OLED液晶面板工藝制程冷卻水控制系統實例研究

李強 許丁一 李亞徑

摘要：合肥維信諾OLED液晶面板廠生產工藝制程冷卻水系統，運用冗余型PLC控制系統，設計高可靠性高精度和高穩定性的控制方案，保證制程冷卻水PCW的送水溫度和壓力的穩定。

關鍵詞：PCW;冗余PLC;溫度壓力

前言：

OLED具有全固態、主動發光、高亮度、高對比度、超薄、低功耗、無視角限制、工作溫度范圍寬、可實現柔軟顯示等諸多優點，是新一代顯示技術隨著國內液晶面板行業的快速發展，越來越高世代的廠房在全國范圍內建設。維信諾在柔性AMOLED技術等代表產業未來方向的技術前沿地帶積極布局，成功創造多項世界第一，包括全球首款AMOLED全卷曲顯示屏、任意彎折柔性屏全模組等柔性產品，最小彎折半徑可達到1.6mm，屢次突破柔性顯示折疊技術邊界。并成為2項柔性顯示國際標準的制定者，柔性OLED的技術達到世界先進水平。

OLED面板以及半導體行業中，機臺設備運行對生產過程中使用的工藝制程冷卻水系統（PCW，ProcessCoolingWater）的壓力和溫度條件非常敏感，對PCW系統穩定性和可靠性要求特別嚴格，如何控制PCW系統的溫度和壓力的將是本次研究的重點。

方案設計依據：

工藝制程冷卻水系統（PCW，ProcessCoolingWater）應該保證全天候、全年制造100%符合品質要求的制程冷卻水。工藝制程冷卻水系統應24小時連續運行，在單臺設備出現故障進行維修時，不能影響正常供水。2臺/套以上的設備盡量平均分布，并可互為備用，多套設備共用母管進水時需要考慮管道分配器使進水水量滿足平均分配。根據機臺設備運行和對冷卻水的技術參數要求，

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（PCW，ProcessCoolingWater）為開式系統，整套系統包括水箱、板式熱交換器、循環水泵、過濾器、管道分配器、加藥裝置以及相關的全套儀表及自控裝置。PCW供水泵為變頻控制，變頻器數量與水泵保持一致，水泵變頻運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換熱的方式，通過調整板式換熱器一次側的流量來控制PCW二次側送水溫度的恒定。

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

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。

控制方案設計描述

控制網絡構架：工藝制程冷卻水系統（PCW，ProcessCoolingWater）的控制系統要求高精度、高穩定性和高可靠性，維信諾PCW控制系統采用整套冗余型PLC控制器SIEMENSS7-400H和分布式REMOTEI/OET200M系統構架，冗余PLC系統是采用雙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的穩定性。冗余系統可以提供無擾動的主從切換，不丟失任何信息、先進的自動事件同步、能夠及時掌握CPU、內存、同步模塊的狀態、CPU修復后自動進入冗余模式、運行中模塊可更換，將CPU停機的可能性降到最低。

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，儀表和設備的選型，采用工業級高精度儀表并高于控制要求一個等級。軟件采用GE的iFix系統組態軟件。

工藝冷卻水供水壓力控制：1）壓力傳感器模式：在PCW送水主管道上設置3個壓力變送器用來監控相應系統的送水壓力值，三個壓力值可以在上位機做控制模式選擇，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位剔除;2）PCW水泵變頻控制：根據所選擇的控制模式得出當前的系統送水壓力值經PLC系統的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速，以迎合水路系統流量需求的變化，而將制程變量PV（ProcessVariable，例如壓力控制穩定不變，等于設定值SV。本系統所要控制的制程變量是供水管上某定點的壓力，簡稱為PID閉環路定壓力自動控制。

工藝冷卻水供水水泵群組控制：為了增加PCW水路系統供水壓力穩定的可靠度，控制系統設計為可自行任意選擇/設定泵投入運轉的臺數總是比定壓力供水所需的最少運轉臺數，根據供水壓力和流量可自動加減載變頻水泵的運行臺數。增載至需起動某泵投入運轉時，應自零頻起動，逐漸增速，以維持制程變量送水壓力穩定不變為原則。PCW各臺水泵單獨手動啟動，水泵啟動后可以切換到自動狀態，手自動切換時保證水泵變頻器運行的不停機。水泵在當在運行的水泵發生故障時，處于自動狀態的備用泵啟動。

當壓力低于設定值時并延時設定時間后，處于自動狀態的備用泵啟動。正常情況下水累至少應運行兩臺，做熱備系統，防止水泵故障時壓力急速降低。

工藝冷卻水供水溫度控制：板換工藝冷卻水二次側PCW出水溫度來控制板換一次側冷凍水供水的氣動閥，通過板換出水溫度PV值采用經PLC系統與工藝要求的溫度設定SP值進行PID運算并輸出控制冷凍水的氣動閥閥開度，調整流經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。

控制系統運行效果本套工藝制程冷卻水系統（PCW，ProcessCoolingWater）控制系統自2020年12月正式投入運行，經多次功能性測試，系統長期可靠運行并達到業主需求的溫度和壓力的控制精度，達到了設計要求。

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