OLED液晶面板工艺制程冷却水控制系统实例研究

李强 许丁一 李亚径

摘要：合肥維信诺OLED液晶面板厂生产工艺制程冷却水系统，运用冗余型PLC控制系统，设计高可靠性高精度和高稳定性的控制方案，保证制程冷却水PCW的送水温度和压力的稳定。

关键词：PCW;冗余PLC;温度压力

前言：

OLED具有全固态、主动发光、高亮度、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、工作温度范围宽、可实现柔软显示等诸多优点，是新一代显示技术随着国内液晶面板行业的快速发展，越来越高世代的厂房在全国范围内建设。维信诺在柔性AMOLED技术等代表产业未来方向的技术前沿地带积极布局，成功创造多项世界第一，包括全球首款AMOLED全卷曲显示屏、任意弯折柔性屏全模组等柔性产品，最小弯折半径可达到1.6mm，屡次突破柔性显示折叠技术边界。并成为2项柔性显示国际标准的制定者，柔性OLED的技术达到世界先进水平。

OLED面板以及半导体行业中，机台设备运行对生产过程中使用的工艺制程冷却水系统（PCW，ProcessCoolingWater）的压力和温度条件非常敏感，对PCW系统稳定性和可靠性要求特别严格，如何控制PCW系统的温度和压力的将是本次研究的重点。

方案设计依据：

工艺制程冷却水系统（PCW，ProcessCoolingWater）应该保证全天候、全年制造100%符合品质要求的制程冷却水。工艺制程冷却水系统应24小时连续运行，在单台设备出现故障进行维修时，不能影响正常供水。2台/套以上的设备尽量平均分布，并可互为备用，多套设备共用母管进水时需要考虑管道分配器使进水水量满足平均分配。根据机台设备运行和对冷却水的技术参数要求，

送水压力必须保证在5.5±0.5kg/cm2，送水温度保证在：18±1℃。

工艺制程冷却水系统（PCW，ProcessCoolingWater）为开式系统，整套系统包括水箱、板式热交换器、循环水泵、过滤器、管道分配器、加药装置以及相关的全套仪表及自控装置。PCW供水泵为变频控制，变频器数量与水泵保持一致，水泵变频运行来保持送水压力的恒定，制程冷却水送水温度采用板式热交换器降温换热的方式，通过调整板式换热器一次侧的流量来控制PCW二次侧送水温度的恒定。

工艺制程冷却水系统（PCW，ProcessCoolingWater）的温度和压力控制均采用闭环PID控制系统（closed-loopcontrolsystem）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个循环。PID数字算法

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为比例增益，Ti为积分时间，Td为微分时间。

控制方案设计描述

控制网络构架：工艺制程冷却水系统（PCW，ProcessCoolingWater）的控制系统要求高精度、高稳定性和高可靠性，维信诺PCW控制系统采用整套冗余型PLC控制器SIEMENSS7-400H和分布式REMOTEI/OET200M系统构架，冗余PLC系统是采用双CPU硬件冗余，互为备用、双通信模块，互为备用、双电源模块，互为备用、双通信总线，互为备用以保证系统的稳定性。冗余系统可以提供无扰动的主从切换，不丢失任何信息、先进的自动事件同步、能够及时掌握CPU、内存、同步模块的状态、CPU修复后自动进入冗余模式、运行中模块可更换，将CPU停机的可能性降到最低。

输入输出模拟量信号采用4～20ma电流信号，以提高抗干扰能力，仪表和设备的选型，采用工业级高精度仪表并高于控制要求一个等级。软件采用GE的iFix系统组态软件。

工艺冷却水供水压力控制：1）压力传感器模式：在PCW送水主管道上设置3个压力变送器用来监控相应系统的送水压力值，三个压力值可以在上位机做控制模式选择，即“中间值”，“平均值”，“最大值”，“最小值”，“手动选择”和平均值模式下异常点位剔除;2）PCW水泵变频控制：根据所选择的控制模式得出当前的系统送水压力值经PLC系统的PID来控制PCW水泵变频器的输出，变频器输出电力的频率受PLC的控制，可以随时自动改变水泵的转速，以迎合水路系统流量需求的变化，而将制程变量PV（ProcessVariable，例如压力控制稳定不变，等于设定值SV。本系统所要控制的制程变量是供水管上某定点的压力，简称为PID闭环路定压力自动控制。

工艺冷却水供水水泵群组控制：为了增加PCW水路系统供水压力稳定的可靠度，控制系统设计为可自行任意选择/设定泵投入运转的台数总是比定压力供水所需的最少运转台数，根据供水压力和流量可自动加减载变频水泵的运行台数。增载至需起动某泵投入运转时，应自零频起动，逐渐增速，以维持制程变量送水压力稳定不变为原则。PCW各台水泵单独手动启动，水泵启动后可以切换到自动状态，手自动切换时保证水泵变频器运行的不停机。水泵在当在运行的水泵发生故障时，处于自动状态的备用泵启动。

当压力低于设定值时并延时设定时间后，处于自动状态的备用泵启动。正常情况下水累至少应运行两台，做热备系统，防止水泵故障时压力急速降低。

工艺冷却水供水温度控制：板换工艺冷却水二次侧PCW出水温度来控制板换一次侧冷冻水供水的气动阀，通过板换出水温度PV值采用经PLC系统与工艺要求的温度设定SP值进行PID运算并输出控制冷冻水的气动阀阀开度，调整流经板式换热器的冷冻水（CHW）流量率从而保证出水温度PV值在控制要求范围内。

控制系统运行效果本套工艺制程冷却水系统（PCW，ProcessCoolingWater）控制系统自2020年12月正式投入运行，经多次功能性测试，系统长期可靠运行并达到业主需求的温度和压力的控制精度，达到了设计要求。

参考文献：

[1]电光源制造工艺。徐光华，卢继锋，王宾生，史美谊。上海科学技术文献出版社，1992。

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