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浙江晶盛機(jī)電股份有限公司最早是使用單獨(dú)的過程和溫度控制系統(tǒng)來控制半導(dǎo)體單晶硅生長過程。自從改用了倍福基于 PC 的控制技術(shù)后，不僅節(jié)省了成本，而且其可擴(kuò)展性也使項(xiàng)目的實(shí)施變得更加便捷。TwinCAT 軟件還能為客戶的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)注入附加值。

浙江晶盛機(jī)電股份有限公司（以下簡稱：晶盛機(jī)電）總部位于中國浙江省，是全球領(lǐng)先的光伏和半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商。晶盛機(jī)電憑借其優(yōu)異的設(shè)備工藝和多年積累的豐富行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，長期位列全球長晶設(shè)備龍頭。過去，晶盛機(jī)電一直使用傳統(tǒng)的 PLC 和溫度控制器實(shí)現(xiàn)單晶爐的自動(dòng)化。但溫度控制器的功能有限，并且與 PLC 結(jié)合使用時(shí)靈活性太差。因此，晶盛機(jī)電轉(zhuǎn)而采用倍福控制平臺，它由嵌入式控制器、TwinCAT 自動(dòng)化軟件和各種 EtherCAT 端子模塊構(gòu)成，并結(jié)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(shè)備。這種集成式控制平臺取代了兩臺獨(dú)立的設(shè)備，可以更靈活地滿足客戶的個(gè)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(jìn)行晶體生長。熔融硅液必須保持在一定溫度，緩慢旋轉(zhuǎn)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(dǎo)體單晶硅的優(yōu)點(diǎn)是其取向非常均勻，因此具有較高的轉(zhuǎn)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(shí)間（數(shù)天至半個(gè)月）穩(wěn)定的生長過程控制。其中，溫度控制尤為重要，因?yàn)闇囟炔痪鶆蚩赡軙?huì)導(dǎo)致多晶材料在生長時(shí)出現(xiàn)晶格結(jié)構(gòu)缺陷。單晶爐持續(xù)運(yùn)行時(shí)，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(dǎo)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(dāng)出色。晶盛機(jī)電一開始使用的是 CX1030 嵌入式控制器，隨著項(xiàng)目需求的增加，目前采用 CX9020 或 CX8190 作為中央設(shè)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(qiáng)，幫助晶盛機(jī)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(jī)電主要使用 TwinCAT 2 控制軟件，但對于某些項(xiàng)目需要使用新功能時(shí)，可以方便地切換到 TwinCAT 3 軟件平臺。在進(jìn)行切換時(shí)，只需對代碼稍作改動(dòng)，就可以擴(kuò)展和升級原有項(xiàng)目。此外，TwinCAT 還支持多種通信協(xié)議，可以實(shí)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(jī)電高級專家王先生

對倍福軟硬件平臺給予了很高的評價(jià)：

“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(gòu)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(yùn)行數(shù)天至兩周是確保高質(zhì)量半導(dǎo)體單晶生長的重要前提

由于 EtherCAT 具有實(shí)時(shí)通信能力，晶盛機(jī)電可以從眾多可用的 EtherCAT 端子模塊中進(jìn)行選擇。

王先生解釋道：“EtherCAT 的分布式 I/O 模塊給項(xiàng)目帶來了極大的便利，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(xiàng)目的需求與成本進(jìn)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(jī)或其它有源器件，安裝和維護(hù)成本大大降低，同時(shí)也簡化了系統(tǒng)的布線和調(diào)試工作。”

多任務(wù)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(quán)。TwinCAT 模塊化自動(dòng)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(wù)程序由不同用戶獨(dú)立管理。不同子任務(wù)程序的數(shù)據(jù)交換可通過變量映射實(shí)現(xiàn)。這些任務(wù)將在 TwinCAT 的 Runtime 中被調(diào)用。這種模塊化的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)的維護(hù)和開發(fā)更加靈活和高效。晶盛機(jī)電采用多 PLC 任務(wù)處理，將核心工藝算法封裝在單個(gè) PLC 程序中。為了保護(hù)核心算法程序的安全性，晶盛機(jī)電將程序保存為無法反編譯的二進(jìn)制代碼。此外，程序部署也非常方便，只需要復(fù)制這些二進(jìn)制代碼文件到目標(biāo)控制器上，即可實(shí)現(xiàn)程序的下載。

隨著新一輪技術(shù)創(chuàng)新的迭代升級，王先生說道：“晶盛機(jī)電推出了基于開放平臺架構(gòu)的第五代單晶爐，其最大的亮點(diǎn)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(gòu)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(dòng)創(chuàng)建 TwinCAT XAE 組態(tài)實(shí)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(gè)性化工藝的能力，助力他們在技術(shù)上持續(xù)創(chuàng)新提升競爭力。”

2023 年，晶盛機(jī)電代表團(tuán)訪問了倍福威爾總部（從左到右）：何超博士（負(fù)責(zé)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(jī)電董事長）、涂瑾（晶盛機(jī)電總裁助理）和 Kai Ristau（倍福全球銷售總監(jiān)）