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Photovoltaik

Arnold Gruppe

Nachverfolgbarkeit für die Bearbeitung multikristalliner Silizium-Blöcke

Das Unternehmen

Herbert Arnold gründete am 01.10.1950 sein nach ihm benanntes Unternehmen als Einmannbetrieb, zunächst für die Entwicklung und Fertigung von Maschinen für die Laborglasindustrie. Durch innovative Fertigungstechnologien fasste das Unternehmen dazu schnell Fuß in der internationalen Quarzglas- und Glasfaserindustrie. Seit 1984 wird die Weilburger Arnold Gruppe in zweiter Generation durch Wolfram Arnold geführt und beschäftigt derzeit über 150 Mitarbeiter. Durch die ständige Weiterentwicklung der Produktpalette wächst auch der Kundenkreis des Unternehmens. So hat Arnold neben der Halbleiterindustrie mittlerweile einen hohen Stellenwert in der Fertigung von Maschinen für den zukunftsweisenden Bereich der Photovoltaik. Die Arnold Gruppe kann sich heute zu den weltweit führenden Herstellern von Werkzeugen, Brennern, Maschinen und Anlagen für die Glas- und Quarzglasbearbeitung zählen und bietet eine breite Palette von manuell bedienbaren Formeinrichtungen für die Laborglasindustrie bis hin zu robotergestützten Fertigungszellen für die Photovoltaikindustrie.

Aufgabe und Lösung

Für die neue Produktionsstätte eines Kunden der Firma Arnold aus dem Bereich der Photovoltaikindustrie, wurde eine vollständige Automatisierungslösung zur Oberflächenbearbeitung, Qualitätsvermessung und Kommissionierung von multikristallinen Silizium-Blöcken benötigt. Im angegliederten Produktionsverlauf werden diese zu sogenannten Wafern, die Grundlage von Solar-zellen. Hierzu war ein Leitsystem mit Anbindung an das übergeordnete Management Execution System (MES) erforderlich.

Die Anlage besteht aus zwei robotergestützten Produktionszellen der Firma Arnold. Zelle 1 dient zur Oberflächenbearbeitung und Qualitätsvermessung mittels Infrarotdurchleuchtung und elektrischer Qualitätskontrollen zur Ermittlung der Materialqualität. In Zelle 2 werden die Silizium-Blöcke mithilfe der in der Qualitätskontrolle ermittelten Daten zusammengefasst, die Schnittmarken berechnet und die Blöcke demnach zersägt. Abschnitte mit unzureichenden Materialeigenschaften werden über Transportbänder qualitätsrein aussortiert. Verwendbare Blockabschnitte werden eingelagert und später fraktionstreu auf Paletten kommissioniert.

Die Bearbeitung der Blöcke erfolgt robotergestützt. Mussten diese früher von Hand transportiert werden, übernimmt bei dieser Anlage jeweils ein Roboter pro Zelle die Weitergabe der Blöcke von Maschine zu Maschine und anschließend die Einlagerung und Kommissionierung. Neben der verbesserten Prozesssicherheit, wird der Produktionsverlauf durch den Einsatz der Robotertechnik wesentlich beschleunigt, dessen Genauigkeit erhöht und die Materialbeschädigung deutlich verringert.

Über drei PC-Stationen, verteilt auf die Produktionsabschnitte „Oberflächenbearbeitung und Messung“, „Manueller Inspektionsplatz“ und „Kommissionierung“, werden die Prozesse der Anlage überwacht.

Eine MSSQL-Datenbank stellt den Steuerungen der Anlage (je Zelle eine SPS vom Typ SIMATIC S7-300 und weitere Steuerungen für die Maschinen) die für die Produktion erforderlichen Daten zur Verfügung. Die Steuerungen übermitteln wiederum Informationen der Maschinen über die Bearbeitung der Silizium-Blöcke an die Datenbank. Unter anderem werden zusätzlich Maschinenzustände, Alarme, Rezepturen und Aufträge in der Datenbank gespeichert. Das durch focus erstellte Data-Mining-Konzept sorgt für eine vollständige Überwachung der Anlage. Es protokolliert sämtliche Betriebsdaten, Qualitätsvermessungen der Blöcke und Anlagenzustände. Weiterhin ist eine transparente Schnittstelle zwischen Leitsystem und dem kundenseitigen MES, über das die Rohstoff- und Bearbeitungsvorgaben übermittelt werden, geschaffen.

Um einen ständigen Zugriff des übergeordneten MES auf das Leitsystem zu gewährleisten, musste der eingesetzte Server hochverfügbar ausgelegt werden. Dessen Hardware basiert auf einem 19-Zoll-Serversystem mit redundantem Netzteil und CPU sowie Festplatten, die in einem RAID5-Verbund stehen.

Das Projekt kompakt

Bearbeitung von Silizium-Blöcken

  • 2 robotergestützte, verfahrenstechnisch miteinander vernetzte Produktionszellen
  • 5 Oberflächen-Bearbeitungsmaschinen
  • 2 integrierte Sägen
  • automatisierte Infrarotdurchleuchtung
  • automatisierte elektrische Qualitätskontrolle
  • manueller Inspektionsplatz

 

Automatisierungstechnik

  • SIMATIC WinCC als Leitsystem
  • 7 Steuerungen der Baureihe SIMATIC S7-300
  • 2 Steuerungen der Baureihe SIMATIC Slot SPS
  • Anbindung an WinCC via Ethernet
  • redundante MSSQL-Server-Datenbank, Kapazität: 300 GB
  • 3 SIMATIC WinCC-Clients