专利名称：一种多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法
技术领域：
本发明涉及一种工业炉控温热偶故障紧急应对措施，进一步是指多晶硅铸 锭炉控温热偶故障处理方法。
背景技术：
目前，制备太阳能电池用硅锭的生产工艺主要包括单晶硅拉制和多晶硅拉 制。多晶硅铸锭技术由于能直接熔铸出适于规模化生产的方形硅锭、制造过程 相对简单、从而成为太阳能电池用硅锭制备的主流方法。
制备太阳能多晶硅电池的大尺寸方锭， 一次装载硅料240-270kg，产品非 常昂贵，价值人民币50万元以上。其生产过程包括硅料加热、熔化、生长、退 火、冷却过程，长达50小时。采用单一温区控温，熔融温度高达1540°C，故 温度传感器采用B型热电偶，最高检测温度到1S0(TC，偶丝为贵金属铂铑材料， 正级为铂铑30，负极为铂铑6，外层为陶瓷保护管，在不同的温度下，控温热 电偶两极产生不同的弱电压信号，接入到温度控制器中，检测炉温。铸锭工艺 整个过程抽真空，由于控温热偶长时间置于高温和真空状态下及石墨加热器高 温下挥发的碳元素渗透与热偶保护陶瓷管及偶丝铂铑材料发生反应等，容易造 成热偶断偶、老化、失效，真空泄露。 一旦控温热偶故障，将会严重影响硅锭 生产，造成非常大的经济损失。
现在常用的方法有l)设置一套备份热偶，控制装置自动切换到备份热偶 控温，此方法耗材费用高、不经济；2)紧急更换热偶，由于在真空下，快速 更换困难，故障时，温度下降、真空压力上升；3)工艺被迫紧急停机，结果 生产半途而废。
因此目前控温热偶故障的处理方法还亟待解决。 发明内容本发明要解决的技术问题是，根据上述工艺要求及特点，在不提高任何硬 件成本的情况下，提供一种多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法，能够在控温 热偶故障时，继续开环控制炉温，直到工艺结束，该方法易于实现，能最大限 度提高设备的可靠性和满足多晶硅锭的安全生产。
本发明的技术解决方案是， 一种多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法，当 控温热偶出现故障后，由控温热偶闭环反馈控制加热器的加热功率转换成开环 功率控制加热器的加热功率，其实现方法为当控温热偶正常运行时，每间隔 一段时间存储加热器的温度特征数据，当控温热偶出现故障时，调用上一炉存 储的温度特征数据，跟踪其中的加热功率设定值的轨迹，直接控制加热器的加 热功率，实现开环控温。
本发明的工作原理和实现过程如下所述控制器内设置两个数据表格"当 前温度特征数据表格"TABLE1和上一炉运行的"历史温度特征数据表格"
TABLE2，正常运行时，每间隔一段时间T存储温度特征数据到TABLE1。在启动 程序时，自动调入历史温度特征数据表格TABLE2数据，一旦发生热偶故障，计 算机根据当前温度特征数据查寻TABLE2，以获得上一炉的当前时间段的加热功 率设定值，将热偶测温闭环调节加热功率的温度控制及时切换到功率控制，跟 踪上一炉的加热功率设定值的轨迹，控制加热功率，开环继续控温。 其中具体步骤如下
1)工艺启动时，设置两个数据表格，导入上一炉已经运行记录的温度特征数 据到"历史温度特征数据表格"中，以备查询。
2) 每一间隔时间，存储当前温度特征值到"当前温度特征数据表格"；
3) 判断控温热偶是否故障，无故障，即热偶输入模块无报警触发，此时由 控温热偶闭测量温度，通过控制器计算出加热功率输出值，输出标准的 控制信号连接到三相智能可控硅功率控制器，来实现加热器的功率控制， 闭环控制温度。4) 如果控温热偶发生故障，如断偶、失效、短路等，即热偶输入模块有报 警触发，则根据当前工艺模式，运行步号，隔热笼实际升降检测位置查找
"历史温度特征数据表格"，求出当前时刻的索引指针，即上一炉的当前 时间段的加热功率设定值索引指针。
5) 将正常运行时的温度控制，转化为功率控制，根据求出的当前步的加热 功率设定值索引指针，查找到前一炉当前时刻的加热功率设定值，通过功 率控制器来实现加热器的功率控制，使加热器功率跟踪上一炉的数据， 继续加热控温；
6) 直到工艺程序结束。 本发明所述多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法可靠，易于实现、能最大
限度提高设备的可靠性和满足多晶硅锭的安全生产。
图1是实现本发明所述方法的控制系统原理框图； 图2是本发明中温度特征数据表格的分配图。 在图中
l-热偶输入模块 2- D/A模块
3-控制器 4-主变压器
5-控温热偶 6-交流三相智能可控硅功率控制器
7-石墨加热器
TABLEl-当前温度特征数据表格TABLE2-历史温度特征数据表格
MODE-工艺模式 STEP—N0-步号
POS—PV-隔热笼位置检测值 POWER—SV-加热功率设定值
具体实施例方式
当控温热偶5正常工作时，由控温热偶5检测炉温，其连接到热偶输入模块l，再由热偶输入模块1将模拟信号转换成数字信号到控制器3，经控制器3 与温度设定值比较，计算出温度闭环控制的加热功率设定值(0.0-100.0%)，经 D/A模块2输出标准的控制信号4. 0-20. 0mA，送到交流三相智能可控硅功率控制 器6的控制端，使加热功率在0-165kW范围内线性变化。其交流三相智能可控 硅功率控制器6功率输出380V/250A，控制主变压器4，经主变压器4变换为低 电压大电流25V/3800A功率输出，直接连接到石墨加热器7，实现闭环控温。
当控温热偶5出现故障后，加热器的加热功率由控温热偶5闭环反馈控制 模式，转换成开环功率控制模式，在功率控制模式下，利用前一炉正常运行时 存储的历史数据，根据温度闭环控制的加热功率设定值轨迹(0.0-100.0%)，通 过控制器3控制D/A模块2输出标准的控制信号4. 0-20. 0mA，使加热器7的功 率跟踪在O. 0-165. 0kW变化，斜率升降加热的功率，继续开环控制炉温，直到 工艺结束。
参见图1至图2，具体操作过程如下
1)丄艺启动时，装载TABLE2的数据，即将TABLE1的数据拷贝到TABLE2， TABLE1表格清零，设置记录长度为750个，设定存储间隔时间T二5分钟， 允许记录时间一炉达64小时。
2) 运行间隔时间T计时到，存储温度特征值当前工艺模式M0DE(4:加热、 =2:熔化，=3:生长，=4:退火，=5:冷却)，运行步号STEP—N0，隔热笼 实际升降检测位置POS—PV，加热功率设定值POWER—SV，四个变量组成一 个记录RECORD,顺序存储到TABLE1。
3) 判断控温热偶5是否故障，无故障，控温热偶5测量温度，控制器3闭 环调节，控制温度。
4) 如果控温热偶5故障，则根据当前的M0DE、STEP—N0 、P0S—PV查找TABLE2, 求出首次匹配的记录号INDEX—St印，表示当前步开始的匹配索引记录指 针，再根据当前步运行时间St印—time除以间隔时间T，然后取整数，求出当前步的子索引指针X4NT(St印—time/T)，并求出表号索引记录指针 INDEX二INDEX—St印+X。 此时頂DEX为上一炉的当前时间段的加热功率设 定值索引指针
5) 根据表号索引记录指针INDEX，査找表号索引记录指针INDEX对应的加热 功率设定值POWER—SV(INDEX),将温度控制模式，转化为功率模式，经 D/A模块2输出标准的控制信号，送入到交流三相智能可控硅功率控制器 6的控制端，来实现加热器7的功率控制，使加热器7的功率跟踪上一炉 的数据，继续加热控温。
6) 直到工艺程序定时结束。
权利要求
1、 一种多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法，其特征在于，当控温热偶出 现故障后，由控温热偶闭环反馈控制加热器的加热功率转换成开环功率控制加 热器的加热功率，其实现方法为当控温热偶正常运行时，每间隔一段时间存 储加热器的温度特征数据，当控温热偶出现故障时，调用上一炉存储的温度特 征数据，跟踪其中的加热功率设定值的轨迹，直接控制加热器的加热功率，实 现开环控温。
2、 根据权利要求1所述多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法，其特征在于， 所述温度特征值包括当前工艺模式，运行步号，隔热笼实际升降检测位置，加热 功率设定值四个特征值。
3、 根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法，其特征在于，所述开环控温包括如下步骤1) 如控温热偶发生故障，则根据当前的温度特征数据中的当前工艺模式， 运行步号和隔热笼实际升降检测位置三个特征查找存储的温度特征数据相应的 当前工艺模式，运行步号，隔热笼实际升降检测位置，求出存储的温度特征数据中当前时刻的加热功率设定值索引指针；2) 根据求出的当前时刻的加热功率设定值索引指针，査找前一炉当前时刻 的加热功率设定值，使加热功率跟踪上一炉的加热功率设定值，直接控制功率 控制器的功率，继续加热控温，直到工艺结束。
全文摘要
本发明公开了一种多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法，当控温热偶出现故障后，将控温热偶闭环温度控制转换成开环功率控制加热功率。其实现方法为当控温热偶正常运行时，每间隔一段时间存储加热器的温度特征数据，当控温热偶出现故障时，调用上一炉存储的温度特征数据，跟踪其中的加热功率设定值的轨迹，直接控制加热器的加热功率，实现开环控温。本发明所述多晶硅铸锭炉控温热偶故障处理方法可靠，易于实现、能最大限度提高设备的可靠性和满足多晶硅锭的安全生产。
文档编号C30B28/00GK101311342SQ200810030830
公开日2008年11月26日 申请日期2008年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者晖 童, 肖益波, 陈国红 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所