洁净厂房温湿度控制特点综述

杨峰

（合肥京东方显示技术有限公司，安徽合肥230011）

摘要：以国内最大的8.5代TFT?LCD工厂FMCS为实例，探讨洁净厂房温湿度控制过程中的几个重要控制环节。

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关键词 ：洁净间；温湿度；正压；PLC；传感器；变频器

1项目概述

本项目为国内最大的8.5代TFT?LCD项目，位于合肥市新站区，包括了阵列、彩膜、成盒和模块4个分厂。厂务中心通过一套基于PLC控制系统搭建的FMCS来控制洁净间的温度、湿度、压力、新风量以及中温、低温、热水的运行，同时将电力监控SCADA系统、工艺真空系统、清扫真空系统、压缩空气系统、纯水制备系统、废水处理系统、大宗气体系统、特气系统、化学品供应系统、酸碱毒废气处理系统、有机废气处理系统、一般排风、工艺冷却水、POU、特气侦测系统纳入本控制系统进行监控。

这里我们只选取洁净间温湿度控制（图1）来探讨电气自动化控制在此类大型工业电子厂房中的应用特点。

2洁净间温度控制

液晶行业的特点是全部生产制造皆要处于洁净厂房中，工艺生产设备发热量巨大，而生产制造对环境温度有着苛刻的要求，其温度指标需控制在（23±2）℃，所以洁净间温度控制是由循环风通过冷水盘管进行热交换来实现的。具体控制方案为：洁净间回风夹道处安装冷水盘管，洁净间下架层的格构梁上安装有温度传感器，对应区域回风夹道处冷水盘管的中温冷冻水（14℃）管道上安装有电动调节阀，每个区域的温度与此电调节阀构成闭环控制，用控制盘管内中温水流量来控制对应区域的温度，此PID加适当微分，用以克服温度传感器的滞后性。

3洁净间湿度控制

洁净间温度控制稳定后，湿度控制也非常重要，过高容易结露，过低则容易产生静电，都会影响液晶面板的良率，因此55%±5%的相对湿度是控制的一个目标。但对于如此大型的洁净厂房直接加湿和除湿是不现实的，于是采用非洁净区的新风机组通过不停补新风的置换来控制。洁净间温度23℃，湿度55%的空气通过查询焓湿图可知，此时露点温度为13.5℃，那么理论上新风机组只要将送风的露点控制在13.5℃即可，如果洁净间湿度偏高，可以送低于13.5℃露点的新风，反之送高于13.5℃露点的新风，所以洁净间湿度控制的关键在于新风机组送风露点的控制，下面以控制13.5℃的送风露点来说明新风机组的控制原理。

新风机组是一种空气调节设备，不但能提供新鲜空气，而且可控制送风露点。工作原理是从室外抽取新鲜的空气，经过除尘、除湿（或加湿）、降温（或升温）处理达到需要的露点，新风通过风机送到洁净室内，在进入洁净室空间时替换原有空气，达到控制湿度的目的。新风机组主要构造为一级预热盘管、二级加热盘管、三级表冷盘管、四级表冷盘管、五级加热盘管以及加湿器。盘管分别流通预热水（21℃）、热水（36℃）、中温冷冻水（14℃）、低温冷冻水（7℃），每段盘管水管上安装有电动调节阀，最终控制送风露点。冬季（室外露点低于13.5℃）：使用加湿器、一级预热、二级加热、四级加热。预热盘管使用洁净间中温水回水预先提高温度来节能预热，盘管后安装温度开关，低于5℃时，由PLC控制系统可选联锁停止新风机组以防冻；二级加热、四级加热盘管通过控制热水流量调节阀，以控制加湿效果达到送风露点13.5℃。夏季（室外露点高于13.5℃）：使用三级表冷、四级表冷盘管。三级表冷、四级表冷盘管通过控制中、低温水流量调节阀，以除湿使送风露点达到13.5℃。五级加热盘管用于将13.5℃的露点新风升温，进而提高相对湿度，目的是使新风机组里最后一段的高效除尘过滤器不受潮，原本此PID控制温度为20℃，但为了洁净间温度控制的中温水节能，目前控制在17℃送风，对高效过滤器没有影响。

4洁净间正压控制

洁净间温湿度通过以上两方面的控制稳定后，还需要保证一个参数——洁净间正压，顾名思义就是洁净间相对室外为正压，使温湿度不受外界环境影响。正压的形成依靠新风机组不停地补新风来保证，这个新风必须大于各工艺设备的排气量，但工艺设备的排气量随产能有变化，且洁净间搬入口也偶尔会打开搬入材料，会有部分漏风量，所以新风机组采用固定频率送风的方式是肯定行不通的，而原设计的新风机组变频与送风风管压力控制也不能完全代表洁净间正压，所以做了控制整改：利用洁净间下夹层已经安装用以监视的压差变送器，根据其信号通过PLC计算出一平均正压，由此正压来控制新风机组变频器运行，PID输出CV值赋值给服务此洁净间的所有新风机组，保证新风机组频率同升同降。

5电气、仪表设计

本项目PLC控制系统采用罗克韦尔自动化公司的14套冗余的ControlLogix控制器，I/O硬点9785个，PLC系统采用传统的电源、控制器、通讯冗余，这里不再详细介绍。

温湿度传感器：每个分厂洁净厂房面积

大概在3万多m2，平均每500m2范围内安装一温湿度一体的传感器，用以直接监视洁净厂房内温湿度（不参与控制），选用两线制仪表。

温度传感器：安装于洁净间下夹层格构梁上，PID设定值23℃，可以确保气流经生产区直接吹下来的温度稳定在23℃。这里不选用洁净生产区温湿度传感器的单温信号来控制的原因是：（1）洁净生产区的仪表安装位置不能保证仪表以下的机台环境温度为23℃；（2）洁净生产区仪表易受工艺设备发热量不同的影响；（3）洁净生产区仪表可能会在作业时被碰触导致掉线，进而影响整个温度控制的闭环调节。

压差变送器：洁净间温湿度保证，需确保洁净间相对室外有一定正压，此压差变送器同样安装于下夹层格构梁上（不直接安装在洁净生产区也是考虑仪表安全和安装维护方便），负压腔使用柔性软管连接至室外，此类仪表通过PLC程序将平均正压计算出来，用于投入新风机组变频器的闭环控制，以保证洁净间正压。因洁净生产区相对下夹层会有一定正压（开孔的高架地板产生阻力），所以在设定洁净间正压控制时，可以在设计正压值的基础上减去2Pa。

变频器：洁净间湿度、正压全由新风机组控制，可见新风机组的稳定运行起着重要作用。新风机组的仪器仪表、电动调节阀的稳定性皆由控制系统保证，而带有U电的PLC系统可以保证控制回路的稳定，所以机组电机380V动力电的稳定就显得尤为重要，于是对新风机组的变频器也做了相应的防电压波动措施：（1）控制系统设置：变频器启动信号设为0/1电平启动，且保持；变频器故障信号延时10s报警；频率给定信号不间断传输。（2）不重要故障自恢复功能ON，飞车启动功能ON，停机制动功能OFF；欠压保护能力调至80%；额定电压设为380V。（3）配电柜改造，拆除自动启动回路中自锁回路。

6结语

洁净间温湿度控制不单单是温度、湿度两个参数的控制，还要从洁净间正压控制、电气、仪表、PLC选型、安装位置、实际工况来综合考虑控制的精度和稳定性。

收稿日期：2015?07?31

作者简介：杨峰（1982—），男，安徽淮南人，工程师，研究方向：TFT液晶行业自动化应用。