CN112624121A - 多晶硅生产控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了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。本发明提供的多晶硅生产控制系统及控制方法，能够第一时间发现还原炉内是否有异常情况，进料配比是否合适，并能及时加以调整，大大减少硅棒生长异常，出现鱼鳞状、夹层、无定形硅等异常料的产出，提升产品质量。
Description
技术领域
本发明属于多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅生产控制系统及控制方法。
背景技术
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。
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，为了进一步控制多晶硅棒生长出现异常，如出现鱼鳞状、夹层、无定形硅等等异常料，提出一种更为合理精准的生产控制方式。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种多晶硅生产控制系统及控制方法，以克服现有技术中存在的不足。
为实现前述发明目的，本发明实施例采用的技术方案包括：
本发明实施例提供一种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；其中，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所述逻辑模块；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所述执行模块；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。
进一步地，所述执行模块包括调节阀。
本发明实施例还提供一种多晶硅生产控制方法，包括：
提供上述的多晶硅生产控制系统；以及
根据还原炉实际工作电压的变化控制进入还原炉的物料的配比，即进料配比。
进一步地，所述的多晶硅生产控制方法，包括：所述电压检测模块检测到还原炉电压发生波动或者异常变化时，通过控制所述执行模块来调整进料的配比。
进一步地，所述的多晶硅生产控制方法，包括：
将还原炉在稳定工作时的电压曲线设定为稳定曲线；
当还原炉实际工作电压高于所述稳定曲线时，向调节阀发布指令，逐步降低进料配比，直至还原炉实际工作电压与所述稳定曲线重合；
当还原炉实际工作电压低于所述稳定曲线时，则向调节阀发布指令，逐步提高进料配比，直至还原炉实际工作电压与所述稳定曲线重合。
进一步地，所述的多晶硅生产控制方法，还包括：
监控还原炉内硅棒温度T1与还原炉尾气温度T2的差值ΔT＝(T1-T2)；
监测还原炉实际工作电压Vr，并依据所述稳定曲线获得相应的理想电压Vref，再计算出实际工作电压Vr与理想电压Vref的两者的差值ΔV＝(Vr-Vref)；
依据所述ΔT和ΔV，实时升高或降低所述进料配比，直至使还原炉实际工作电压Vr与所述稳定曲线上的相应理想电压Vref相等。
更进一步地，所述的多晶硅生产控制方法，具体包括：依据所述还原炉在长时间运行后的实际工作数据，设定ΔV/ΔT的理想取值范围，当ΔV/ΔT为负数且小于所述理想取值范围的下限值或者ΔV/ΔT为正数且大于所述理想取值范围的上限值时，则迅速升高所述进料配比，而当ΔV/ΔT在所述理想取值范围内时，则缓慢调整所述进料配比。
具体实施过程中，对于不同的还原炉而言，这个理想取值范围是不同的，且利用这种方式，有利于进一步提高产品质量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明多晶硅生产控制系统及控制方法，能够第一时间发现还原炉内是否有异常情况，进料配比是否合适；并能及时加以调整，能够大大减少硅棒生长异常，出现鱼鳞状、夹层、无定形硅等等异常料的产出，提升产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施方式中多晶硅生产控制系统的结构示意图。
附图标记说明：1、还原炉，2、电压检测模块，3、调节阀，4、进料管道，41、三氯氢硅进料管道，42、氢气进料管道，43、混合管道，5、尾气管道，6、还原炉温度变送器，7、尾气温度变送器，8、流量变送器。
具体实施方式
通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。本发明主要是根据电压的变化控制进入还原炉物料的配比，即当物料组分发生变化时能第一时间反馈至电压的变化，当检测到电压发生波动或者异常变化时，电压控制进料的配比实现及时的调整。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种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；其中，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所述逻辑模块；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所述执行模块；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。
在一些优选实施例中，所述执行模块包括调节阀。
在一些优选实施例中，所述还原炉上分别设有与还原炉连通设置的原料进料管道和尾气管道，所述电压检测模块通过还原炉温度变送器与还原炉电连接，所述电压检测模块通过尾气温度变送器与尾气管道电连接，所述电压检测模块还通过调节阀与原料进料管道电连接。
在一些优选实施例中，所述电压检测模块与调节阀之间还并联设置有流量变送器。
在一些更为优选的实施例中，所述原料进料管道包括三氯氢硅进料管道、氢气进料管道和混合管道，所述三氯氢硅进料管道和氢气进料管道并联设置，且分别与混合管道连通设置；其中，所述三氯氢硅进料管道和氢气进料管道上均串联有调节阀。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种多晶硅生产控制方法，包括：
提供上述的多晶硅生产控制系统；以及
根据还原炉实际工作电压的变化控制进入还原炉的物料的配比，即进料配比。
在一些优选实施例中，所述的多晶硅生产控制方法，包括：所述电压检测模块检测到还原炉电压发生波动或者异常变化时，通过控制所述执行模块来调整进料的配比。
在一些优选实施例中，所述的多晶硅生产控制方法，包括：
将还原炉在稳定工作时的电压曲线设定为稳定曲线；
当还原炉实际工作电压高于所述稳定曲线时，向调节阀发布指令，逐步降低进料配比，直至还原炉实际工作电压与所述稳定曲线重合；
当还原炉实际工作电压低于所述稳定曲线时，则向调节阀发布指令，逐步提高进料配比，直至还原炉实际工作电压与所述稳定曲线重合。
在一些优选实施例中，所述的多晶硅生产控制方法，还包括：
监控还原炉内硅棒温度T1与还原炉尾气温度T2的差值ΔT＝(T1-T2)；
监测还原炉实际工作电压Vr，并依据所述稳定曲线获得相应的理想电压Vref，再计算出实际工作电压Vr与理想电压Vref的两者的差值ΔV＝(Vr-Vref)；
依据所述ΔT和ΔV，实时升高或降低所述进料配比，直至使还原炉实际工作电压Vr与所述稳定曲线上的相应理想电压Vref相等。
在一些更为优选的实施例中，所述的多晶硅生产控制方法，具体包括：依据所述还原炉在长时间运行后的实际工作数据，设定ΔV/ΔT的理想取值范围，当ΔV/ΔT为负数且小于所述理想取值范围的下限值或者ΔV/ΔT为正数且大于所述理想取值范围的上限值时，则迅速升高所述进料配比，而当ΔV/ΔT在所述理想取值范围内时，则缓慢调整所述进料配比。
具体实施过程中，对于不同的还原炉而言，这个理想取值范围是不同的，且利用这种方式，有利于进一步提高产品质量。
本发明实施例提供的多晶硅生产控制系统及控制方法，能够第一时间发现还原炉内是否有异常情况，进料配比是否合适；并能及时加以调整，能够大大减少硅棒生长异常，出现鱼鳞状、夹层、无定形硅等等异常料的产出，提升产品质量。
实施例
参阅图1，本发明的一个实施例提供的一种多晶硅生产控制系统，包括与还原炉1配合的控制装置，控制装置包括电压检测模块2、逻辑模块和执行模块；其中，电压检测模块2，至少用于检测还原炉1的电压参数，并将电压参数发送至逻辑模块；逻辑模块，至少用于判断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；执行模块，至少用于在电压参数被判定为发生波动或异常的情况下，调整还原炉1的进料配比。
在本实施例中，执行模块包括调节阀3；还原炉1上分别设有与还原炉1连通设置的原料进料管道4和尾气管道5，原料进料管道4包括三氯氢硅进料管道41、氢气进料管道42和混合管道43，三氯氢硅进料管道41和氢气进料管道42并联设置，且分别与混合管道43连通设置；其中，三氯氢硅进料管道41和氢气进料管道42上均串联有调节阀3，电压检测模块2通过还原炉温度变送器6与还原炉1电连接，电压检测模块2通过尾气温度变送器7与尾气管道5电连接，电压检测模块2还通过调节阀3分别与三氯氢硅进料管道41和氢气进料管道42电连接，且电压检测模块2与调节阀3之间还并联设置有流量变送器8。
基于本实施例多晶硅生产控制系统的控制方法，包括：
将还原炉在稳定工作时的电压曲线设定为稳定曲线；
监控还原炉1内硅棒温度T1与还原炉尾气温度T2的差值ΔT＝(T1-T2)；
通过电压检测模块2监测还原炉1实际工作电压Vr，并将实际工作电压Vr发送至逻辑模块，逻辑模块判断Vr高于对应的稳定曲线时，向调节阀3发布指令，逐步降低进料配比，即根据当前三氯氢硅或H2量，适当逐步分次少量调整期中一个或同时调整多个参数，直至电压与设定曲线重合；逻辑模块判断Vr低于对应的稳定曲线时，向调节阀3发布指令，逐步提高进料配比，即根据当前三氯氢硅或H2量，适当逐步分次少量调整期中一个或同时调整多个参数，直至电压与设定曲线重合；
依据稳定曲线获得相应的理想电压Vref，再计算出实际工作电压Vr与理想电压Vref的两者的差值ΔV＝(Vr-Vref)；
依据还原炉在长时间运行后的实际工作数据，设定ΔV/ΔT的理想取值范围，当ΔV/ΔT 为负数且小于理想取值范围的下限值或者ΔV/ΔT为正数且大于所述理想取值范围的上限值时，则迅速升高进料配比，而当ΔV/ΔT在所述理想取值范围内时，则缓慢调整进料配比。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明(本发明)案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明(本发明)案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、 has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。
Claims (10)
1.一种多晶硅生产控制系统，其特征在于包括与还原炉配合的控制装置，所述控制装置包括电压检测模块、逻辑模块和执行模块；其中，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所述逻辑模块；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所述执行模块；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。
2.根据权利要求1所述的多晶硅生产控制系统，其特征在于：所述执行模块包括调节阀。
3.根据权利要求2所述的多晶硅生产控制系统，其特征在于：所述还原炉上分别设有与还原炉连通设置的原料进料管道和尾气管道，所述电压检测模块通过还原炉温度变送器与还原炉电连接，所述电压检测模块通过尾气温度变送器与尾气管道电连接，所述电压检测模块还通过调节阀与原料进料管道电连接。
4.根据权利要求3所述的多晶硅生产控制系统，其特征在于：所述电压检测模块与调节阀之间还并联设置有流量变送器。
5.根据权利要求4所述的多晶硅生产控制系统，其特征在于：所述原料进料管道包括三氯氢硅进料管道、氢气进料管道和混合管道，所述三氯氢硅进料管道和氢气进料管道并联设置，且分别与混合管道连通设置；其中，所述三氯氢硅进料管道和氢气进料管道上均串联有调节阀。
6.一种多晶硅生产控制方法，其特征在于，包括：
提供权利要求1-5任一项所述的多晶硅生产控制系统；以及
根据还原炉实际工作电压的变化控制进入还原炉的物料的配比，即进料配比。
7.根据权利要求6所述的多晶硅生产控制方法，其特征在于包括：在所述电压检测模块检测到还原炉电压发生波动或者异常变化时，通过控制所述执行模块来调整进料配比。
8.根据权利要求7所述的多晶硅生产控制方法，其特征在于，包括：
将还原炉在稳定工作时的电压曲线设定为稳定曲线；
当还原炉实际工作电压高于所述稳定曲线时，向调节阀发布指令，逐步降低进料配比，直至还原炉实际工作电压与所述稳定曲线重合；
当还原炉实际工作电压低于所述稳定曲线时，则向调节阀发布指令，逐步提高进料配比，直至还原炉实际工作电压与所述稳定曲线重合。
9.根据权利要求8所述的多晶硅生产控制方法，其特征在于还包括：
监控还原炉内硅棒温度T1与还原炉尾气温度T2的差值ΔT＝(T1-T2)；
监测还原炉实际工作电压Vr，并依据所述稳定曲线获得相应的理想电压Vref，再计算出实际工作电压Vr与理想电压Vref的两者的差值ΔV＝(Vr-Vref)；
依据所述ΔT和ΔV，实时升高或降低所述进料配比，直至使还原炉实际工作电压Vr与所述稳定曲线上的相应理想电压Vref相等。
10.根据权利要求9所述的多晶硅生产控制方法，其特征在于具体包括：依据所述还原炉在长时间运行后的实际工作数据，设定ΔV/ΔT的理想取值范围，当ΔV/ΔT为负数且小于所述理想取值范围的下限值或者ΔV/ΔT为正数且大于所述理想取值范围的上限值时，则迅速升高所述进料配比，而当ΔV/ΔT在所述理想取值范围内时，则缓慢调整所述进料配比。
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