武漢帝爾激光科技股份有限公司（簡稱武漢帝爾激光）位于武漢東湖新技術開發區（別稱“中國光谷”），公司專注于激光設備和技術在太陽能電池領域的應用，公司采用基于 PC 的控制技術和 EtherCAT 實時總線取代傳統的專用運動控制卡架構，升級和簡化了激光消融設備的控制結構，產能提高了一倍多。

升級改造后的運動控制系統助力   激光消融設備產能實現翻番

武漢帝爾激光所生產的激光消融設備能夠實現 PERC 太陽能電池（PERC：鈍化發射極和背面電池技術）背面鈍化層介質膜進行激光開孔。與傳統工藝相比，不再把鋁直接淀積在硅的背面，而是淀積 AL2O3/SiN 介質層之后用激光選擇性開孔，這樣不僅能最大程度減少了背面金屬接觸面積及橫向電阻，而且還能減少金屬與半導體界面的高速復合區域，從而提高短路電流和開路電壓。

通過基于 PC 的控制技術和 EtherCAT 總線的優勢顯著

早在 2018 年，武漢帝爾激光就開始和倍福公司展開合作，在其主要光伏自動化設備領域使用基于 PC 的控制技術并建立 EtherCAT 總線控制標準。例如，CX5120 嵌入式控制器用作激光消融設備的主控制器，結合 EtherCAT 高明度數字量輸入和輸出端子模塊以及 EtherCAT 伺服驅動器，形成結構緊湊、布線簡潔的典型自動化設備控制結構。武漢帝爾激光技術總監艾輝博士解釋說道：“傳統的運動控制卡利用高性能微處理器及大規模可編程器件實現多個伺服電機的多軸協調控制。雖然運動控制卡將實現運動控制的底層軟件和硬件集成在一起，使其具有伺服電機控制所需的各種速度、位置控制功能，但多軸的擴展性受到一定程度限制，柜內布局和后期維護也可能變得復雜。”

為了解決這些問題，武漢帝爾激光選擇了倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術，艾輝博士繼續說道：“通過倍福的 EtherCAT I/O 系統可以快速集成不同的外圍設備和子系統。基于 PC 的控制技術的開放性和 EtherCAT 總線的高速實時性幫助我們實現了設備產能的大幅提升。除此之外，數字化總線控制方案簡化了系統設計布線，結合 EtherCAT 總線非常完備的診斷功能，降低了系統設計和現場維護的成本。”

倍福 CX5120 嵌入式控制器（右下）用作激光消融設備的主控制器

集成 PLC 邏輯控制和運動控制

適合 DIN 導軌安裝的無風扇型 CX5120 嵌入式控制器用于控制 20 至 30 根伺服軸的 PTP 運動，同時管理下位分布式 I/O 的邏輯配合控制。結合 EtherCAT 高密度數字量輸入輸出端子模塊，使得控制柜內的布局非常緊湊。據武漢帝爾激光介紹，控制器自身搭載的 Intel? Atom? 單核處理器性能能夠滿足復雜的多軸運動控制和常規的 I/O 邏輯處理，綜合性能優勢明顯。嵌入式控制器還自帶 1 秒鐘 UPS，用于在掉電情況下備份持久性系統關鍵數據。

消融設備采用 TwinCAT 軟件平臺進行編程，TwinCAT 軟件基于 PLCopen 的標準運動控制庫為設備多軸運動控制的邏輯編寫提供了豐富的功能接口。武漢帝爾激光公司電氣部技術負責人張浩表示：

“CX5120 嵌入式控制器強大的多軸運動控制性能、TwinCAT 軟件平臺強大的功能接口和開放式編程環境給我們留下了深刻的印象。倍福提供的開放式編程框架提升了整體程序的開發效率。另一方面，TwinCAT 的通信接口豐富，能夠擴展系統的兼容性。TwinCAT 對上位人機界面的軟件通信提供了標準 ADS 通信協議接口，通信速度非常快。”

高效、開放的解決方案

武漢帝爾激光為其客戶提供一系列完整的工藝解決方案，從激光消融工藝環節的各個差異化機型，到全自動激光劃片機、太陽能電池激光打孔設備、太陽能電池燒結設備等等。公司已經與倍福展開了多方位的合作。張浩認為：“倍福控制技術的軟件程序兼容性和控制器功能接口豐富的特點為后續設備的升級和新工藝設備的研發提供了標準的平臺。倍福控制器除了具有 PLC、PTP 運動控制功能之外，還具有多軸耦合聯動功能，在凸輪、NCI 插補方面功能強大，使得我們在激光劃片等新研發機型方面能夠展開更廣泛的合作。統一的軟件平臺對于開發新機型起到了至關重要的作用。另外，開放的 EtherCAT 總線架構也可以讓設備方案盡可能優化，體現高度靈活性和可持續性，為企業的發展帶來更多價值。”