太阳能电池作为可再生清洁能源,近几年发展日益受到重视,使其生产原料多晶硅的需求越来越大。然而,由于多晶硅的生产控制系统效率低下,导致了多晶硅的供求矛盾更加突出,在国内始终处于供不应求的状态。因而,改进生产控制系统,提高生产效率是缓解供求矛盾迫切要解决的问题。多晶硅生产的控制过程连续性极强,需要进行调节的过程变量数较多,且相应的现场执行机构往往根据工艺特性拥有复杂的控制逻辑。此外,多晶硅生产本身牵涉到一些有毒原料的配比和传输,属于高风险性的生产过程,因而对于控制系统本身的运行稳定性要求很高。本文通过分析多晶硅生产过程特点,,借助西门子SIMATIC PCS7开发平台,设计了多晶硅生产DCS控制系统,实现了较大幅度提高生产效率的目的。主要工作中与传统设计的不同之处有如下几方面:1.针对停机停炉给系统带来的高风险,在DCS系统硬件设计过程中,分别在上位机和下位机系统采用全冗余的配置:从管理监控端的冗余OS服务器,到时间同步的双控制器CPU及相应的Profibus-DP现场总线,一直到I/O现场端冗余电路模块的电路设计,整套系统实现了从上到下的全局冗余,保证了系统的高度容错性和运行的稳定性;2.鉴于多晶硅生产是一项连续性极强的过程,借鉴国外先进制药行业的控制经验,第一次提出设备(包括执行机构+变送器)集成化的控制理念运用于多晶硅生产流程控制,针对现场单元层级,开发完成特定功能的设备模块用于实际生产控制,取代传统DCS系统单个控制现场执行机构的策略;3.在多晶硅生产原料罐区和生产车间之间(各自有独立的控制器)开发物料传输管道接驳系统,通过创建结构体数据块,利用ADO控件,编写VBS脚本数据库查询语言,操作Excel原料信息数据库以实现对物料请求数据的查找,并且使用连续功能图CFC,实现自动化控制站(AS站)间通讯,供出料设备块和进料设备块进行物料的选择及送料时机的确认,并完成整个物料的传输过程。当该套DCS系统实际投用于多晶硅生产的控制过程后,系统运行的稳定性比投用前有了显著的提高,由于冗余配置的存在,可以在系统维护时使用备用控制器和现场总线使得整个维护过程做到了不停炉操作;开发设备模块的控制策略相比传统控制使得现场执行器的动作更符合连续控制的要求,且有效提高了控制的连贯性和及时性;而管道接驳系统很好地保证了各生产车间进料的有序性和准确性,对控制精度的提高起到了关键的作用。系统投用后数据表明:在使用了该套DCS控制系统之后,年产多晶硅的产量比原先提高了将近一倍,且系统整体运行的风险系数和维护成本也显著下降了40%,从产能和成本上极大地提高了多晶硅的生产效率。