2007年年初，作為國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程的全國首個(gè)實(shí)現量產(chǎn)的千噸級多晶硅項目，四川樂(lè )山新光硅業(yè)一期年產(chǎn)1260噸多晶硅項目在樂(lè )山高新區投料試車(chē)一次成功。憑借世界領(lǐng)先的自動(dòng)化控制技術(shù)和豐富的國際工程經(jīng)驗，霍尼韋爾過(guò)程控制部成為這一中國國內首屈一指的多晶硅領(lǐng)頭羊企業(yè)的重要合作伙伴，從而為新光硅業(yè)乃至中國光伏產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展與迅速崛起提供了有力支持和重要的借鑒。

    護航多晶硅產(chǎn)業(yè)旗艦

    可再生能源的利用和發(fā)展是全球關(guān)注的課題，而對于正邁向新型工業(yè)化道路，建設節約型社會(huì )的中國來(lái)說(shuō)，大力發(fā)展新興可再生能源產(chǎn)業(yè)無(wú)疑是一項重要的戰略措施。作為全球太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)不可替代的原材料和基石，近年來(lái)多晶硅的制備與生產(chǎn)隨著(zhù)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，其供需矛盾日顯突出。據統計，2006年全球太陽(yáng)能多晶硅供需差大約7000噸。多晶硅的缺乏導致其價(jià)格直線(xiàn)上漲，到2006年12月，每公斤太陽(yáng)能級多晶硅的售價(jià)已從每公斤9美元飆升至70-80美元。在世界范圍內，太陽(yáng)能級多晶硅生產(chǎn)與供應已嚴重制約太陽(yáng)能電池的發(fā)展。

                         

    四川樂(lè )山新光硅業(yè)承擔的1260噸多晶硅項目正是在這一背景下誕生的。這一總投資為12.9億元人民幣的項目是國家計委批準的唯一一個(gè)也是我國第一個(gè)1000噸多晶硅高技術(shù)示范工程，于2007年年初正式投入運行。然而，在多晶硅的建設熱潮背后，企業(yè)所面臨的卻是實(shí)實(shí)在在的技術(shù)難題，除了工藝方法和設備，國內對于該新工藝成熟的自動(dòng)化控制方案與組態(tài)編程技術(shù)尚無(wú)前例可鑒，熟悉工藝的操作員與工程師則更是寥寥可數。因此，在自動(dòng)化控制技術(shù)的選擇上，與其說(shuō)是選擇一套先進(jìn)成熟的DCS控制系統，毋寧說(shuō)是用戶(hù)對自動(dòng)化系統提供商的工藝知識、經(jīng)驗積累與工程服務(wù)的綜合考量。

    在長(cháng)達半年多的競標過(guò)程中，霍尼韋爾遇到了西門(mén)子、Foxboro等強有力的競爭對手挑戰。從2005年便成為霍尼韋爾客戶(hù)的新光硅業(yè)張總工程師認為，“良好的業(yè)績(jì)，對多晶硅生產(chǎn)工藝的熟悉程度，良好的信譽(yù)，完善的培訓和服務(wù)讓我們還是最終選擇了霍尼韋爾。”

    雙方合同金額達1000多萬(wàn)人民幣的項目供貨范圍包括全廠(chǎng)一體化解決方案TPS過(guò)程控制系統、大屏幕工業(yè)閉路監控CCTV、工程組態(tài)以及相應的現場(chǎng)服務(wù)與培訓等，所有供貨經(jīng)過(guò)調試從2007年3月開(kāi)始正式進(jìn)入運行階段。

    實(shí)現安全可靠的化工生產(chǎn)

    就目前來(lái)看，全球多晶硅的生產(chǎn)工藝主要有：改良西門(mén)子法、硅烷法和流化床法。而改良西門(mén)子法是目前主流的生產(chǎn)方法。但是這些工藝技術(shù)和設備僅僅掌握在美、德、日等7家主要硅料廠(chǎng)商手中，這些公司的產(chǎn)品占全球多晶硅總產(chǎn)量的90%，它們形成的企業(yè)聯(lián)盟實(shí)行技術(shù)封鎖，嚴禁技術(shù)轉讓?zhuān)纬闪硕唐趦犬a(chǎn)業(yè)化技術(shù)壟斷的局面。

                       

    在新光硅業(yè)來(lái)看，國內尚無(wú)量產(chǎn)千噸級多晶硅的先例，工藝的掌握和重要設備操作經(jīng)驗更是欠缺，如何選好用好一套先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統以最大限度地發(fā)揮設備效能，減少開(kāi)車(chē)時(shí)間，在安全的前提下提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)達到國家的節能環(huán)保要求，成為新光硅業(yè)管理層必須克服的一大難題。

    而對于霍尼韋爾而言，雖然在國外具備多晶硅項目經(jīng)驗，但是如何建立一個(gè)跨區域協(xié)同一致的項目運營(yíng)團隊，將成功的國外經(jīng)驗借鑒過(guò)來(lái)，從而與客戶(hù)一道，主動(dòng)提供針對新工藝的具有建設性的全套控制方案也是霍尼韋爾要面臨的最重要挑戰。

    簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，多晶硅的生產(chǎn)工藝大致要經(jīng)過(guò)石英砂冶煉提純生成工業(yè)硅（Si）、氯化氫(HCl)合成、三氯氫硅（SiHCl3）合成、粗餾和多級精餾得到高純三氯氫硅、三氯氫硅在氫氣（H2）氣氛中高溫還原沉積而在硅棒上生長(cháng)出多晶硅等主要環(huán)節。其中，后面4個(gè)環(huán)節廠(chǎng)房的一系列設備，如氯化氫合成爐、三氯氫硅加壓合成爐、三氯氫硅粗餾、精餾塔提純系統、還原爐等，是項目中自動(dòng)化控制的重點(diǎn)所在，此外還包括尾氣回收、熱能回收、變配電和凈化廠(chǎng)房等處的數據采集和控制任務(wù)。

    針對用戶(hù)生產(chǎn)控制要求，霍尼韋爾提供了一套其應用最為成熟的全廠(chǎng)一體化TPS控制平臺，包括全廠(chǎng)主控室，20臺左右GUS操作站與工程師站，40面輔助機柜以及大量的定制性工程組態(tài)與編程服務(wù)，全廠(chǎng)控制節點(diǎn)規模高達10,000點(diǎn)左右。

    從運行情況來(lái)看，作為基于Windows 2000系統開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化系統，TPS完全勝任現場(chǎng)的過(guò)程控制，批量控制和控制策略?xún)?yōu)化。在由控制管理網(wǎng)TPN(LCN)、過(guò)程控制網(wǎng)UCN構成的TPS安全工業(yè)網(wǎng)絡(luò )架構上，系統的高性能過(guò)程管理站（HPM）和數據服務(wù)器、操作站等無(wú)縫集成，不但實(shí)現了穩定可靠的數據采集與狀態(tài)監控，更為將來(lái)的先進(jìn)控制和管理層優(yōu)化，以及最終實(shí)現管控一體化打下了很好的基礎。“開(kāi)車(chē)大半年以來(lái)，用戶(hù)基本沒(méi)有出現主動(dòng)維修要求”，霍尼韋爾HPS部高級銷(xiāo)售經(jīng)理高德勇先生說(shuō)道。

    多晶硅生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)環(huán)境決定了對過(guò)程控制系統的基本要求：穩定可靠、安全和靈活性。作為典型的化工過(guò)程，多晶硅生產(chǎn)過(guò)程無(wú)疑具有許多安全風(fēng)險。“例如在氯化氫合成過(guò)程中和氫氣還原過(guò)程中都有氫氣爆炸危險，而氯氣、氯化氫等又作為化學(xué)污染物具有泄漏的危險”，新光硅業(yè)張總工程師說(shuō)道，“這些化學(xué)物質(zhì)本身的高腐蝕性及其反應環(huán)境，對現場(chǎng)的I/O卡件等數據采集和控制設備堅固可靠性提出了很高的要求。”

    從TPS系統高性能過(guò)程管理站（HPM）這一最主要的數據采集和控制設備來(lái)看，項目中40多面機柜中的HPM通過(guò)采用先進(jìn)的多處理器結構技術(shù)，實(shí)現了過(guò)程中的連續控制、批量控制和順序控制的綜合應用，同時(shí)為了適應高溫腐蝕性環(huán)境，HPM模塊化的遠程增強型I/O子系統具有很高的安全等級，并進(jìn)行了鍍膜處理，直接安裝在上述過(guò)程區域，大大減少接線(xiàn)成本。另外，“我們還在關(guān)鍵的一些控制回路上進(jìn)行了全冗余配置以提高可靠性和魯棒性”，霍尼韋爾HPS部項目經(jīng)理張冰先生補充道。

    按需定制提升新工藝水平

    對于新光硅業(yè)這樣的國內新工藝項目，很多地方?jīng)]有先例可資借鑒。因此，霍尼韋爾協(xié)同用戶(hù)一道，在優(yōu)秀產(chǎn)品的基礎上緊貼現場(chǎng)需求，用自己的經(jīng)驗積累與行業(yè)知識幫助用戶(hù)迅速提高了對新工藝的操作和控制水平。

    首先是對控制系統本身的靈活性要求。由于新工藝在調試、組態(tài)中的變化很多需要修正和改變，所以需要靈活的，在線(xiàn)調整修改能力強的控制系統，并且要有很好地第三方通訊能力，而TPS系統則順利地實(shí)現了這些目標。高德勇經(jīng)理說(shuō)：“像三氯氫硅還原爐工作過(guò)程中需要大量用電，大范圍電流控制十分重要。用戶(hù)采用的是德國AEG公司的可控硅調功器。利用UCN過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò )，我們的TPS系統根據需要直接采用MODBUS協(xié)議與調功器所帶第三方PLC進(jìn)行通訊，能夠準確讀寫(xiě)PLC數據。”

    其次由于生產(chǎn)工藝新，熟練人員不足，用戶(hù)非常關(guān)心DCS供應商對工藝的了解程度，希望能夠給出成熟的控制方案建議，同時(shí)作為國內第一套該行業(yè)項目，開(kāi)車(chē)調試時(shí)可能很多需要現場(chǎng)進(jìn)行方案修改?；裟犴f爾為此專(zhuān)門(mén)提供了針對工廠(chǎng)人員的實(shí)際操作培訓，所提出的試行控制方案得到用戶(hù)采納。“此外，當我們發(fā)現需要操作人員頻繁或者有規律進(jìn)行操作的某些環(huán)節時(shí)，我們就對該控制動(dòng)作進(jìn)行編程或者軟件組態(tài)，將操作員2個(gè)小時(shí)內的操作過(guò)程用1個(gè)控制程序進(jìn)行簡(jiǎn)化，實(shí)現了自動(dòng)化操作，提高了操作準確性和操作效率。

    新光硅業(yè)張總工程師對霍尼韋爾的項目執行評價(jià)是，“開(kāi)車(chē)調試保證進(jìn)度質(zhì)量，人員隨叫隨到，霍尼韋爾工程師對化工工藝控制方案熟悉，現場(chǎng)經(jīng)驗豐富，而且跟設計院方面都有很好溝通。同時(shí)霍尼韋爾也嚴格遵守合同的保密規定，滿(mǎn)足我們對多晶硅工藝的高保密性要求。”一期工程的成功增強了新光硅業(yè)對霍尼韋爾的信心，在接下來(lái)的年產(chǎn)3000噸太陽(yáng)能多晶硅二期項目，正在考慮繼續使用霍尼韋爾的產(chǎn)品并引進(jìn)制造執行系統（MES）。