CN106698442B - 一种多晶硅粗馏控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多晶硅粗馏控制方法，通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差和塔釜温度，通过调节合成粗馏一级塔的进料流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，将不同的被控变量与同一操纵变量建立关联关系，从而实现各被控变量之间的关联控制，一个操纵变量发生变化可以引起多个被控变量变化，若其中的一个或多个被控变量不满足工艺要求，则继续调节操纵变量，从而实时控制多晶硅粗馏工艺，整个控制过程实时性高，不存在滞后，控制精度高，降低工艺参数的标准偏差，保证系统平稳运行。
Description
技术领域
本发明涉及光伏能源技术领域，具体涉及一种多晶硅粗馏控制方法。
背景技术
多晶硅粗馏是多晶硅生产过程重要环节，主要为多晶硅提供精致原料，其产品为精致三氯氢硅，三氯氢硅的纯度将决定多晶硅的质量。在实际生产控制过程中，存在精馏塔进料组分变化大、精馏塔再沸器加热用蒸汽压力波动不确定性、运行过程中干扰因素多，包括可测干扰与不可测干扰，仪表参数波动大、过程受约束，控制量、被控量间有诸多约束限制等问题。
多晶硅粗馏塔由DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)控制，控制回路主要为单回路、串级控制、分程控制。
多晶硅组分分离粗馏工艺流程为：合成得到的氯硅烷混合物首先进入合成粗馏一级塔进行精馏，自塔底分离出四氯化硅及高于四氯化硅沸点的杂质，合成粗馏一级塔塔顶馏分出的三氯氢硅、二氯二氢硅及低沸物杂质直接进入合成粗馏二级塔进行精馏，从合成粗馏二级塔塔顶分离出二氯二氢硅及低沸物馏分，合成粗馏二级塔塔底采出的三氯氢硅进入再沸器加热后进入三氯氢硅产品罐，第二粗镏塔塔顶采用循环冷却水冷却。多晶硅组分分离粗馏工艺的控制方式均采用常规的PID(比例、积分、微分)控制。
然而，现有的多晶硅粗馏控制方案无法克服控制过程本身存在的滞后，对于过渡时间长的控制过程难以控制。每个控制回路是通过控制一个或多个被控变量来调节一个操纵变量，各控制回路对其他回路的影响难以统筹，无法整体考虑整个设备的控制要求。
因此，亟需一种多晶硅粗馏控制方案，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多晶硅粗馏控制方法，用以解决控制偏差大，各被控变量之间的影响难以统筹的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
本发明提供一种多晶硅粗馏控制方法，包括以下步骤：
建立操纵变量与被控变量之间的控制模型；所述操纵变量包括：合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的进料流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和合成粗馏一级塔的进料流量；所述被控变量包括：合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、合成粗馏一级塔的塔釜温度、合成粗馏一级塔的塔釜液位、合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和合成粗馏二级塔的塔釜液位；
根据所述控制模型，依次将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、塔釜温度和塔釜液位分别控制在预设的第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围内，并依次将合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和塔釜液位控制在预设的第四阈值范围和第五阈值范围内；
其中，通过调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量和/或合成粗馏一级塔的塔顶采出流量，调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差；
通过调节以下之一或任意组合调节合成粗馏一级塔的塔釜温度：合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的进料流量；
通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和/或合成粗馏一级塔的进料流量，调节合成粗馏一级塔的塔釜液位。
优选的，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的优先级；
合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级；
合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级。
优选的，通过调节合成粗馏二级塔的蒸汽流量调节合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差；
通过调节合成粗馏一级塔的塔顶采出流量和/或合成粗馏二级塔的塔釜采出流量，调节合成粗馏二级塔的塔釜液位。
优选的，合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的调节优先级高于合成粗馏二级塔的塔釜采出流量的调节优先级。
优选的，以下操纵变量与被控变量之间的控制模型通过二阶传递函数表示：
合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型、合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型、合成粗馏二级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏二级塔的蒸汽流量与合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型；
其中，其中G为增益，是被控变量变化量与操纵变量变化量之比；τ表示时滞，为被控变量采样周期的倍数；T1和T2表示时间常数。
优选的，合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制模型为一阶函数。
优选的，第一阈值范围为31.5-33KPa；第二阈值范围为106.8-107℃；第三阈值范围和第五阈值范围均为2050-2200mm；第四阈值范围为20-23kPa。
本发明通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差和塔釜温度，通过调节合成粗馏一级塔的进料流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，将不同的被控变量与同一操纵变量建立关联关系，从而实现各被控变量之间的关联控制，一个操纵变量发生变化可以引起多个被控变量变化，若其中的一个或多个被控变量不满足工艺要求，则继续调节操纵变量，从而实时控制多晶硅粗馏工艺，整个控制过程实时性高，不存在滞后，控制精度高，降低工艺参数的标准偏差(波动幅度)，保证系统平稳运行；在操作强度方面，保持生产操作的一致性，减少了人为干扰，采用本发明的控制方案后，降低了人工操作频次，实现了合成粗镏塔的自动运行。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多晶硅粗馏控制示意图；
图2为本发明实施例提供的操纵变量与被控变量的关系示意图；
图3a为第一粗镏塔的控制工艺示意图；
图3b为第二粗镏塔的控制工艺示意图。
图4为二阶传递函数曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
本发明改变合成粗馏一级塔和合成粗馏一级塔现有控制方式，将常规控制改为多变量预测控制、智能控制。具体的，结合流程模拟技术，通过对多晶硅粗馏装置关键工艺指标和产品质量指标深入分析，建立合理的过程控制模型，并克服操作中粗单体组分变化的影响，提高操纵的平稳性和分离精度、减少主要产品的损失，实现对产品质量的精确控制，降低能耗，实现最佳的经济和社会效益。
参见图1，本发明由DCS控制系统采集组分分离粗馏装置的数据，结合工艺在DCS控制系统中增加常规控制，具体的，分别增加第一控制服务器和第二控制服务器，第一控制服务器内建立合成粗馏一级塔的控制模型，第二控制服务器内建立合成粗馏二级塔的控制模型，采用多变量预测控制、智能控制、软测量技术实现组分分离粗馏装置控制优化。
模型预测控制是一种基于模型的闭环优化控制策略，具有以下三个基本特征：模型预测、滚动优化和反馈校正，是一种开放式的控制策略。从工业应用的角度看，模型预测控制算法在处理复杂的多变量控制问题时具有较大优势，它可以成功地应用于含有时滞、约束的多变量过程。
智能控制是以控制理论为基础，应用拟人化的思维方法、规划及决策实现对工业过程优化控制的一种技术，是由人工智能、自动控制及运筹学三个主要学科相结合的产物。
软测量技术是依据某种最优化准则，选择与被估变量相关的一组可测变量，构造某种以可测变量为输入、被估变量为输出的数学模型，从而实现重要过程变量的估计。这类数学模型及相应的计算机软件也称为“软仪表”。软测量技术的核心是表征辅助变量和主导变量之间的数学关系的软测量模型。
结合图2、3所示，多晶硅粗馏工艺涉及5个被控变量和6个操纵变量，操纵变量是执行器(控制阀)的输出，用于调节被控变量的大小。被控变量在控制过程中要求保持在预设的数值范围内(接近恒值或按预定规律变化或随某变量而变化)，例如加热器出口温度、气包水位和反应器温度等。
与合成粗馏一级塔相关的有3个被控变量，包括合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、合成粗馏一级塔的塔釜温度、合成粗馏一级塔的塔釜液位，与合成粗馏二级塔相关的有2个被控变量，包括：合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和合成粗馏二级塔的塔釜液位。
操纵变量包括：合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的进料流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和合成粗馏一级塔的进料流量。
各个被控变量分别根据6个操纵变量中的一个或多个变化而变化，因此，可以通过控制、调节操纵变量实现对被控变量的控制和调节。
本发明提供一种多晶硅粗馏控制方法，所述包括：
步骤101，依次将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、塔釜温度和塔釜液位分别控制在预设的第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围内。
具体的，第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围预设于第一控制服务器内，第一阈值范围可以设置为31.5-33KPa，第二阈值范围可以设置为106.8-107℃，第三阈值范围可以设置为2050-2200mm。
合成粗馏一级塔的各被控变量之间的控制先后顺序为：(1)控制合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差；(2)在将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差控制在第一阈值范围内的前提下，控制合成粗馏一级塔的塔釜温度；(3)在合成粗馏一级塔的塔釜温度控制在第二阈值范围内的情况下，将合成粗馏一级塔的塔釜液位控制在第二阈值范围内。
合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差与合成粗馏一级塔的蒸汽流量和塔顶采出流量相关，因此，第一控制服务器通过调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量和/或合成粗馏一级塔的塔顶采出流量，可以将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差控制在第一阈值范围内。
优选的，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的优先级，也就是说，当需要调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差时，首先调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量，若通过调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量未能将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差控制在第一阈值范围内时，则再调节合成粗馏一级塔的塔顶采出流量。
合成粗馏一级塔的塔釜温度与合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的蒸汽流量和合成粗馏一级塔的进料流量相关，因此，第一控制服务器通过调节以下之一或任意组合，可以将合成粗馏一级塔的塔釜温度控制在第二阈值范围内：合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的进料流量。
优选的，合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级。也就是说，当需要调节合成粗馏一级塔的塔釜温度时，首先调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量，若通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量未能将合成粗馏一级塔的塔釜温度控制在第二阈值范围内，则调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量。若通过调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量也未能将合成粗馏一级塔的塔釜温度控制在第二阈值范围内，则再调节合成粗馏一级塔的进料流量。
合成粗馏一级塔的塔釜液位与合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和合成粗馏一级塔的进料流量相关，因此，第一控制服务器通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和/或合成粗馏一级塔的进料流量，可以将调节合成粗馏一级塔的塔釜液位控制在第三阈值范围内。
优选的，合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级，也就是说，当需要调节合成粗馏一级塔的塔釜液位时，先调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量，若通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量未能将合成粗馏一级塔的塔釜液位控制在第三阈值范围内，则再调节合成粗馏一级塔的进料流量。
通过设置调节优先级，明确了各个操纵变量对相应的被控变量变化的影响，调节优先级越高，该操纵变量对与该被控变量的影响越大，优先调节这些操纵变量，使得被控变量的变化更为明显，能够在尽可能短的时间内使被控变量达到工艺标准的要求。
步骤102，依次将合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和塔釜液位控制在预设的第四阈值范围和第五阈值范围内。
具体的，第四阈值范围和第五阈值范围预设于第二控制服务器内，第四阈值范围可以设置为20-23kPa，第五阈值范围可以设置为2050-2200mm。
合成粗馏二级塔的各被控变量之间的控制先后顺序为：(1)控制合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差；(2)在将合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差控制在第四阈值范围内的情况下，将合成粗馏二级塔的塔釜液位控制在第五阈值范围内。
合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差与合成粗馏二级塔的蒸汽流量相关，因此，第二控制服务器通过调节合成粗馏二级塔的蒸汽流量可以将合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差控制在第四阈值范围内。
合成粗馏二级塔的塔釜液位与合成粗馏一级塔的塔顶采出流量和合成粗馏二级塔的塔釜采出流量相关，因此，第二控制服务器通过调节合成粗馏一级塔的塔顶采出流量和/或合成粗馏二级塔的塔釜采出流量，可以将合成粗馏二级塔的塔釜液位控制在第五阈值范围内。
优选的，合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的调节优先级高于合成粗馏二级塔的塔釜采出流量的调节优先级，也就是说，当需要调节合成粗馏二级塔的塔釜液位时，先调节合成粗馏一级塔的塔顶采出流量，若通过调节合成粗馏一级塔的塔顶采出流量未能将合成粗馏二级塔的塔釜液位控制在第五阈值范围内，则再调节合成粗馏二级塔的塔釜采出流量。
需要说明的是，步骤101与步骤102的执行顺序不限，也可以同步执行。
操纵变量合成粗馏一级塔的塔顶采出流量既与被控变量合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差相关，又与被控变量合成粗馏二级塔的塔釜液位相关，合成粗馏一级塔的被控变量与合成粗馏二级塔的被控变量可以同步调节，而且，多晶硅粗馏工艺控制的目的在于控制合成粗馏塔(包括一级塔和二级塔)的塔釜液位，因此，当合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差与合成粗馏二级塔的塔釜液位均需要调整时，优先调节合成粗馏二级塔的塔釜液位。
通过上述步骤101-102可以看出，本发明通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差和塔釜温度，通过调节合成粗馏一级塔的进料流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量来调节合成粗馏一级塔的塔釜温度和塔釜液位，将不同的被控变量与同一操纵变量建立关联关系，从而实现各被控变量之间的关联控制，一个操纵变量发生变化可以引起多个被控变量变化，若其中的一个或多个被控变量不满足工艺要求，则继续调节操纵变量，从而实时控制多晶硅粗馏工艺，整个控制过程实时性高，不存在滞后，控制精度高，降低工艺参数的标准偏差(波动幅度)，保证系统平稳运行；在操作强度方面，保持生产操作的一致性，减少了人为干扰，采用本发明的控制方案后，降低了人工操作频次，实现了合成粗镏塔的自动运行。
各个操纵变量的调节可以通过控制设置在相应的设备和管线上的阀门的开度实现，例如，合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的大小可以通过调节设置在合成粗馏一级塔的塔顶的采出阀门的阀门开度实现。
本发明通过建立操纵变量与被控变量之间的控制模型(即建立拟合的函数曲线)，实现对操纵变量的自动控制。以下分别描述各个操纵变量的控制模型。
下述9个操纵变量与被控变量之间的函数曲线方程式可以通过二阶传递函数表示，该二阶传递函数是时域函数f(t)经拉式变换而来的传递函数，其中，其中G表示增益，即被控变量变化量ΔCV与操纵变量变化量ΔMV之比，G＝ΔCV/ΔMV；τ表示时滞，为被控变量采样周期的倍数；T1和T2表示时间常数，其中，数值较大的为主导时间常数，数值较小的为次要时间常数。
所述9个操纵变量与被控变量之间的函数曲线方程式是指：合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制函数曲线方程式、合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制函数曲线方程式、合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制函数曲线方程式、合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制函数曲线方程式、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制函数曲线方程式、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制函数曲线方程式、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制函数曲线方程式、合成粗馏二级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制函数曲线方程式、合成粗馏二级塔的蒸汽流量与合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差之间的控制函数曲线方程式。
具体的，合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(1)调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量，从而实现对合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差的控制。
以公式1为例具体说明被控变量与操作变量之间的关系。函数G(S)为二阶传递函数，其函数曲线如图4所示。
其中，时滞τ＝2，说明操纵变量MV动作后2周期(例如每个周期可以为30s)后，即1Min后被控变量CV开始变化。比例增益G＝0.57，时间常数T1＝3，说明经过一个T2后CV会达到高峰值；时间常数T2＝4，说明经过(T1+T2)后CV会达到稳态值的63.2％。
假设合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差＝0，此处模型表示合成粗馏一级塔蒸汽阀开度增加1，经过2个周期后，合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差开始增加，经过3个周期后压差达到一个峰值a，经过4个周期后合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差达到稳态值的63.2％，即0.57×63.2％＝0.36024，稳态值为0.57。
合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(2)调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量，从而实现对合成粗馏一级塔的塔釜温度的控制。
合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(3)调节合成粗馏一级塔的进料流量，从而实现对合成粗馏一级塔的塔釜温度的控制。
合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(4)调节合成粗馏一级塔的进料流量，从而实现对合成粗馏一级塔的塔釜液位的控制。
合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(5)调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量，从而实现对合成粗馏一级塔的塔釜温度的控制。
合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(6)调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量，从而实现对合成粗馏一级塔的塔釜液位的控制。
合成粗馏一级塔的塔顶采出流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(7)调节合成粗馏一级塔的塔顶采出流量，从而实现对合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差的控制。
合成粗馏二级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(8)调节合成粗馏二级塔的塔釜采出流量，从而实现对合成粗馏二级塔的塔釜液位的控制。
合成粗馏二级塔的蒸汽流量与合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差之间的控制函数曲线方程式为：
根据公式(9)调节合成粗馏二级塔的蒸汽流量，从而实现对合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差的控制。
合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制函数曲线方程式为一阶函数，具体为：
根据公式(10)调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量，从而实现对合成粗馏二级塔的塔釜液位的控制。
该一阶函数中，时滞τ＝6，操纵变量说明MV动作后6周期后，被控变量CV开始变化。比例增益G＝2；时间常数T＝10，说明经过一个T后，CV会达到稳态值的63.2％。
假设合成粗馏二级塔的塔釜液位＝0，此处模型表示粗馏一级塔的塔顶采出阀开度增加1，经过6个周期，合成粗馏二级塔的塔釜液位开始增加，再经过10个周期，合成粗馏二级塔的塔釜液位达到稳态值的63.2％，即2×63.2％＝1.264，稳态值为2。
本发明改变了合成粗馏一级塔再沸器蒸汽调节阀调节蒸汽流量的控制现状，通过建立再沸器蒸汽流量(即合成粗馏一级塔蒸汽流量)与合成粗馏一级塔的塔釜塔顶压差、塔釜温度多变量预测控制器，蒸汽调节阀开度以控制塔釜塔顶压差为主，同时兼顾对塔釜温度的控制，稳定塔内气液平衡和温度的合理分布，防止出现液泛或漏液，保证精馏效果。
本发明通过建立合成粗馏一级塔进料流量、塔釜采出流量与塔釜液位、塔釜温度多变量预测控制器。进料调节阀开度以控制塔釜温度为主，同时兼顾对塔釜液位的控制。塔釜采出调节阀开度以控制塔釜液位为主，同时兼顾对塔釜温度的控制。
本发明通过建立合成粗馏一级塔的塔顶采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜塔顶压差、合成粗馏二级塔的塔釜液位多变量预测控制器。合成粗馏一级塔的塔顶采出调节阀开度以控制合成粗馏二级塔塔釜液位为主，同时兼顾对合成粗馏一级塔的塔釜塔顶压差的控制。另外，建立合成粗馏二级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位模型预测控制器，为了稳定并提高产品产量，则尽可能增大合成粗馏一级塔的塔顶采出调节阀开度，尽量不减小二级塔的塔釜采出流量。
本发明通过建立合成粗馏二级塔的蒸汽流量与合成粗馏二级塔的塔釜塔顶压差预测控制器，通过动态调节蒸汽流量，克服调节响应滞后的影响，实现对合成粗馏一级塔的塔釜塔顶压差的平稳控制，稳定精馏塔内气液平衡和温度的合理分布，防止出现液泛或漏液，保证精馏效果。
采用本发明的多晶硅粗馏控制方案后，可以将合成粗镏塔的综合利用率提高5％以上，降低装置投资成本，减少装置运行成本。提高了合成粗镏塔的综合自动化水平，克服变量间的关联耦合和人为干扰因素，稳定生产工况，提高主要工艺参数的平稳性，与常规控制相比，在保证产品质量的情况下，关键工艺参数的标准偏差(波动幅度)可以降低30％以上。基于装置的平稳操作，对合成粗镏塔工艺指标、回流比等进行“卡边”优化，挖掘装置潜力，在保证产品质量和收率的前提下，可以将合成粗馏一、二级塔的蒸汽单耗降低20％以上。合成粗馏一级塔塔釜温度、塔釜液位及合成粗馏二级塔塔釜液位的平稳率可达到95％以上。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种多晶硅粗馏控制方法，其特征在于，包括：
建立操纵变量与被控变量之间的控制模型；所述操纵变量包括：合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的进料流量、合成粗馏二级塔的塔釜采出流量和合成粗馏二级塔的蒸汽流量；所述被控变量包括：合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、合成粗馏一级塔的塔釜温度、合成粗馏一级塔的塔釜液位、合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和合成粗馏二级塔的塔釜液位；
根据所述控制模型，依次将合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差、塔釜温度和塔釜液位分别控制在预设的第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值范围内，并依次将合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差和塔釜液位控制在预设的第四阈值范围和第五阈值范围内；
第一阈值范围为31.5-33KPa；第二阈值范围为106.8-107℃；第三阈值范围和第五阈值范围均为2050-2200mm；第四阈值范围为20-23kPa；
其中，通过调节合成粗馏一级塔的蒸汽流量和/或合成粗馏一级塔的塔顶采出流量，调节合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差；
通过调节以下之一或任意组合调节合成粗馏一级塔的塔釜温度：合成粗馏一级塔的塔釜采出流量、合成粗馏一级塔的蒸汽流量、合成粗馏一级塔的进料流量；
通过调节合成粗馏一级塔的塔釜采出流量和/或合成粗馏一级塔的进料流量，调节合成粗馏一级塔的塔釜液位；
以下操纵变量与被控变量之间的控制模型通过二阶传递函数表示：
合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型、合成粗馏一级塔的蒸汽流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的进料流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜温度之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏一级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏一级塔的塔顶采出流量与合成粗馏一级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型、合成粗馏二级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制模型、合成粗馏二级塔的蒸汽流量与合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差之间的控制模型；
其中，其中G为增益，是被控变量变化量与操纵变量变化量之比；τ表示时滞，为被控变量采样周期的倍数；T1和T2表示时间常数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的优先级；
合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级，合成粗馏一级塔的蒸汽流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级；
合成粗馏一级塔的塔釜采出流量的调节优先级高于合成粗馏一级塔的进料流量的调节优先级。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节合成粗馏二级塔的蒸汽流量调节合成粗馏二级塔的塔顶塔釜压差；
通过调节合成粗馏一级塔的塔顶采出流量和/或合成粗馏二级塔的塔釜采出流量，调节合成粗馏二级塔的塔釜液位。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，合成粗馏一级塔的塔顶采出流量的调节优先级高于合成粗馏二级塔的塔釜采出流量的调节优先级。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，合成粗馏一级塔的塔釜采出流量与合成粗馏二级塔的塔釜液位之间的控制模型为一阶函数。
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