCAT-Klemmenportfolio von Beckhoff die Inkremental-Encoder-Interfaceklemmen EL5152 zum Einsatz, an die jeweils zwei Encoder für Motion Control angeschlossen werden können.
• EtherCAT-Klemmen EL6022 ermöglichen die Kommunikation mit Fremdgeräten über Modbus RTU und die EL6652 unterstützen die Echtzeitkommunikation über EtherNet/IP mit anderen Fremd-Geräten in der Produktionslinie.

Die Kommunikation mit dem Touchscreen eines Drittanbieters wird über TCP/IP realisiert, und die Echtzeitkommunikation mit einem weiteren HMI eines Drittanbieters basiert auf dem ADS-Protokoll von Beckhoff. Während bisher die Automatisierungssoftware TwinCAT 2 eingesetzt wird, beabsichtigt der Kunde, bei zukünftigen Projekten mit einer ausreichenden Anzahl von Implementierungen TwinCAT 3 einzusetzen.

Für die Sinter- und Glühprozesse des Endkunden LONGi in Ordos wählte der XuRi den Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6015 beziehungsweise den Embedded-PC CX9020 als Steuerungsplattform. Der C6015 verfügt über ein robustes Gehäuse aus Aluminium und bietet Vorteile wie geringe Größe, niedrige Leistungsaufnahme, hohe Performance und platzsparenden Schaltschrankeinbau, verbunden mit flexiblen Installationsoptionen. Die zwei USB-Ports und zwei Gigabit-Ethernet-Ports decken den Schnittstellenbedarf des Anwenders im täglichen Betrieb ab.

Der CX9020 ist ein kostengünstiger Embedded-Controller, der zusätzlich zum RAM auch 128 KB anNOVRAM als nichtflüchtigen Speicher integriert. Der hutschienenmontierbare Embedded-PC ermöglicht den direkten Anschluss verschiedenster I/O-Module, sodass er sehr einfach auf den Einsatz in verschiedenen Umgebungen vorbereitet werden kann. Für den Solarzellen-Sortierprozess setzt Tongwei Solar Ultra-Kompakt-Industrie-PCs C6030 ein. Die Steuerung ist mit einem 3,3-GHz-Dual-Core-Pentium-Prozessor von Intel, vier USB-3.0-Ports und vier Gigabit-Ethernet-Ports ausgestattet. Sie nutzt zwei Ethernet-Ports für die EtherCAT-Kommunikation und ermöglicht damit den Anschluss von Dutzenden verschiedener Module und 80 Servoantrieben, wodurch die Echtzeitsteuerung aller angeschlossenen Slaves im Automationsnetzwerk erreicht wird.

Im Vergleich zu konventionellen SPS-Geräten ist das Steuerungssystem von Beckhoff nach Aussage der Autowell-XuRi-Experten offener und flexibler und bietet eine höhere Performance in der Echtzeitsteuerung. Dadurch kann es die Anforderungen des Kunden in Bezug auf kurze Zykluszeiten und einen entsprechend hohen Produktionsausstoß besser erfüllen.

Die persistente Datenspeicherung wird für eine kleine Anzahl von häufig verwendeten Parametern verwendet. Darüber hinaus werden weitere Geräte- und Motorparameter durch das Schreiben von XML-Dateien gespeichert. Dies verhindert den Verlust von Geräteinformationen bei Systemausfällen und gewährleistet einen zuverlässigen Maschinenbetrieb.
Mit der Kommunikationstechnologie EtherCAT stellt Beckhoff umfangreiche Diagnosefunktionen zur Verfügung. Neben der Basisfunktion ‚Emergency Scan‘ kann der Anwender schnell nach Hardwaredefekten in der EtherCAT-Netztopologie suchen. Darüber hinaus ist eine Hardware-Diagnose der EtherCAT-Ports möglich, was die schnelle und genaue Identifikation des fehlerhaften Ports eines bestimmten Slaves ermöglicht.

Während der Erstinbetriebnahme der Anlage halfen diese Diagnosemöglichkeiten den Kunden, viele Kommunikationsprobleme mit den Slave-Geräten von Drittanbietern zu lösen und den Inbetriebnahmeprozess zu beschleunigen, indem Störungen schon in einem frühen Stadium beseitigt wurden.

TwinCAT unterstützt alle IEC-61131-3-Programmiersprachen, sodass die Anwender ihre bevorzugte Programmiersprache entsprechend der eigenen Vorerfahrung wählen können. In diesem Projekt haben sich die Ingenieure von Autowell XuRi beispielsweise für eine Kombination der beiden Programmiermethoden Structured Text (ST) und Funktionsplan (FBD) entschieden.

Für die anwenderfreundliche Programmierung stellt Beckhoff umfangreiche Softwarebibliotheken zur Verfügung. Die Modbus-Bibliothek enthält zum Beispiel geeignete Templates für die Kommunikation mit Frequenzumrichtern. Die NC-Bibliothek erleichtert die Programmierung von Motion-Control-Funktionen für die verschiedensten Servoantriebe. Für Funktionen, die der Anwender häufig aufruft, lässt sich die Programmiereffizienz durch die Erstellung eigener Bibliotheken noch weiter steigern.

Das leistungsstarke Protokollierungssystem zeichnet automatisch jedes Detail des Maschinenbetriebs auf. Im Fall einer ungeplanten Systemabschaltung oder beim Auftreten von Fehlern im Betrieb können alle Informationen zu diesen Ereignissen im System gefunden werden, was die Rückverfolgbarkeit aller Produktions- und Maschinendaten ermöglicht und eine Grundlage für zukünftige Optimierungen bietet.