潔凈廠房溫濕度控制特點綜述

楊 峰

（合肥京東方顯示技術(shù)有限公司，安徽 合肥230011）

1 項目概述

本項目為國內(nèi)最大的8.5代TFT－LCD項目，位于合肥市新站區(qū)，包括了陣列、彩膜、成盒和模塊4個分廠。廠務中心通過一套基于PLC控制系統(tǒng)搭建的FMCS來控制潔凈間的溫度、濕度、壓力、新風量以及中溫、低溫、熱水的運行，同時將電力監(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)、化學品供應系統(tǒng)、酸堿毒廢氣處理系統(tǒng)、有機廢氣處理系統(tǒng)、一般排風、工藝冷卻水、POU、特氣偵測系統(tǒng)納入本控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。

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

圖" 潔凈廠房系統(tǒng)圖

2 潔凈間溫度控制

液晶行業(yè)的特點是全部生產(chǎn)制造皆要處于潔凈廠房中，工藝生產(chǎn)設備發(fā)熱量巨大，而生產(chǎn)制造對環(huán)境溫度有著苛刻的要求，其溫度指標需控制在（23±2）℃，所以潔凈間溫度控制是由循環(huán)風通過冷水盤管進行熱交換來實現(xiàn)的。具體控制方案為：潔凈間回風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，對應區(qū)域回風夾道處冷水盤管的中溫冷凍水（14℃）管道上安裝有電動調(diào)節(jié)閥，每個區(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應區(qū)域的溫度，此PID加適當微分，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，都會影響液晶面板的良率，因此55%±5%的相對濕度是控制的一個目標。但對于如此大型的潔凈廠房直接加濕和除濕是不現(xiàn)實的，于是采用非潔凈區(qū)的新風機組通過不停補新風的置換來控制。潔凈間溫度23℃，濕度55%的空氣通過查詢焓濕圖可知，此時露點溫度為13.5℃，那么理論上新風機組只要將送風的露點控制在13.5℃即可，如果潔凈間濕度偏高，可以送低于13.5℃露點的新風，反之送高于13.5℃露點的新風，所以潔凈間濕度控制的關鍵在于新風機組送風露點的控制，下面以控制13.5℃的送風露點來說明新風機組的控制原理。

新風機組是一種空氣調(diào)節(jié)設備，不但能提供新鮮空氣，而且可控制送風露點。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）處理達到需要的露點，新風通過風機送到潔凈室內(nèi)，在進入潔凈室空間時替換原有空氣，達到控制濕度的目的。新風機組主要構(gòu)造為一級預熱盤管、二級加熱盤管、三級表冷盤管、四級表冷盤管、五級加熱盤管以及加濕器。盤管分別流通預熱水（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調(diào)節(jié)閥，最終控制送風露點。冬季（室外露點低于13.5℃）：使用加濕器、一級預熱、二級加熱、四級加熱。預熱盤管使用潔凈間中溫水回水預先提高溫度來節(jié)能預熱，盤管后安裝溫度開關，低于5℃時，由PLC控制系統(tǒng)可選聯(lián)鎖停止新風機組以防凍；二級加熱、四級加熱盤管通過控制熱水流量調(diào)節(jié)閥，以控制加濕效果達到送風露點13.5℃。夏季（室外露點高于13.5℃）：使用三級表冷、四級表冷盤管。三級表冷、四級表冷盤管通過控制中、低溫水流量調(diào)節(jié)閥，以除濕使送風露點達到13.5℃。五級加熱盤管用于將13.5℃的露點新風升溫，進而提高相對濕度，目的是使新風機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，對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，還需要保證一個參數(shù)——潔凈間正壓，顧名思義就是潔凈間相對室外為正壓，使溫濕度不受外界環(huán)境影響。正壓的形成依靠新風機組不停地補新風來保證，這個新風必須大于各工藝設備的排氣量，但工藝設備的排氣量隨產(chǎn)能有變化，且潔凈間搬入口也偶爾會打開搬入材料，會有部分漏風量，所以新風機組采用固定頻率送風的方式是肯定行不通的，而原設計的新風機組變頻與送風風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)其信號通過PLC計算出一平均正壓，由此正壓來控制新風機組變頻器運行，PID輸出CV值賦值給服務此潔凈間的所有新風機組，保證新風機組頻率同升同降。

5 電氣、儀表設計

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

溫濕度傳感器：每個分廠潔凈廠房面積 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)視潔凈廠房內(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臺環(huán)境溫度為23℃；（2）潔凈生產(chǎn)區(qū)儀表易受工藝設備發(fā)熱量不同的影響；（3）潔凈生產(chǎn)區(qū)儀表可能會在作業(yè)時被碰觸導致掉線，進而影響整個溫度控制的閉環(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方便），負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龎河嬎愠鰜恚糜谕度胄嘛L機組變頻器的閉環(huán)控制，以保證潔凈間正壓。因潔凈生產(chǎn)區(qū)相對下夾層會有一定正壓（開孔的高架地板產(chǎn)生阻力），所以在設定潔凈間正壓控制時，可以在設計正壓值的基礎上減去2Pa。

變頻器：潔凈間濕度、正壓全由新風機組控制，可見新風機組的穩(wěn)定運行起著重要作用。新風機組的儀器儀表、電動調(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，所以機組電機380V動力電的穩(wěn)定就顯得尤為重要，于是對新風機組的變頻器也做了相應的防電壓波動措施：（1）控制系統(tǒng)設置：變頻器啟動信號設為0／1電平啟動，且保持；變頻器故障信號延時10s報警；頻率給定信號不間斷傳輸。（2）不重要故障自恢復功能ON，飛車啟動功能ON，停機制動功能OFF；欠壓保護能力調(diào)至80%；額定電壓設為380V。（3）配電柜改造，拆除自動啟動回路中自鎖回路。

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、實際工況來綜合考慮控制的精度和穩(wěn)定性。