一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统及控制方法，属于多晶硅还原炉控制领域，控制系统包括与还原炉配合的控制装置，控制装置包括控制面板和与控制面板电性连接的电压检测模块、尾气温度检测模块、逻辑处理模块和执行模块；控制方法包括将还原炉自动控制过程根据反应时间划分为若干个阶段，每个阶段的控制策略可单独设置或调整；针对每个阶段实施电压自动控制、尾气温度自动控制和尾气温度最高限制控制。本发明专利技术可提高还原炉的自动化控制率，确保多晶硅还原炉生产运行平稳性和指标数据的可复制性、重现性。重现性。重现性。

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及多晶硅还原炉控制领域，具体涉及一种多晶硅还原炉全自动智能系统及控制方法。

技术介绍

[0002]在用西门子法生产多晶硅的过程中，还原炉整个运行周期，硅芯温度主要是电流控制，供电方式为恒流变压控制为主。目前，随着多晶硅生产技术越加成熟，电流工艺参数基本稳定，成一稳定曲线。在运行过程中，当还原炉进料组分发生变化时会影响进料的配比发生变化，进而影响还原炉内的反应和气场温度变化，导致硅棒阻值变化。硅棒阻值变化时会第一时间反映在电压的波动，即偏离原有曲线。为了保证硅在硅芯表面的沉积速率，进而提高多晶硅单炉产量，如何第一时间及时发现并精细化控制进入还原炉原料H2和TCS(三氯氢硅) 的配比变化十分关键。
[0003]目前一般通过人工调整物料配比，同时通过人工观察还原炉内情况是否合适，这种方式不能发现还原炉内物料组分发生的变化情况，DCS操作人员若不能及时发现还原炉内生长情况，只能依靠现场巡检人员观察还原炉内配比是否合适。因此，当前缺少对还原炉内生长情况监控手段及更合理的控制方式。
[0004]为了解决上述问题，现有技术中公开号为CN112624121B，公告日为2021年09月28日，名称为一种多晶硅生产控制系统及控制方法的中国专利技术授权专利，公开了以下技术方案：一种多晶硅生产控制系统及控制方法，所述多晶硅生产控制系统包括与还原炉配合的控制装置；所述控制装置包括电压检测模块、逻辑模块和执行模块；所述电压检测模块至少用于检测还原炉的电压参数，并将所述电压参数发送至逻辑模块；所述逻辑模块至少用于判断所述电压参数是否发生波动或异常，并将判断结果发送至执行模块；所述执行模块至少用于在所述电压参数被判定为发生波动或异常的情况下，调整还原炉的进料配比。
[0005]上述专利可以发现还原炉内是否有异常情况，进料配比是否合适，并及时加以调整，但仍存在以下不足：首先，上述方案中，当检测到实际电压趋势超出预定趋势时，计算机发出调整指令，但是，调整程序无“上下限的调整空间”，指令只能执行一次；而实际电压趋势继续偏离预定趋势后，程序无法进行调整。其次，上述方案缺少“电压忽略范围”，程序始终在检测调整，会导致进气量波动较大。最后，该方案缺少还原炉内反应过快出现“雾化”现象的调控程序以及还原炉反应最高尾气温度限制值的调控程序。上述方法在实际应用时，只是作为一种还原炉的生产基础控制，过程仍需要人工不断去纠偏，人工干预调整，无法实现还原炉全运行周期的自动化。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在解决现有技术中多晶硅还原炉生产过程中的自动化控制率不高、控制效果不好的问题，提出一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统，同时还提出了一种多晶硅
还原炉全自动智能控制方法，以达到提高还原炉的自动化控制率、确保多晶硅还原炉生产运行平稳性和指标数据的可复制性、重现性等目的。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统，包括：与还原炉配合的控制装置，所述控制装置包括控制面板和与控制面板电性连接的电压检测模块、尾气温度检测模块、逻辑处理模块和执行模块；控制面板至少用于设置重要工艺控制参数和展示还原炉当前运行情况；电压检测模块用于检测还原炉内的电压参数，当测得的电压参数与标准参照电压值出现偏差时，执行模块按照设定的调控策略调整氢气进气量；尾气温度检测模块用于检测还原炉内的尾气温度参数，当测得的尾气温度发生波动时，执行模块按照设定的调控策略调整氢气和氯硅烷的进气量。
[0008]进一步的，所述逻辑处理模块与控制面板、电压检测模块、尾气温度检测模块以及执行模块通过电信号连接，至少用于对电压检测模块、尾气温度检测模块的信号输入进行处理后，将结果输出给执行模块；执行模块与氢气、氯硅烷的进料调节阀连接，用于控制氢气、氯硅烷的进料流量。
[0009]进一步的，在某一实施例中，控制面板包括电压自动控制板块，在电压自动控制板块可以设定和调整的参数包括：反应阶段的时间段以及每个反应阶段对应的电压偏差范围、电压偏差值的可忽略范围、不同电压偏差范围所对应的氢气调整量以及单次氢气调整量的高低限值。
[0010]进一步的，在某一实施例中，控制面板包括尾气温度自动控制板块，在尾气温度自动控制板块针对每个反应阶段可以设定和调整的参数包括：尾气温度的变化时间：表示检测尾气温度变化趋势的时间区间；尾气温度在变化时间内的波幅：用于与变化时间相结合，作为触发氢气调整的判断依据；尾气温度的判断时间：表示每次氢气调整后尾气温度波动幅度的截取时间段；尾气温度在判断时间内的回调量：表示每次氢气调整后尾气温度的变化量，用于与判断时间结合，作为判断尾气温度是否可控的依据；尾气温度达到波幅触发的氢气调整量和氢气调整量的高低限值；以及触发氯硅烷调整的尾气温度波幅、单次氯硅烷调整量和氯硅烷累计可减的低限值。
[0011]进一步的，在某一实施例中，控制面板包括尾气温度最高值限制板块，在尾气温度最高值限制板块可以设定和调整的参数包括：尾气温度高限值、尾气温度超过高限值的判断时间、单次氯硅烷调整量和氯硅烷累计可减的低限值。
[0012]本发基于上述控制系统，还提供了一种多晶硅还原炉全自动智能控制方法，包括：将还原炉自动控制过程根据反应时间划分为若干个阶段，每个阶段的控制策略可单独设置或调整；针对每个阶段实施电压自动控制、尾气温度自动控制和尾气温度最高限制控制，其中，电压自动控制是指监控还原炉运行电压与标准参照电压之间的电压偏差值，根据
不同的电压偏差值匹配相应的氢气调整量，使运行电压稳定在设定的偏差范围内；尾气温度自动控制是指监控还原炉内的尾气温度波幅，根据不同的尾气温度波幅匹配相应的氢气调整量和氯硅烷调整量，使尾气温度达到设定的调整范围内；尾气温度最高限制控制持续监控尾气温度最高值，通过调整氯硅烷进气量保证还原炉反应的气场温度。
[0013]进一步的，尾气温度自动控制过程中氢气量调整过程包括：若尾气温度在预设的变化时间内达到了预设的波幅一，则触发氢气量调整；调整后根据判断时间内的尾气温度是否达到了预设的回调量来判断尾气温度是否受控；单个反应阶段内的氢气调整量受高低限值控制。
[0014]进一步的，尾气温度自动控制过程中氯硅烷调整过程包括：若尾气温度在预设的变化时间内达到了波幅二，则触发硅烷量调整，调整后根据判断时间内的尾气温度是否达到了预设的回调量来判断尾气温度是否受控，单个反应阶段内的氯硅烷调整量受低限值控制。
[0015]进一步的，电压自动控制程序与尾气温度自动控制程序可以同时投入运行或根据实际运行情况选择先后投入时机。
[0016]进一步的，在电压自动控制与尾气温度自动控制都投入运行的情况下，当尾气温度不可控时，暂缓电压控制程序的氢气量调整，优先匹配尾气温度控制程序中的氢气调整量。
[0017]综上所述，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术的控制方法主要包含三个方面：一是通过PID调整，围绕标准参照电压进行调整、匹配相应的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统，其特征在于，包括：与还原炉配合的控制装置，所述控制装置包括控制面板和与控制面板电性连接的电压检测模块、尾气温度检测模块、逻辑处理模块和执行模块；控制面板至少用于设置重要工艺控制参数和展示还原炉当前运行情况；电压检测模块用于检测还原炉内的电压参数，当测得的电压参数与标准参照电压值出现偏差时，执行模块按照设定的调控策略调整氢气进气量；尾气温度检测模块用于检测还原炉内的尾气温度参数，当测得的尾气温度发生波动时，执行模块按照设定的调控策略调整氢气和氯硅烷的进气量。2.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统，其特征在于，所述逻辑处理模块与控制面板、电压检测模块、尾气温度检测模块以及执行模块通过电信号连接，至少用于对电压检测模块、尾气温度检测模块的信号输入进行处理后，将结果输出给执行模块；执行模块与氢气、氯硅烷的进料调节阀连接，用于控制氢气、氯硅烷的进料流量。3.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统，其特征在于，控制面板包括电压自动控制板块，在电压自动控制板块可以设定和调整的参数包括：反应阶段的时间段以及每个反应阶段对应的电压偏差范围、电压偏差值的可忽略范围、不同电压偏差范围所对应的氢气调整量以及单次氢气调整量的高低限值。4.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统，其特征在于，控制面板包括尾气温度自动控制板块，针对各个反应阶段可以设置和调整的变化量包括：尾气温度的变化时间：表示检测尾气温度变化趋势的时间区间；尾气温度在变化时间内的波幅：用于与变化时间相结合，作为触发氢气调整的判断依据；尾气温度的判断时间：表示每次氢气调整后尾气温度波动幅度的截取时间段；尾气温度在判断时间内的回调量：表示每次氢气调整后尾气温度的变化量，用于与判断时间结合，作为判断尾气温度是否可控的依据；尾气温度达到波幅触发的氢气调整量和氢气调整量的高低限值；以及触发氯硅烷调整的尾气温度波幅、单次氯硅烷调整量和氯硅烷累计可减的低限值。5.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉全自动智能控制系统，其特征在于，控制面板包括尾气温度最高值限制...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳磊，彭中，杨强，秦燕，杜炳胜，汪云清，闫永琪，江庆云，刘真，
申请(专利权)人：云南通威高纯晶硅有限公司，
类型：发明
国别省市：