李強(qiáng) 許丁一 李亞徑

摘要：合肥維信諾OLED液晶面板廠生產(chǎn)工藝制程冷卻水系統(tǒng)，運(yùn)用冗余型PLC控制系統(tǒng)，設(shè)計高可靠性高精度和高穩(wěn)定性的控制方案，保證制程冷卻水PCW的送水溫度和壓力的穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：PCW;冗余PLC;溫度壓力

前言：

OLED具有全固態(tài)、主動發(fā)光、高亮度、高對比度、超薄、低功耗、無視角限制、工作溫度范圍寬、可實現(xiàn)柔軟顯示等諸多優(yōu)點(diǎn)，是新一代顯示技術(shù)隨著國內(nèi)液晶面板行業(yè)的快速發(fā)展，越來越高世代的廠房在全國范圍內(nèi)建設(shè)。維信諾在柔性AMOLED技術(shù)等代表產(chǎn)業(yè)未來方向的技術(shù)前沿地帶積極布局，成功創(chuàng)造多項世界第一，包括全球首款A(yù)MOLED全卷曲顯示屏、任意彎折柔性屏全模組等柔性產(chǎn)品，最小彎折半徑可達(dá)到1.6mm，屢次突破柔性顯示折疊技術(shù)邊界。并成為2項柔性顯示國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者，柔性O(shè)LED的技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

OLED面板以及半導(dǎo)體行業(yè)中，機(jī)臺設(shè)備運(yùn)行對生產(chǎn)過程中使用的工藝制程冷卻水系統(tǒng)（PCW，ProcessCoolingWater）的壓力和溫度條件非常敏感，對PCW系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求特別嚴(yán)格，如何控制PCW系統(tǒng)的溫度和壓力的將是本次研究的重點(diǎn)。

方案設(shè)計依據(jù)：

工藝制程冷卻水系統(tǒng)（PCW，ProcessCoolingWater）應(yīng)該保證全天候、全年制造100%符合品質(zhì)要求的制程冷卻水。工藝制程冷卻水系統(tǒng)應(yīng)24小時連續(xù)運(yùn)行，在單臺設(shè)備出現(xiàn)故障進(jìn)行維修時，不能影響正常供水。2臺/套以上的設(shè)備盡量平均分布，并可互為備用，多套設(shè)備共用母管進(jìn)水時需要考慮管道分配器使進(jìn)水水量滿足平均分配。根據(jù)機(jī)臺設(shè)備運(yùn)行和對冷卻水的技術(shù)參數(shù)要求，

送水壓力必須保證在5.5±0.5kg/cm2，送水溫度保證在：18±1℃。

工藝制程冷卻水系統(tǒng)（PCW，ProcessCoolingWater）為開式系統(tǒng)，整套系統(tǒng)包括水箱、板式熱交換器、循環(huán)水泵、過濾器、管道分配器、加藥裝置以及相關(guān)的全套儀表及自控裝置。PCW供水泵為變頻控制，變頻器數(shù)量與水泵保持一致，水泵變頻運(yùn)行來保持送水壓力的恒定，制程冷卻水送水溫度采用板式熱交換器降溫?fù)Q熱的方式，通過調(diào)整板式換熱器一次側(cè)的流量來控制PCW二次側(cè)送水溫度的恒定。

工藝制程冷卻水系統(tǒng)（PCW，ProcessCoolingWater）的溫度和壓力控制均采用閉環(huán)PID控制系統(tǒng)（closed-loopcontrolsystem）的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個循環(huán)。PID數(shù)字算法

U（K）=P*{[e（K）-e（K-1）+Ts/Ti*e（K-1）+Td/Ts*[e（K）-2e（K-1）

+e（K-2）]]}+U（K-1）;其中P為比例增益，Ti為積分時間，Td為微分時間。

控制方案設(shè)計描述

控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架：工藝制程冷卻水系統(tǒng)（PCW，ProcessCoolingWater）的控制系統(tǒng)要求高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性，維信諾PCW控制系統(tǒng)采用整套冗余型PLC控制器SIEMENSS7-400H和分布式REMOTEI/OET200M系統(tǒng)構(gòu)架，冗余PLC系統(tǒng)是采用雙CPU硬件冗余，互為備用、雙通信模塊，互為備用、雙電源模塊，互為備用、雙通信總線，互為備用以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。冗余系統(tǒng)可以提供無擾動的主從切換，不丟失任何信息、先進(jìn)的自動事件同步、能夠及時掌握CPU、內(nèi)存、同步模塊的狀態(tài)、CPU修復(fù)后自動進(jìn)入冗余模式、運(yùn)行中模塊可更換，將CPU停機(jī)的可能性降到最低。

輸入輸出模擬量信號采用4～20ma電流信號，以提高抗干擾能力，儀表和設(shè)備的選型，采用工業(yè)級高精度儀表并高于控制要求一個等級。軟件采用GE的iFix系統(tǒng)組態(tài)軟件。

工藝?yán)鋮s水供水壓力控制：1）壓力傳感器模式：在PCW送水主管道上設(shè)置3個壓力變送器用來監(jiān)控相應(yīng)系統(tǒng)的送水壓力值，三個壓力值可以在上位機(jī)做控制模式選擇，即“中間值”，“平均值”，“最大值”，“最小值”，“手動選擇”和平均值模式下異常點(diǎn)位剔除;2）PCW水泵變頻控制：根據(jù)所選擇的控制模式得出當(dāng)前的系統(tǒng)送水壓力值經(jīng)PLC系統(tǒng)的PID來控制PCW水泵變頻器的輸出，變頻器輸出電力的頻率受PLC的控制，可以隨時自動改變水泵的轉(zhuǎn)速，以迎合水路系統(tǒng)流量需求的變化，而將制程變量PV（ProcessVariable，例如壓力控制穩(wěn)定不變，等于設(shè)定值SV。本系統(tǒng)所要控制的制程變量是供水管上某定點(diǎn)的壓力，簡稱為PID閉環(huán)路定壓力自動控制。

工藝?yán)鋮s水供水水泵群組控制：為了增加PCW水路系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定的可靠度，控制系統(tǒng)設(shè)計為可自行任意選擇/設(shè)定泵投入運(yùn)轉(zhuǎn)的臺數(shù)總是比定壓力供水所需的最少運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)，根據(jù)供水壓力和流量可自動加減載變頻水泵的運(yùn)行臺數(shù)。增載至需起動某泵投入運(yùn)轉(zhuǎn)時，應(yīng)自零頻起動，逐漸增速，以維持制程變量送水壓力穩(wěn)定不變?yōu)樵瓌t。PCW各臺水泵單獨(dú)手動啟動，水泵啟動后可以切換到自動狀態(tài)，手自動切換時保證水泵變頻器運(yùn)行的不停機(jī)。水泵在當(dāng)在運(yùn)行的水泵發(fā)生故障時，處于自動狀態(tài)的備用泵啟動。

當(dāng)壓力低于設(shè)定值時并延時設(shè)定時間后，處于自動狀態(tài)的備用泵啟動。正常情況下水累至少應(yīng)運(yùn)行兩臺，做熱備系統(tǒng)，防止水泵故障時壓力急速降低。

工藝?yán)鋮s水供水溫度控制：板換工藝?yán)鋮s水二次側(cè)PCW出水溫度來控制板換一次側(cè)冷凍水供水的氣動閥，通過板換出水溫度PV值采用經(jīng)PLC系統(tǒng)與工藝要求的溫度設(shè)定SP值進(jìn)行PID運(yùn)算并輸出控制冷凍水的氣動閥閥開度，調(diào)整流經(jīng)板式換熱器的冷凍水（CHW）流量率從而保證出水溫度PV值在控制要求范圍內(nèi)。

控制系統(tǒng)運(yùn)行效果本套工藝制程冷卻水系統(tǒng)（PCW，ProcessCoolingWater）控制系統(tǒng)自2020年12月正式投入運(yùn)行，經(jīng)多次功能性測試，系統(tǒng)長期可靠運(yùn)行并達(dá)到業(yè)主需求的溫度和壓力的控制精度，達(dá)到了設(shè)計要求。

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