一種浮法工藝鉑金通道加熱系統(tǒng)的無擾爬坡控制方法

黃嗣熠,程加偉

(蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司,蚌埠 233010)

生產(chǎn)平面顯示器用玻璃基板有三種主要制程技術(shù)，分別為“浮式法”(Float Technology )、“流孔下引法”(Slot Down Draw)及“溢流熔融法”(Overflow Fusion Technology)?！案∈椒ā币蛩揭斓年P(guān)系，具有可生產(chǎn)較寬玻璃產(chǎn)品且產(chǎn)能較大的優(yōu)點(diǎn)，“溢流熔融法”有表面特性較能控制、不用研磨、制程較簡單等優(yōu)點(diǎn)，但生產(chǎn)玻璃寬幅受限于1.5 m以下，產(chǎn)能因而較小?！案∈椒ā笨梢陨a(chǎn)適用于各種平面顯示器使用的玻璃基板，而溢流熔融法目前則僅應(yīng)用于生產(chǎn)TFT- LCD玻璃基板。無論何種制程工藝，都需要鉑金通道工序，為滿足市場對TFT-LCD玻璃基板需求量大的要求，研發(fā)一種穩(wěn)定且適用于浮法工藝的鉑金通道加熱控制方法已迫在眉睫。

在調(diào)研了各大TFT- LCD玻璃廠商“溢流熔融法”鉑金通道的工藝技術(shù)上，結(jié)合在浮法玻璃熱端工藝上的一些經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了一種具有完全知識產(chǎn)權(quán)的浮法工藝鉑金通道加熱控制方法，以下將詳細(xì)地介紹該控制方法的實(shí)施過程。

1 控制方向、方法說明

1.1 系統(tǒng)主控

主控系統(tǒng)包括以下幾個部分:1)系統(tǒng)的總功率；2)系統(tǒng)的總能耗；3)鉑金管內(nèi)的玻璃液位；4)鉑金管及法蘭位置的溫度顯示；5)各工段的布局。

該主控系統(tǒng)中，可監(jiān)視記錄整個鉑金通道加熱系統(tǒng)輸出的瞬時總功率以及消耗的總能耗，同時監(jiān)視記錄整個鉑金通道工序中各鉑金管以及法蘭的溫度。根據(jù)各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可計(jì)算出瞬時總功率和總能耗。

在浮法工藝中，鉑金通道每一節(jié)鉑金管加熱回路都具備監(jiān)控設(shè)定溫度、實(shí)際加權(quán)溫度、輸出功率、加熱電壓、加熱電流以及總功率、1/2次側(cè)電流等工藝參數(shù)的功能。特別說明的是，所有參與溫度控制的溫度點(diǎn)采用加權(quán)的方式，權(quán)重比例可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝需求自由設(shè)定，根據(jù)加權(quán)溫度，控制系統(tǒng)計(jì)算出輸出功率、鉑金管加熱電壓、鉑金管加熱電流。

1.2 PID操作方法

圖1為每節(jié)鉑金管加熱回路PID控制畫面，由此畫面可見，PID可由人工選擇手/自動、關(guān)閉開啟，PID前置斜坡選擇、斜坡模式選擇定步長/定步數(shù)，目標(biāo)溫度、調(diào)節(jié)溫度、加權(quán)溫度、輸出開度、設(shè)定開度、輸出上限、輸出下限、P/I/D參數(shù)、調(diào)功器狀態(tài)以及功率、電壓、電流參數(shù)，說明如下：

控制方式：PID算法的手動/自動。

目標(biāo)溫度：生產(chǎn)工藝需求的目標(biāo)溫度。

調(diào)節(jié)溫度：當(dāng)前溫度按照PID前置斜坡選擇的斜坡速度逐步加/減的過程控制溫度。

輸出開度：PID算法計(jì)算得出的輸出開度，%。

設(shè)定開度：控制方式為手動時，人工設(shè)定的輸出開度，%。

斜坡選擇：主要包含關(guān)閉、1 ℃/h、2 ℃/h，…，10 ℃/h斜坡速度。

加權(quán)溫度：由各溫度點(diǎn)按照加權(quán)算法計(jì)算出的當(dāng)前加權(quán)溫度。

輸出上/下限：PID算法輸出的上限和下限。

調(diào)功器狀態(tài)：正常表示調(diào)功器無故障且在運(yùn)行，異常表示調(diào)功器故障或不在運(yùn)行。

P/I/D：PID算法的三個參數(shù)，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行調(diào)整。

PID使能：開啟或關(guān)閉PID算法。

斜坡模式：定步長表示單位小時內(nèi)每一步的步長為固定的，總步數(shù)是可變的；定步數(shù)表示單位小時內(nèi)總步數(shù)是固定的，步長是可變的。

電壓/電流/功率數(shù)據(jù)：實(shí)時監(jiān)測的各電氣參數(shù)。

1.3 全自動爬坡升溫方法

圖2可見，控制系統(tǒng)控制開發(fā)了10個可自由選擇的曲線，由曲線1～曲線10。在鉑金通道開始升溫前，按照升溫工藝制定的升溫曲線將各曲線的起始升溫溫度、目標(biāo)溫度、升溫時間錄入控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)將根據(jù)錄入的曲線參數(shù)自動計(jì)算升溫斜坡速度并按照錄入的曲線參數(shù)進(jìn)行全自動升溫，無需任何人工干預(yù)，同時同步計(jì)算已經(jīng)加熱的時間和剩余加熱時間，同理，該全自動爬坡升溫功能同樣適用于全自動爬坡降溫。圖2中名詞解釋如下：

初始化：曲線參數(shù)錄入錯誤或升溫完成時，可一鍵初始化所有數(shù)據(jù)。

開始溫度：升溫或降溫的起始溫度。

目標(biāo)溫度1：曲線1的目標(biāo)溫度，其他目標(biāo)溫度以此類推。當(dāng)兩個目標(biāo)溫度相同時，控制系統(tǒng)控制軟件則認(rèn)為該曲線為保溫曲線。

升溫時間：各曲線升溫或降溫所需的時間。

斜坡：由控制系統(tǒng)控制軟件根據(jù)錄入的曲線參數(shù)自動計(jì)算出的升溫或降溫斜坡速度。

已加熱時間：已經(jīng)完成加熱的時間，當(dāng)點(diǎn)擊暫停按鈕時，已加熱時間停止計(jì)時。

剩余時間：剩余的加熱時間。

曲線數(shù)：根據(jù)實(shí)際升溫/降溫曲線個數(shù)設(shè)定，即需要幾個曲線就設(shè)定幾個曲線。

狀態(tài)：全自動爬坡升溫程序當(dāng)前的執(zhí)行狀態(tài)，關(guān)閉表示該程序未啟用，正在執(zhí)行表示該程序正在進(jìn)行算法計(jì)算，暫停表示該程序被人工暫停，完成表示該程序已按照升溫/降溫曲線完成全自動升溫/降溫，當(dāng)全自動爬坡升溫程序執(zhí)行完成后，若沒有關(guān)閉，控制系統(tǒng)控制軟件則默認(rèn)進(jìn)入保溫模式，維持完成時溫度不變。

步選擇：定步長表示單位小時內(nèi)每一步的步長為固定的，總步數(shù)是可變的，定步數(shù)表示單位小時內(nèi)總步數(shù)是固定的，步長是可變的，在執(zhí)行全自動爬坡升溫程序時，該步的優(yōu)先級比PID算法的步的優(yōu)先級高，即此時PID算法的步無效。

開始：各曲線參數(shù)錄入完成后，點(diǎn)擊開始按鈕即開始執(zhí)行全自動爬坡升溫程序，再次點(diǎn)擊即關(guān)閉執(zhí)行全自動爬坡升溫程序。

暫停：根據(jù)實(shí)際工序工況，當(dāng)工況不允許執(zhí)行全自動爬坡升溫程序時，點(diǎn)擊暫停按鈕可暫停執(zhí)行，當(dāng)工況恢復(fù)正常時，再次點(diǎn)擊可繼續(xù)執(zhí)行全自動爬坡升溫程序。

此處不再對程序進(jìn)行詳細(xì)說明。

2 該方法的技術(shù)特點(diǎn)

浮法工藝鉑金通道加熱系統(tǒng)的無擾爬坡控制方法是國內(nèi)首次在浮法工藝上成功應(yīng)用的鉑金通道無擾爬坡控制方法，該控制方法采用雙CPU主從配置模式，開發(fā)了主從CPU數(shù)據(jù)共享程序，即兩套程序共享一套數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)主從CPU的無縫切換，在保證控制系統(tǒng)控制軟件的可靠性和穩(wěn)定性的同時極大地降低了投資成本，無需選擇價格高昂的冗余CPU系統(tǒng)。

該控制方法獨(dú)有的全自動爬坡升溫程序，按照升溫工藝制定的升溫曲線將各曲線的起始升溫溫度、目標(biāo)溫度、升溫時間錄入控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)控制軟件將根據(jù)錄入的曲線參數(shù)自動計(jì)算升溫斜坡速度并按照錄入的曲線參數(shù)進(jìn)行全自動升溫，無需任何人工干預(yù)，同時該全自動爬坡升溫功能同樣適用于全自動爬坡降溫。本方法中，獨(dú)特的PID前置斜坡應(yīng)用，且斜坡可由人工自由調(diào)整選擇，避免了電流的大范圍調(diào)節(jié)和波動，有效地保護(hù)了鉑金管。

3 實(shí)施流程圖

圖3所示為本控制方案實(shí)施流程圖，根據(jù)流程圖可見，當(dāng)系統(tǒng)啟動并初始化之后，首先將讀取系統(tǒng)關(guān)閉前對各控制點(diǎn)的記憶值并寫入。當(dāng)啟動爬坡程序后，系統(tǒng)進(jìn)行硬件及傳感器狀態(tài)檢測，確認(rèn)后系統(tǒng)錄入溫控曲線數(shù)據(jù)(圖2所示)，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。在控制程序中，可手動選擇是否需要溫度加權(quán)，并實(shí)時反饋至PID算法回路。爬坡升溫過程中，系統(tǒng)自動進(jìn)行數(shù)據(jù)備份并共享至備用CPU，同時也將備份數(shù)據(jù)實(shí)時傳給存儲程序，數(shù)據(jù)用于下次程序啟動時寫入。

4 結(jié) 語

方案在軟件建模完成且多次仿真后第一次投運(yùn)時，其工作重點(diǎn)是要協(xié)調(diào)各設(shè)備先運(yùn)轉(zhuǎn)起來。然后逐一進(jìn)行在線帶硬件測試，內(nèi)容一般包括：溫度傳感器信號測試、功率控制器通訊及控制測試等；硬件測試完成后需要進(jìn)行軟件測試，一般包括：PID算法測試、PID前置斜坡算法測試、全自動爬坡升溫程序測試、主從CPU數(shù)據(jù)共享算法測試等。

該方法目前開發(fā)結(jié)果暫時只支持單一溫度反饋信號的PID算法調(diào)節(jié)，還不能支持諸如電壓、電流、功率和溫度等多維度反饋信號的自由切換PID算法調(diào)節(jié)，因此，后期將開發(fā)多維度自由切換PID算法，以滿足更復(fù)雜的工藝要求。