氢化工序自动提量控制系统最优方案.pdf

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1、第4期罗万里．氢化工序自动提量控制系统最优方案353氢化工序自动提量控制系统最优方案罗万里(四川众邦制药有限公司，IⅡtJiI泸州646000)摘要利用斜坡发生器、折线表及可变比值设定自动控制等技巧性的特殊手段，构成多晶硅装置中的氢化炉自动提量控制系统，实现了提量过程的全自动化控制。克服了人工提量形成的物料阶梯式上升的弊病，简化了提量操作，增强了工艺过程的稳定性，提高了控制精度，同时降低了工作人员的劳动强度。关键词自动提量控制系统斜坡发生器折线表可变比值设定自动控制中图分类号TH862文献标识码B文章编号1000．3932(2016)04-0353-06由于多晶硅生产工艺过程的特殊性，多晶硅

2、装置中的氢化炉负荷提量操作是一个非常繁琐、细致、艰难的过程。从氢化炉开始加量到满负荷运行(500～7700kg／h)的时间长达15h，加量过程中的不同阶段，要求四氯化硅(在PID图中，STC为四氯化硅的介质代号)的增量严格按照规定速率，呈线性趋势上升。同时，氢气和电加热的增量必须按规定的配比同步跟踪。在规定的长达15h的时间段内，增量操作的次数越多，每次增量的数值就越小，则增量曲线就越接近于线性；但增量操作的工作量也越大，难度也越高。而即便无限提高操作次数，但由于DCS对外设设备(操作按键)的最低变化响应值的局限，导致人工增量操作的最终效果，只能尽可能减小梯度，呈阶梯式上升，但无论如何都无法

3、实现线性提量的要求。长时间精力高度集中的操作，操作人员会身心疲劳，易发生疏忽或失误，导致过程不稳定，甚至中断生产、损坏设备。因此，设置和优化氢化炉负荷全自动提量控制系统，具有非常重要和实际的意义，不仅可以增强工艺过程运行的稳定性、提高产品质量、获得节能降耗的良好效益，还可以减轻操作人员的劳动强度。为此，笔者利用斜坡发生器、折线表及可变比值设定自动控制等技巧性的特殊手段，构成多晶硅装置中的氢化炉自动提量控制系统，实现以提量过程的全自动化控制，克服人工提量形成的物料阶梯式上升的弊病。1自动提量控制方案1．1受控参数表1为多晶硅装置中的氢化炉自动提量工艺提供的提量表。表1氢化工艺时间与物料增量关系

4、表(提量表)收稿日期：2015．11-20354化工自动化及仪表第43卷受控的STC、H：和电加热器功率3个参数之间的关系：STC是时间的函数，STC流量从500kg／h开始进入自动提量程序，用时15h，以规定的提量速率，等速均匀地提升到7700kg／h，自动提量结束；H：和电加热器功率均为STC的函数，在自动提量过程中，H：流量以规定的H：／STC摩尔比、电加热器的功率按照曲线规定的值，自动跟随四氯化硅的流量变化而变化。整个工艺对系统的要求是：以四氯化硅的量为基准，下限为零，上限为9000kg／h(质量流量)，其中500～7700kg／h为程序自动提量，500kg／h以下段为人为手动提量，

5、7700kg／h以上段为人为手动提量；在程序自动提量阶段，如遇异常情况，可人为切换成人工状态，以确定停炉或继续手动提量；H：和四氯化硅的比例数值可以设置后程序记忆，也可切换为人工设置后程序记忆。1．2系统方案与构成根据工艺过程对控制系统的要求，设计如图1所示的氢化炉负荷全自动提量控制系统框图。整个系统由3个部分组成：四氯化硅自动提量控制回路、功率控制回路和H：／四氯化硅比值控制回路。3个回路的目标均是围绕并根据四氯化硅的量进行工作的，但又相互各自独立，均可选择自动或者手动控制。第4期罗万里．氢化工序自动提量控制系统最优方案355RSPI厂广斜坡发生器匕-RSP=f(t)l一，．、JsTc流量

6、调节器I。I。，，瞎粤涸#闷乜墨殳sTc流量给薏、／一l(PID)I-IMⅦ洹聊”阀广STC流量测量STC自动提量控制回路·I善I篱错H以‰m吲帆⋯It☆EⅫlnIH：凝重测蕈I}除法器ruH’比值给定一人一比值调节器I—H，一V一fPD1H：流量调节阀H：／STC值控制回路f摩尔比，范NO～5)L⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一图1氢化炉负荷全自动提量控制系统框图1．2．1四氯化硅自动提量控制回路四氯化硅自动提量控制回路由一个基本型的流量单回路闭环调节系统构成，其工作原理是：斜坡信号发生器的输出作为自动给定信号，按预先设定的变化率自动改变调节器的给定(SV)

7、值，在调节器PI的作用下，四氯化硅的实际流量(PV)随给定(SV)的变化而变化，从而实现自动提量的目的。由于四氯化硅的增量是时间的函数，故系统采用了一个斜坡信号发生器的输出作为回路调节器的给定。斜坡信号发生器接收到自动提量的指令后，其输出信号从对应于四氯化硅流量计满量程的5．56％(500kg／h)开始，用15h增加到85．56％(7700kg／h)的速率匀速上升，此信号连接到调节器的SV端，作为调节器的给定