CN102425003A - 多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法、装置和系统，该方法包括：在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；根据多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；当第一热电偶发生故障时，以第二热电偶取代第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。基于该方法，当参与控制的热电偶发生故障并且不能更换时，采用另外一个热电偶取代发生故障的热电偶来控制温度，能保证生产的顺利进行，防止硅锭的成品率降低甚至失败，提高生产效率，降低成本。

Description

多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭领域，具体涉及一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法、装置和系统。

背景技术

目前，制备太阳能电池片主要的生产工艺有单晶硅拉制及多晶硅铸锭。多晶硅铸锭炉是一种高效节能型多晶硅铸锭炉，采用石墨电阻加热方式，运用先进计算机控制技术，实现稳步定向凝固，生产出高质量、大规格的多晶硅锭。多晶硅铸锭技术采用了热交换法与布里奇曼法相结合的技术，即垂直定向凝固技术。

多晶硅铸锭炉生产铸锭工艺有：加热、熔化、长晶、退火、冷却5个阶段。在加热阶段，采用的是功率控制模式，实现温度到1175℃；在熔化、长晶阶段均采用温度控制模式，整个过程大概约40小时；在退火、冷却阶段采用的是功率控制模式。

目前多晶硅铸锭炉主要在熔化及长晶阶段过程中采用热电偶进行温度控制，当热电偶出现故障且由于温度过高不能更换时，系统会提示并报警，警告热电偶发生故障，并提示转到功率控制模式，所采用的功率控制模式的功率数据是通过采集已运行正常的功率数据。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下不足：

现有技术是当热电偶出现故障时采用功率控制模式代替温度控制模式。功率控制模式中的功率数据采用的是以往一炉运行正常的功率数据。由于每一炉熔化结束或长晶结束的时间不同，因此两炉功率数据的数量也不相同，如果还是按照已采集的功率数据运行，就可能导致硅锭的成品率降低甚至失败。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法、装置和系统，以避免因热电偶无法更换导致的硅锭的成品率降低甚至失败的现象出现。

为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法，所述方法包括：

在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；

当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

为达上述目的，另一方面，本发明实施例提供了一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿装置，所述装置包括：

数据获取单元，用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

温度补偿数据计算单元，用于根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；

温度补偿单元，用于当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

为达上述目的，又一方面，本发明实施例提供了一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿系统，所述系统包括：

多晶硅铸锭炉，顶部安装有第一热电偶和第二热电偶；

可编程逻辑控制器PLC，与所述第一热电偶和第二热电偶相连，用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益技术效果在于：当参与控制的热电偶发生故障并且热电偶温度过高不能更换时，本发明实施例中采用另外一个热电偶取代发生故障的热电偶来控制温度，并生成温度补偿数据进行温度补偿，这样能保证生产的顺利进行，防止硅锭的成品率降低甚至失败的现象出现，从而保证生产出合格的硅锭，提高生产效率，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法的流程图；

图2为本发明实施例的多晶硅铸锭炉中热电偶的安装位置示意图；

图3为本发明实施例的生成TC2温度补偿值的原理示意图；

图4为本发明实施例的一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿装置的功能框图；

图5为本发明实施例的一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例是当用于温度控制的热电偶TC1出现故障并不能更换时，通过系统采用PLC进行控制，以及工控机界面实现人机交互，使用多晶硅铸锭炉顶部的另一热电偶TC2热电偶代替TC1热电偶进行温度控制，使生产继续运行，从而保证生产出合格的硅锭，提高成品率、提高生产效率、降低成本。以下对本发明实施例提供的多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法、装置及系统进行详细说明。

图1为本发明实施例的一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

110、在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

120、根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；

130、当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

以下进行更为详细的说明：

图2为本发明实施例的多晶硅铸锭炉中热电偶的安装位置示意图。如图2所示，该多晶硅铸锭炉具有三处热电偶，三个热电偶中的两个安装于多晶硅铸锭炉顶部，另外一个安装于多晶硅铸锭炉底部。两个顶部热电偶的一个测量炉内加热器温度，用于温度控制，即加热功率根据温度的变化而变化；另一个测量多晶硅铸锭炉内部其它地方温度。底部热电偶主要用于测量坩埚底部的温度。本发明实施例将用于温度控制的热电偶称为TC1，将多晶硅铸锭炉顶部的另一个热电偶称为TC2，而多晶硅铸锭炉底部的热电偶称为TC3。当多晶硅铸锭炉在运行的过程中，如果TC1热电偶发生故障，且由于温度过高不能更换热电偶时，温度将不能测量，温度控制无法进行。本发明实施例将TC1热电偶连接插头插到TC2热电偶插头上，用当前TC2的温度值与上一炉TC1与TC2温度的差值之和代替TC1的值，实现生产的继续运行，并生产合格的多晶硅锭。

多晶硅铸锭炉测温较佳地是采用铂铑丝热电偶测量，这种热电偶具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。

在本实施例中，TC2热电偶温度补偿TC1热电偶的原理是：先采集多晶硅铸锭炉运行正常一炉的TC1与TC2的测量温度值，然后将TC1与TC2的差值存储下来。在多晶硅铸锭炉以后的运行过程中，如果TC1热电偶发生故障，则只需将运行进入暂停，将TC1热电偶插头换到TC2热电偶插头上，同时根据报警时运行时所在的阶段和步号，取出TC2所对应的温度补偿值，然后将当前TC2的温度值与TC2温度补偿值之和作为TC1的值继续运行程序。

多晶硅铸锭炉工作过程主要分为加热、熔化、长晶、退火、冷却五个阶段，每个阶段又包括不同的步号。例如，在运行的过程中，熔化分为熔化1，熔化2，熔化3等，而数字1、2、3称之为步号。经实验证明，在不同阶段不同步号下，TC1与TC2的差值不尽相同，所以本发明实施例根据不同阶段的不同步号给出补偿值。而在同一步号中，TC1与TC2的差值相差不多，因此本发明实施例将每一步号的TC1与TC2差值的平均值作为该阶段的温度补偿值。例如，在熔化阶段中，熔化1和熔化2中TC1与TC2的差值比较大，而熔化1中，TC1与TC2的差值比较小。

在本发明实施例中，多晶硅铸锭炉控制系统较佳地采用可编程逻辑控制器PLC进行控制，采用工控机界面实现人机交互，以下说明PLC程序和人机交互界面的编写或实现过程。

PLC程序实现：在实现的过程中，首先需要获取TC1和TC2的数据，即需要多晶硅铸锭炉完整一炉的运行数据，保证数据的完整性。在多晶硅铸锭炉运行过程中，以阶段及步号作为标记，每隔一段时间(例：一秒钟、一分钟、三分钟等)采集一组TC1和TC2的数据，然后将TC1减TC2的差值求和，再求平均保存在PLC的存储器中，并将该数据传递到工控机操作界面中。这里以每隔一分钟取一组数为例，假设熔化1的时间为1小时30分，那么需要采集90组TC1和TC2的值，而熔化1中TC2的补偿值为这90组TC1与TC2差值的平均值。其它阶段补偿值的求法与该阶段相同。

当TC1发生故障而没法更换时，将TC1热电偶上的接线插头换到TC2热电偶上，同时将TC2热电偶接线插头短接(将接线插头正负端用一根导线连接)，系统自动将当前TC2的值加上温度补偿值作为TC1的值完成铸锭工作，即TC2数值+TC2温度补偿值＝TC1替代值。

工控机界面：操作界面需要包括以下几个部分：阶段名称，步号，经过PLC运算得出的温度补偿值以及用户自己确定的温度补偿值。在这几组数据中，阶段名称、步号以及经PLC运算得出的温度补偿值用户是不能修改的。默认情况下，用户自己确定的温度补偿值与经PLC运算得出的温度补偿值相同。但是，用户可以根据需要修改该数值，然后将修改后的数值存储到PLC存储器中，作为TC2的补偿值进行运算。

图3为本发明实施例的生成TC2温度补偿值的原理示意图。如图3所示，方框TC1和TC2是热电偶测量的温度值，将每隔一段时间记录一次数据存储到PLC数据库中，PLC进行计算TC1-TC2，再经过求和器求和，再将不同阶段不同步号的求和值求出相应的平均值，得到的值就为此阶段此步号的TC2温度补偿值。

图4为本发明实施例的一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿装置的功能框图。如图4所示，该装置400包括：

数据获取单元410，用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

温度补偿数据计算单元420，用于根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；

温度补偿单元430，用于当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

在一较佳实施例中，该装置400的各单元还可执行下列功能：

该数据获取单元410，具体可以用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取对应于同一阶段和同一步号下的多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

该温度补偿数据计算单元420，具体可以用于根据同一阶段和同一步号下的多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成与所述阶段和步号相对应的第二热电偶的温度补偿数据；

该温度补偿单元430，具体可以用于当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与当前所处阶段和当前所处步号对应的第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

在又一可选实施例中，温度补偿数据计算单元320，具体可以用于计算所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据对应的多个温度差值；计算所述多个温度差值的平均值，将所述多个温度差值的平均值作为第二热电偶的温度补偿数据。

具体地，该第一或第二热电偶较佳地采用铂铑丝热电偶，这种热电偶具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。

图5为本发明实施例的一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿系统的示意图。如图5所示，该系统包括：

多晶硅铸锭炉，顶部安装有第一热电偶和第二热电偶；

可编程逻辑控制器PLC，与所述第一热电偶和第二热电偶相连，用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

可选地，该系统还可以包括：

工控机，与所述可编程逻辑控制器PLC相连，用于通过工控机界面实现人机交互，接收用户输入的温度补偿值；和/或，用于显示阶段名称、步号、经过PLC运算得出的温度补偿值或者用户自己确定的温度补偿值。

可选地，可编程逻辑控制器PLC，与所述第一热电偶和第二热电偶相连，还可以用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取对应于同一阶段和同一步号下的多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；根据同一阶段和同一步号下的多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成与所述阶段和步号相对应的第二热电偶的温度补偿数据；当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与当前所处阶段和当前所处步号对应的第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

本发明实施例提供的上述多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法、装置和系统的有益技术效果在于：

在多晶硅铸锭炉运行过程中，熔化结束及长晶结束时，有时候需要暂停即延时才能完成，而每一炉暂停的时间不同，因此每一炉所需要的功率数据不尽相同，这就可能导致在运行过程中出现问题。采用本发明实施例的温度补偿方法，在暂停的过程中，按照正常的温度控制方式运行即可，不存在因暂停时间长短不同而造成的数据传递错误的问题。

本发明实施例是当用于温度控制的热电偶TC1出现故障并不能更换时，通过系统采用PLC进行控制，以及工控机界面实现人机交互，使用多晶硅铸锭炉顶部的另一热电偶TC2热电偶代替TC1热电偶进行温度控制，使生产继续运行，从而保证生产出合格的硅锭，提高成品率、提高生产效率、降低成本。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；

当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取对应于同一阶段和同一步号下的多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

根据同一阶段和同一步号下的多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成与所述阶段和步号相对应的第二热电偶的温度补偿数据；

当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与当前所处阶段和当前所处步号对应的第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据包括：

计算所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据对应的多个温度差值；

计算所述多个温度差值的平均值，将所述多个温度差值的平均值作为第二热电偶的温度补偿数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一或第二热电偶采用铂铑丝热电偶。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以所述第二热电偶取代所述第一热电偶包括：将第一热电偶上的接线插头换到第二热电偶上，同时将第二热电偶接线插头短接。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过工控机界面实现人机交互，接收用户输入的温度补偿值；

将所述温度补偿值存储到可编程控制器PLC的存储器中，以将所述温度偿值作为第二热电偶的温度补偿数据。

7.一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿装置，其特征在于，所述装置包括：

数据获取单元，用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

温度补偿数据计算单元，用于根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；

温度补偿单元，用于当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述数据获取单元，具体用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取对应于同一阶段和同一步号下的多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；

所述温度补偿数据计算单元，具体用于根据同一阶段和同一步号下的多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成与所述阶段和步号相对应的第二热电偶的温度补偿数据；

所述温度补偿单元，具体用于当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与当前所处阶段和当前所处步号对应的第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

9.一种多晶硅铸锭炉运行中热电偶温度补偿系统，其特征在于，所述系统包括：

多晶硅铸锭炉，顶部安装有第一热电偶和第二热电偶；

可编程逻辑控制器PLC，与所述第一热电偶和第二热电偶相连，用于在多晶硅铸锭炉运行过程中，按照预设的时间间隔周期性地获取多组第一热电偶温度数据和多组第二热电偶温度数据；根据所述多组第一热电偶温度数据和所述多组第二热电偶温度数据，生成第二热电偶的温度补偿数据；当所述第一热电偶发生故障时，以所述第二热电偶取代所述第一热电偶，并将当前第二热电偶的温度数据与所述第二热电偶的温度补偿数据之和来替代第一热电偶的温度数据。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

工控机，与所述可编程逻辑控制器PLC相连，用于通过工控机界面实现人机交互，接收用户输入的温度补偿值；和/或，用于显示阶段名称、步号、经过PLC运算得出的温度补偿值或者用户自己确定的温度补偿值。

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