楊 峰

（合肥京東方顯示技術(shù)有限公司，安徽 合肥230011）

1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目為國(guó)內(nèi)最大的8.5代TFT－LCD項(xiàng)目，位于合肥市新站區(qū)，包括了陣列、彩膜、成盒和模塊4個(gè)分廠。廠務(wù)中心通過一套基于PLC控制系統(tǒng)搭建的FMCS來控制潔凈間的溫度、濕度、壓力、新風(fēng)量以及中溫、低溫、熱水的運(yùn)行，同時(shí)將電力監(jiān)控SCADA系統(tǒng)、工藝真空系統(tǒng)、清掃真空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、純水制備系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、大宗氣體系統(tǒng)、特氣系統(tǒng)、化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)、酸堿毒廢氣處理系統(tǒng)、有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)、一般排風(fēng)、工藝?yán)鋮s水、POU、特氣偵測(cè)系統(tǒng)納入本控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

這里我們只選取潔凈間溫濕度控制（圖1）來探討電氣自動(dòng)化控制在此類大型工業(yè)電子廠房中的應(yīng)用特點(diǎn)。

圖" 潔凈廠房系統(tǒng)圖

2 潔凈間溫度控制

液晶行業(yè)的特點(diǎn)是全部生產(chǎn)制造皆要處于潔凈廠房中，工藝生產(chǎn)設(shè)備發(fā)熱量巨大，而生產(chǎn)制造對(duì)環(huán)境溫度有著苛刻的要求，其溫度指標(biāo)需控制在（23±2）℃，所以潔凈間溫度控制是由循環(huán)風(fēng)通過冷水盤管進(jìn)行熱交換來實(shí)現(xiàn)的。具體控制方案為：潔凈間回風(fēng)夾道處安裝冷水盤管，潔凈間下架層的格構(gòu)梁上安裝有溫度傳感器，對(duì)應(yīng)區(qū)域回風(fēng)夾道處冷水盤管的中溫冷凍水（14℃）管道上安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，每個(gè)區(qū)域的溫度與此電調(diào)節(jié)閥構(gòu)成閉環(huán)控制，用控制盤管內(nèi)中溫水流量來控制對(duì)應(yīng)區(qū)域的溫度，此PID加適當(dāng)微分，用以克服溫度傳感器的滯后性。

3 潔凈間濕度控制

潔凈間溫度控制穩(wěn)定后，濕度控制也非常重要，過高容易結(jié)露，過低則容易產(chǎn)生靜電，都會(huì)影響液晶面板的良率，因此55%±5%的相對(duì)濕度是控制的一個(gè)目標(biāo)。但對(duì)于如此大型的潔凈廠房直接加濕和除濕是不現(xiàn)實(shí)的，于是采用非潔凈區(qū)的新風(fēng)機(jī)組通過不停補(bǔ)新風(fēng)的置換來控制。潔凈間溫度23℃，濕度55%的空氣通過查詢焓濕圖可知，此時(shí)露點(diǎn)溫度為13.5℃，那么理論上新風(fēng)機(jī)組只要將送風(fēng)的露點(diǎn)控制在13.5℃即可，如果潔凈間濕度偏高，可以送低于13.5℃露點(diǎn)的新風(fēng)，反之送高于13.5℃露點(diǎn)的新風(fēng)，所以潔凈間濕度控制的關(guān)鍵在于新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)露點(diǎn)的控制，下面以控制13.5℃的送風(fēng)露點(diǎn)來說明新風(fēng)機(jī)組的控制原理。

新風(fēng)機(jī)組是一種空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，不但能提供新鮮空氣，而且可控制送風(fēng)露點(diǎn)。工作原理是從室外抽取新鮮的空氣，經(jīng)過除塵、除濕（或加濕）、降溫（或升溫）處理達(dá)到需要的露點(diǎn)，新風(fēng)通過風(fēng)機(jī)送到潔凈室內(nèi)，在進(jìn)入潔凈室空間時(shí)替換原有空氣，達(dá)到控制濕度的目的。新風(fēng)機(jī)組主要構(gòu)造為一級(jí)預(yù)熱盤管、二級(jí)加熱盤管、三級(jí)表冷盤管、四級(jí)表冷盤管、五級(jí)加熱盤管以及加濕器。盤管分別流通預(yù)熱水（21℃）、熱水（36℃）、中溫冷凍水（14℃）、低溫冷凍水（7℃），每段盤管水管上安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，最終控制送風(fēng)露點(diǎn)。冬季（室外露點(diǎn)低于13.5℃）：使用加濕器、一級(jí)預(yù)熱、二級(jí)加熱、四級(jí)加熱。預(yù)熱盤管使用潔凈間中溫水回水預(yù)先提高溫度來節(jié)能預(yù)熱，盤管后安裝溫度開關(guān)，低于5℃時(shí)，由PLC控制系統(tǒng)可選聯(lián)鎖停止新風(fēng)機(jī)組以防凍；二級(jí)加熱、四級(jí)加熱盤管通過控制熱水流量調(diào)節(jié)閥，以控制加濕效果達(dá)到送風(fēng)露點(diǎn)13.5℃。夏季（室外露點(diǎn)高于13.5℃）：使用三級(jí)表冷、四級(jí)表冷盤管。三級(jí)表冷、四級(jí)表冷盤管通過控制中、低溫水流量調(diào)節(jié)閥，以除濕使送風(fēng)露點(diǎn)達(dá)到13.5℃。五級(jí)加熱盤管用于將13.5℃的露點(diǎn)新風(fēng)升溫，進(jìn)而提高相對(duì)濕度，目的是使新風(fēng)機(jī)組里最后一段的高效除塵過濾器不受潮，原本此PID控制溫度為20℃，但為了潔凈間溫度控制的中溫水節(jié)能，目前控制在17℃送風(fēng)，對(duì)高效過濾器沒有影響。

4 潔凈間正壓控制

潔凈間溫濕度通過以上兩方面的控制穩(wěn)定后，還需要保證一個(gè)參數(shù)——潔凈間正壓，顧名思義就是潔凈間相對(duì)室外為正壓，使溫濕度不受外界環(huán)境影響。正壓的形成依靠新風(fēng)機(jī)組不停地補(bǔ)新風(fēng)來保證，這個(gè)新風(fēng)必須大于各工藝設(shè)備的排氣量，但工藝設(shè)備的排氣量隨產(chǎn)能有變化，且潔凈間搬入口也偶爾會(huì)打開搬入材料，會(huì)有部分漏風(fēng)量，所以新風(fēng)機(jī)組采用固定頻率送風(fēng)的方式是肯定行不通的，而原設(shè)計(jì)的新風(fēng)機(jī)組變頻與送風(fēng)風(fēng)管壓力控制也不能完全代表潔凈間正壓，所以做了控制整改：利用潔凈間下夾層已經(jīng)安裝用以監(jiān)視的壓差變送器，根據(jù)其信號(hào)通過PLC計(jì)算出一平均正壓，由此正壓來控制新風(fēng)機(jī)組變頻器運(yùn)行，PID輸出CV值賦值給服務(wù)此潔凈間的所有新風(fēng)機(jī)組，保證新風(fēng)機(jī)組頻率同升同降。

5 電氣、儀表設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目PLC控制系統(tǒng)采用羅克韋爾自動(dòng)化公司的14套冗余的ControlLogix控制器，I／O硬點(diǎn)9 785個(gè)，PLC系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的電源、控制器、通訊冗余，這里不再詳細(xì)介紹。

溫濕度傳感器：每個(gè)分廠潔凈廠房面積 大概在3萬多m2，平均每500m2范圍內(nèi)安裝一溫濕度一體的傳感器，用以直接監(jiān)視潔凈廠房?jī)?nèi)溫濕度（不參與控制），選用兩線制儀表。

溫度傳感器：安裝于潔凈間下夾層格構(gòu)梁上，PID設(shè)定值23℃，可以確保氣流經(jīng)生產(chǎn)區(qū)直接吹下來的溫度穩(wěn)定在23℃。這里不選用潔凈生產(chǎn)區(qū)溫濕度傳感器的單溫信號(hào)來控制的原因是：（1）潔凈生產(chǎn)區(qū)的儀表安裝位置不能保證儀表以下的機(jī)臺(tái)環(huán)境溫度為23℃；（2）潔凈生產(chǎn)區(qū)儀表易受工藝設(shè)備發(fā)熱量不同的影響；（3）潔凈生產(chǎn)區(qū)儀表可能會(huì)在作業(yè)時(shí)被碰觸導(dǎo)致掉線，進(jìn)而影響整個(gè)溫度控制的閉環(huán)調(diào)節(jié)。

壓差變送器：潔凈間溫濕度保證，需確保潔凈間相對(duì)室外有一定正壓，此壓差變送器同樣安裝于下夾層格構(gòu)梁上（不直接安裝在潔凈生產(chǎn)區(qū)也是考慮儀表安全和安裝維護(hù)方便），負(fù)壓腔使用柔性軟管連接至室外，此類儀表通過PLC程序?qū)⑵骄龎河?jì)算出來，用于投入新風(fēng)機(jī)組變頻器的閉環(huán)控制，以保證潔凈間正壓。因潔凈生產(chǎn)區(qū)相對(duì)下夾層會(huì)有一定正壓（開孔的高架地板產(chǎn)生阻力），所以在設(shè)定潔凈間正壓控制時(shí)，可以在設(shè)計(jì)正壓值的基礎(chǔ)上減去2Pa。

變頻器：潔凈間濕度、正壓全由新風(fēng)機(jī)組控制，可見新風(fēng)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行起著重要作用。新風(fēng)機(jī)組的儀器儀表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的穩(wěn)定性皆由控制系統(tǒng)保證，而帶有U電的PLC系統(tǒng)可以保證控制回路的穩(wěn)定，所以機(jī)組電機(jī)380V動(dòng)力電的穩(wěn)定就顯得尤為重要，于是對(duì)新風(fēng)機(jī)組的變頻器也做了相應(yīng)的防電壓波動(dòng)措施：（1）控制系統(tǒng)設(shè)置：變頻器啟動(dòng)信號(hào)設(shè)為0／1電平啟動(dòng)，且保持；變頻器故障信號(hào)延時(shí)10s報(bào)警；頻率給定信號(hào)不間斷傳輸。（2）不重要故障自恢復(fù)功能ON，飛車啟動(dòng)功能ON，停機(jī)制動(dòng)功能OFF；欠壓保護(hù)能力調(diào)至80%；額定電壓設(shè)為380V。（3）配電柜改造，拆除自動(dòng)啟動(dòng)回路中自鎖回路。

6 結(jié)語

潔凈間溫濕度控制不單單是溫度、濕度兩個(gè)參數(shù)的控制，還要從潔凈間正壓控制、電氣、儀表、PLC選型、安裝位置、實(shí)際工況來綜合考慮控制的精度和穩(wěn)定性。