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Damit die Solarzellen einmal auf der grünen Wiese stehen können, brauchen Solarzellenhersteller Metallisierungslinien für das Beschichten der Wafer.
Höhere Produktivität mit der neuen dreispurigen Fertigungslinie.
Alle Module der Fertigungslinie sind durchgängig mit Ethernet vernetzt.
Die Codesys-SPS-Steuerung als Terminal-Server, die via Ethernet VNC die Visualisierung zum Ethernet-Terminal transportiert und über denselben Weg die Eingaben des Bedieners erhält.

Der 1992 gegründete Spezialist für die Entwicklung von Sondermaschinen im Bereich der Handlingsysteme und der Prozessautomation, Asys in Dornstadt, bewies vor fünf Jahren den richtigen Riecher für künftige, zug-starke Märkte: Die Photovoltaik. Die Ultraline ist eine Highspeed-Fertigungslinie zur Beschichtung von Wafern, die für Solarzellen verwendet werden. Dabei geht es um die Metallisierung der Wafer mit Silber oder Aluminium. Heute sind die Metallisierungslinien aus Dornstadt für Solarzellenhersteller ein wichtiger Schwerpunkt des Unternehmens. „Die Innovationen in diesem Sektor gehen natürlich immer weiter. In Richtung Solarzellen aus Kunststoff wird kräftig geforscht, die Entwicklung von Dünnschichtmodulen schreitet voran: Da müssen wir dran bleiben – unter anderem durch die Zusammenarbeit unserer Entwicklungsabteilungen mit dem Fraunhofer Institut“, sagt Klaus Mang, Geschäftsführer der Asys-Gruppe.

Das Wichtigste für den Erfolg der Fertigungslinie ist die Traceability der Prozessdaten. Gerade weil es sich dabei um einen Druckprozess im Siebdruck handelt, ist es wichtig, dass alle Parameter sorgfältig gemessen und geregelt werden, egal ob Druckparameter oder Inspektionsparameter. Es beginnt bei der Vorbereitung der Teile, geht über die Trocknung und hört bei der Messung des Wirkungsgrads der Solarwafer nicht auf. Im Gegensatz zu einer normalen Fertigungslinie, die aus einer Spur besteht, hat die neue Triple Lane drei Spuren parallel. Das hat den Vorteil, Platz, Taktzeiten und Kosten einzusparen, aber den Nachteil, dass man dabei nicht nur viele Teile, sondern auch hohe Datenmengen produziert. Dies war auch ein Grund für die Auswahl von Berghof Ethernet-Terminals und Steuerungen. Weil damit die Möglichkeit gegeben ist, die vielen Prozessdaten möglichst schnell und einfach austauschen zu können – und bei 4?600 Zellen pro Stunde die Prozesskontrolle zu bewahren.

Preis-Leistungsverhältnis zwischen klein und groß

Die Herausforderung für Berghof bestand darin, das Automationskonzept den modularen Anforderungen des Kunden anzupassen – hardware- und softwareseitig. Dazu muss man wissen, dass der Dornstädter Spezialist seine Linien stets aus vielen einzelnen Maschinen modular konfiguriert und diese möglichst dezentral steuert. So können an jedem Teil der Anlage die Parameter individuell eingestellt werden, mit einer klaren, übersichtlichen Bedienstruktur. Ein Vorteil für den Anwender und eine hohe Anforderung an die Architektur der Steuerungswelt. Denn in der Linie werden leistungsstarke, große Systeme mit kleinen, kostensparenden Modulen kombiniert. Das bedeutet für den Steuerungslieferanten: Das Preis-Leistungsverhältnis zwischen klein und groß muss auch hier stimmen. Zusätzlich sollte dann noch etwas Geld für eine Individualentwicklung übrig sein, wie sie an manchen Stellen nötig ist. „Wir wollten unter anderem das Design der Ethernet-Terminals auf unsere speziellen Anforderungen anpassen lassen, denn gerade die Displays gab es so nicht.“ sagt Jürgen Lehner von Asys. „Berghof konnte hier schnell für uns Entwicklungs-Ressourcen bereitstellen. Und hatte in der gesamten Lösung ein exzellentes Preis-Leistungs-Verhältnis.“

Das Design der Ethernet-Terminals wurde den individuellen Wünschen angepasst und die Displays mit entsprechenden Folien und Tastenkombinationen versehen – jedes Modul der Fertigungslinie bekam ein eigenes Terminal. Zum Einsatz kamen durchweg grafikfähige Color-Displays in der Ausführung 3,5 und 5,7“ mit Touch-screen. Dabei handelt es sich zum einen um kompakte dezentrale Bedienstationen, zum anderen um leistungsfähige Stationen mit großer Visualisierung. Alle Terminals können auf die SPS-Visualisierung zugreifen im Sinne einer ‚Server based PC-Visualisation‘. Features, die bisher nur großen PC-basierten Steuerungen vorbehalten waren. Als Kompakt-SPS kam eine Berghof Cedio-P 24/24/2 Steuerung zum Einsatz. Vorteilhaft war die hohe Anzahl an Schnittstellen, die auf der Kompakt-SPS standardmäßig installiert sind. „Die großen E/A-Pakete mit 24 digitalen Ein- und Ausgängen passen für
unsere Anforderungen optimal“, sagt Jürgen Lehner, „eine andere oder niedrigere Anzahl würde in unserem Fall keine Vorteile bringen.“

Bereit für den internationalen Markt

Bei einem modularen Baukasten-System ist es wichtig, vom Kleinstmodul bis hin zur großen Einheit die gleiche Softwareplattform einsetzen zu können. Über Codesys lässt sich dies mit einer Software und einem durchgängigen Programmiertool lösen. Die Ansteuerung der verschiedenen Antriebe erfolgt unproblematisch via CAN-Bus. Egal ob Schrittmotor, DC-, DC-Servo- oder AC-Motor, es gibt eine Motion-Control-Bibliothek, die es dem Anwender einfach macht, die Antriebe anzusteuern. Die Entwicklungsumgebung arbeitet dabei funktionsorientiert, das heißt, es gibt Befehle wie ‚fahre nach‘ oder ‚referenziere‘. Das ist komfortabler, als solche Befehle auf einem CAN-open-Kommunikationsinterface selbst programmieren zu müssen. Berghof integriert dabei verschiedene Fabrikate und ist in der Lage, auch weitere Antriebe schnell und mit vergleichsweise wenig Aufwand einzubinden. Auch beim Austausch einer Komponente können die Parameter automatisch wieder aufgespielt werden, was eine Vereinfachung bedeutet. „Codesys war für uns eine Grundbedingung“, so Jürgen Lehner, „dadurch fielen schon einige Anbieter aus.“

Wichtig waren auch die Entwicklungskapazitäten des Automatisierers und die hohe Flexibilität. Darüber hinaus war es wichtig, dass man sich zunehmend auf die internationalen Märkte einstellt. Im Ausland genießt Codesys ein hohes Ansehen. Das liegt zum einen an der Lizenzfreiheit der Lösung. Zum anderen können mit den Berghof Ethernet Terminals die Fertigungsanlagen für den internationalen Markt ausgelegt werden, was die Mehrsprachigkeit angeht. „Jetzt haben wir dadurch die Möglichkeit, über Deutsch und Englisch hinaus die Terminals auch mit Sonderzeichen und anderen Sprachensätzen zu versehen“, so Jürgen Lehner. Denn viele Kunden von Asys Solar sitzen in China, Korea und Taiwan.