本發(fā)明涉及多晶硅還原爐控制，具體涉及一種多晶硅還原爐控制方法、設(shè)備以及可讀存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、多晶硅是光伏行業(yè)的重要原料，隨著可再生能源開發(fā)利用的不斷發(fā)展，多晶硅供應(yīng)與需求不斷上升，樂觀估計，到2030年全球多晶硅需求有望達到113萬噸。目前主流的生產(chǎn)多晶硅的方法為改良西門子法，該方法利用化學氣相沉積的原理，在還原爐內(nèi)1100攝氏度左右的高溫下，使用氫氣還原三氯氫硅得到沉積在硅芯上的多晶硅。

2、在傳統(tǒng)工業(yè)制造過程中，尤其是在涉及還原爐等關(guān)鍵設(shè)備的操作中，多晶硅還原爐控制往往依賴于人工經(jīng)驗和定期監(jiān)測。傳統(tǒng)的人工控制方法主要基于操作員對過程設(shè)備的直觀判斷和間歇性的手動調(diào)整。例如，在多晶硅還原爐內(nèi)發(fā)生還原反應(yīng)時，操作員需要依賴于透過視窗鏡觀察爐內(nèi)情況(如還原爐內(nèi)部清晰程度、顏色深淺)來判斷還原爐內(nèi)部條件并進行針對性的調(diào)節(jié)。這種生產(chǎn)方法嚴重依賴經(jīng)驗，存在明顯的局限性。首先，人工控制依賴個別操作員的技能和經(jīng)驗，難以保證生產(chǎn)進程的一致性，多晶硅質(zhì)量與產(chǎn)率難以有效保障；其次，新手操作員可能無法準確判斷設(shè)備狀態(tài)并進行針對性調(diào)節(jié)，增加了生產(chǎn)風險和不確定性；最后，人工調(diào)節(jié)響應(yīng)往往存在延遲，操作員可能無法快速響應(yīng)生產(chǎn)過程中突發(fā)的變化，尤其是在連續(xù)生產(chǎn)過程中，稍有不慎就可能導致生產(chǎn)事故或質(zhì)量問題。此外，人工觀察很難達到機器可以實現(xiàn)的精確度，尤其是面對需要精細調(diào)控的化學反應(yīng)和熱處理過程。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了實現(xiàn)對多晶硅還原過程的精確調(diào)控，本發(fā)明提供一種多晶硅還原爐控制方法、設(shè)備以及可讀存儲介質(zhì)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種多晶硅還原爐控制方法，包括基于多晶硅還原爐的總功率進行氫氣流量pid控制的控制階段，在該控制階段以第一時間周期t1作為pid控制算法的控制周期循環(huán)進行pid控制；在一個控制周期內(nèi)基于目標功率曲線確定多晶硅還原爐的總功率的比例誤差項ep以及微分誤差項ed；據(jù)此確定pid控制中氫氣流量的調(diào)整量δh。

3、優(yōu)選地，確定pid控制中氫氣流量的調(diào)整量δh的控制公式為：

4、，

5、其中kp、kd為預設(shè)的控制參數(shù)。

6、優(yōu)選地，確定pid控制中氫氣流量的調(diào)整量δh的控制公式為：

7、，

8、其中kp、kd、kw為預設(shè)的控制參數(shù)，修正項ew基于多晶硅還原爐的狀態(tài)參數(shù)確定。

9、優(yōu)選地，修正項ew基于多晶硅還原爐的尾氣溫度變化率δt確定，修正項ew的公式為：

10、，

11、其中，th為預設(shè)的尾氣溫度變化率的閾值。

12、優(yōu)選地，所述在一個控制周期內(nèi)基于目標功率曲線確定多晶硅還原爐的總功率的比例誤差項ep以及微分誤差項ed的步驟為：

13、以計算周期t2計算時間點t下目標功率曲線的一階差分δpgoal,t：

14、，

15、其中，pgoal,t為目標功率曲線下時間點t時的功率值，pgoal,(t-t2)為目標功率曲線下時間點t前推計算周期t2后對應(yīng)的歷史時間點處的歷史功率值；

16、基于當前過程中采集的功率歷史曲線確定時間點t下多晶硅還原爐的電功率的一階差分δpreal,t：

17、，

18、其中，preal,t為時間點t時采集的實際功率值，preal,(t-t2)為時間點t前推計算周期t2后對應(yīng)的歷史時間點處所采集的實際功率值；

19、以當前時間點t1為時間點t，計算得到當前時間點t1時實際功率變化與理想功率變化的差值pdiff,t1：

20、，

21、取一間隔周期t3，將當前時間點t1前推間隔周期t3得到一歷史時間點t2；

22、以當前時間點t2為時間點t，計算得到歷史時間點t2時實際功率變化與理想功率變化的差值pdiff,t2：

23、，

24、則，

25、比例誤差項ep與微分誤差項ed為：

26、，

27、其中，ei為pid控制的積分誤差項。

28、優(yōu)選地，設(shè)定目標電單耗以及目標致密率，對滿足電單耗不超過目標電單耗且所得多晶硅的致密率不小于目標致密率的條件的歷史生產(chǎn)周期取對應(yīng)時刻平均得到目標功率曲線。

29、優(yōu)選地，還包括基于多晶硅還原爐的電壓降進行氫氣流量pid控制的第二控制階段，所述第二控制階段接續(xù)于所述基于多晶硅還原爐的總功率進行氫氣流量pid控制的控制階段之后。

30、優(yōu)選地，所述第二控制階段包括如下步驟：

31、確定多晶硅還原爐的電壓代表值v，其為多晶硅還原爐的若干多晶硅組的電壓的函數(shù)；

32、基于所述電壓代表值v計算得到：

33、從時間點t前推時間周期t4，并以一段時間間隔t5為計算周期，得到的目標電壓降vgoal：

34、，

35、從時間點t前推時間周期t6，并以一段時間間隔t5為計算周期，得到t6時刻的電壓降作為歷史目標電壓降vpast,goal：

36、，

37、c為預設(shè)的修正項，c能夠取零值；

38、以當前時刻t為基點，預設(shè)一時間跨度k，得到時刻t的電壓降的差分為：

39、，

40、以當前時刻t為基點，預設(shè)一時間跨度k，前推一預設(shè)時長l后，時刻t的歷史電壓降的差分為：

41、，

42、確定pid控制的比例誤差項ep以及微分誤差項ed：

43、，

44、其中，ei為pid控制的積分誤差，

45、依據(jù)pid控制公式進行pid調(diào)節(jié)，所述pid控制公式為：

46、，

47、其中kp、kd為預設(shè)的控制參數(shù)。

48、本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種多晶硅還原爐控制設(shè)備，包括

49、存儲器，存儲有計算機程序；

50、處理器，用于執(zhí)行所述計算機程序，所述計算機程序被執(zhí)行時實現(xiàn)上述任一項所述的多晶硅還原爐控制方法。

51、本發(fā)明的技術(shù)方案另提供一種計算機可讀儲存介質(zhì)，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，使所述處理器執(zhí)行上述任一項所述的多晶硅還原爐控制方法的步驟。

52、本發(fā)明以目標功率曲線為基準對多晶硅還原爐的反應(yīng)過程進行精細調(diào)整，控制算法會結(jié)合當前操作條件和預期變化，根據(jù)爐況實時計算功率目標變化值并給出最合理的氫氣調(diào)整量，確保還原爐依據(jù)最佳曲線穩(wěn)定運行。整體而言，這一控制策略不僅優(yōu)化了能源使用，減少了能耗，還通過精確控制提升了多晶硅的生產(chǎn)質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種多晶硅還原爐控制方法，其特征在于，包括基于多晶硅還原爐的總功率進行氫氣流量pid控制的控制階段，在該控制階段以第一時間周期t1作為pid控制算法的控制周期循環(huán)進行pid控制；在一個控制周期內(nèi)基于目標功率曲線確定多晶硅還原爐的總功率的比例誤差項ep以及微分誤差項ed；據(jù)此確定pid控制中氫氣流量的調(diào)整量δh。

2.如權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐控制方法，其特征在于，確定pid控制中氫氣流量的調(diào)整量δh的控制公式為：

3.如權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐控制方法，其特征在于，確定pid控制中氫氣流量的調(diào)整量δh的控制公式為：

4.如權(quán)利要求3所述的多晶硅還原爐控制方法，其特征在于，修正項ew基于多晶硅還原爐的尾氣溫度變化率δt確定，修正項ew的公式為：

5.如權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐控制方法，其特征在于，所述在一個控制周期內(nèi)基于目標功率曲線確定多晶硅還原爐的總功率的比例誤差項ep以及微分誤差項ed的步驟為：

6.如權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐控制方法，其特征在于，設(shè)定目標電單耗以及目標致密率，對滿足電單耗不超過目標電單耗且所得多晶硅的致密率不小于目標致密率的條件的歷史生產(chǎn)周期取對應(yīng)時刻平均得到目標功率曲線。

7.如權(quán)利要求1－６任一項所述的多晶硅還原爐控制方法，其特征在于，還包括基于多晶硅還原爐的電壓降進行氫氣流量pid控制的第二控制階段，所述第二控制階段接續(xù)于所述基于多晶硅還原爐的總功率進行氫氣流量pid控制的控制階段之后。

8.如權(quán)利要求７所述的多晶硅還原爐控制方法，其特征在于，所述第二控制階段包括如下步驟：

9.一種多晶硅還原爐控制設(shè)備，其特征在于，包括

10.一種計算機可讀儲存介質(zhì)，其特征在于，存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時，使所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1-8任一項所述的多晶硅還原爐控制方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供多晶硅還原爐控制方法、設(shè)備以及可讀存儲介質(zhì)。多晶硅還原爐控制方法包括基于多晶硅還原爐的總功率進行氫氣流量PID控制的控制階段，在該控制階段以第一時間周期作為PID控制算法的控制周期循環(huán)進行PID控制；在一個控制周期內(nèi)基于目標功率曲線確定多晶硅還原爐的總功率的比例誤差項以及微分誤差項，據(jù)此確定PID控制中氫氣流量的調(diào)整量。本發(fā)明以目標功率曲線為基準對多晶硅還原爐的反應(yīng)過程進行精細調(diào)整，控制算法會結(jié)合當前操作條件和預期變化，根據(jù)爐況實時計算功率目標變化值并給出最合理的氫氣調(diào)整量，確保還原爐依據(jù)最佳曲線穩(wěn)定運行。這一控制策略不僅優(yōu)化了能源使用，減少了能耗，還通過精確控制提升了多晶硅的生產(chǎn)質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：孫鐵,張勤,劉弘毅,張永強,陳國霞,李兆虎,莊恒鋒,劉逸菲
受保護的技術(shù)使用者：科大智能物聯(lián)技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26