一种浮法工艺铂金通道加热系统的无扰爬坡控制方法

黄嗣熠,程加伟

(蚌埠凯盛工程技术有限公司,蚌埠 233010)

生产平面显示器用玻璃基板有三种主要制程技术，分别为“浮式法”(Float Technology )、“流孔下引法”(Slot Down Draw)及“溢流熔融法”(Overflow Fusion Technology)。“浮式法”因水平引伸的关系，具有可生产较宽玻璃产品且产能较大的优点，“溢流熔融法”有表面特性较能控制、不用研磨、制程较简单等优点，但生产玻璃宽幅受限于1.5 m以下，产能因而较小。“浮式法”可以生产适用于各种平面显示器使用的玻璃基板，而溢流熔融法目前则仅应用于生产TFT- LCD玻璃基板。无论何种制程工艺，都需要铂金通道工序，为满足市场对TFT-LCD玻璃基板需求量大的要求，研发一种稳定且适用于浮法工艺的铂金通道加热控制方法已迫在眉睫。

在调研了各大TFT- LCD玻璃厂商“溢流熔融法”铂金通道的工艺技术上，结合在浮法玻璃热端工艺上的一些经验，研发了一种具有完全知识产权的浮法工艺铂金通道加热控制方法，以下将详细地介绍该控制方法的实施过程。

1 控制方向、方法说明

1.1 系统主控

主控系统包括以下几个部分:1)系统的总功率；2)系统的总能耗；3)铂金管内的玻璃液位；4)铂金管及法兰位置的温度显示；5)各工段的布局。

该主控系统中，可监视记录整个铂金通道加热系统输出的瞬时总功率以及消耗的总能耗，同时监视记录整个铂金通道工序中各铂金管以及法兰的温度。根据各监测点的数据，可计算出瞬时总功率和总能耗。

在浮法工艺中，铂金通道每一节铂金管加热回路都具备监控设定温度、实际加权温度、输出功率、加热电压、加热电流以及总功率、1/2次侧电流等工艺参数的功能。特别说明的是，所有参与温度控制的温度点采用加权的方式，权重比例可根据实际生产工艺需求自由设定，根据加权温度，控制系统计算出输出功率、铂金管加热电压、铂金管加热电流。

1.2 PID操作方法

图1为每节铂金管加热回路PID控制画面，由此画面可见，PID可由人工选择手/自动、关闭开启，PID前置斜坡选择、斜坡模式选择定步长/定步数，目标温度、调节温度、加权温度、输出开度、设定开度、输出上限、输出下限、P/I/D参数、调功器状态以及功率、电压、电流参数，说明如下：

控制方式：PID算法的手动/自动。

目标温度：生产工艺需求的目标温度。

调节温度：当前温度按照PID前置斜坡选择的斜坡速度逐步加/减的过程控制温度。

输出开度：PID算法计算得出的输出开度，%。

设定开度：控制方式为手动时，人工设定的输出开度，%。

斜坡选择：主要包含关闭、1 ℃/h、2 ℃/h，…，10 ℃/h斜坡速度。

加权温度：由各温度点按照加权算法计算出的当前加权温度。

输出上/下限：PID算法输出的上限和下限。

调功器状态：正常表示调功器无故障且在运行，异常表示调功器故障或不在运行。

P/I/D：PID算法的三个参数，可根据生产工艺要求进行调整。

PID使能：开启或关闭PID算法。

斜坡模式：定步长表示单位小时内每一步的步长为固定的，总步数是可变的；定步数表示单位小时内总步数是固定的，步长是可变的。

电压/电流/功率数据：实时监测的各电气参数。

1.3 全自动爬坡升温方法

图2可见，控制系统控制开发了10个可自由选择的曲线，由曲线1～曲线10。在铂金通道开始升温前，按照升温工艺制定的升温曲线将各曲线的起始升温温度、目标温度、升温时间录入控制系统中，控制系统将根据录入的曲线参数自动计算升温斜坡速度并按照录入的曲线参数进行全自动升温，无需任何人工干预，同时同步计算已经加热的时间和剩余加热时间，同理，该全自动爬坡升温功能同样适用于全自动爬坡降温。图2中名词解释如下：

初始化：曲线参数录入错误或升温完成时，可一键初始化所有数据。

开始温度：升温或降温的起始温度。

目标温度1：曲线1的目标温度，其他目标温度以此类推。当两个目标温度相同时，控制系统控制软件则认为该曲线为保温曲线。

升温时间：各曲线升温或降温所需的时间。

斜坡：由控制系统控制软件根据录入的曲线参数自动计算出的升温或降温斜坡速度。

已加热时间：已经完成加热的时间，当点击暂停按钮时，已加热时间停止计时。

剩余时间：剩余的加热时间。

曲线数：根据实际升温/降温曲线个数设定，即需要几个曲线就设定几个曲线。

状态：全自动爬坡升温程序当前的执行状态，关闭表示该程序未启用，正在执行表示该程序正在进行算法计算，暂停表示该程序被人工暂停，完成表示该程序已按照升温/降温曲线完成全自动升温/降温，当全自动爬坡升温程序执行完成后，若没有关闭，控制系统控制软件则默认进入保温模式，维持完成时温度不变。

步选择：定步长表示单位小时内每一步的步长为固定的，总步数是可变的，定步数表示单位小时内总步数是固定的，步长是可变的，在执行全自动爬坡升温程序时，该步的优先级比PID算法的步的优先级高，即此时PID算法的步无效。

开始：各曲线参数录入完成后，点击开始按钮即开始执行全自动爬坡升温程序，再次点击即关闭执行全自动爬坡升温程序。

暂停：根据实际工序工况，当工况不允许执行全自动爬坡升温程序时，点击暂停按钮可暂停执行，当工况恢复正常时，再次点击可继续执行全自动爬坡升温程序。

此处不再对程序进行详细说明。

2 该方法的技术特点

浮法工艺铂金通道加热系统的无扰爬坡控制方法是国内首次在浮法工艺上成功应用的铂金通道无扰爬坡控制方法，该控制方法采用双CPU主从配置模式，开发了主从CPU数据共享程序，即两套程序共享一套数据，实现主从CPU的无缝切换，在保证控制系统控制软件的可靠性和稳定性的同时极大地降低了投资成本，无需选择价格高昂的冗余CPU系统。

该控制方法独有的全自动爬坡升温程序，按照升温工艺制定的升温曲线将各曲线的起始升温温度、目标温度、升温时间录入控制系统中，控制系统控制软件将根据录入的曲线参数自动计算升温斜坡速度并按照录入的曲线参数进行全自动升温，无需任何人工干预，同时该全自动爬坡升温功能同样适用于全自动爬坡降温。本方法中，独特的PID前置斜坡应用，且斜坡可由人工自由调整选择，避免了电流的大范围调节和波动，有效地保护了铂金管。

3 实施流程图

图3所示为本控制方案实施流程图，根据流程图可见，当系统启动并初始化之后，首先将读取系统关闭前对各控制点的记忆值并写入。当启动爬坡程序后，系统进行硬件及传感器状态检测，确认后系统录入温控曲线数据(图2所示)，进行PID调节。在控制程序中，可手动选择是否需要温度加权，并实时反馈至PID算法回路。爬坡升温过程中，系统自动进行数据备份并共享至备用CPU，同时也将备份数据实时传给存储程序，数据用于下次程序启动时写入。

4 结 语

方案在软件建模完成且多次仿真后第一次投运时，其工作重点是要协调各设备先运转起来。然后逐一进行在线带硬件测试，内容一般包括：温度传感器信号测试、功率控制器通讯及控制测试等；硬件测试完成后需要进行软件测试，一般包括：PID算法测试、PID前置斜坡算法测试、全自动爬坡升温程序测试、主从CPU数据共享算法测试等。

该方法目前开发结果暂时只支持单一温度反馈信号的PID算法调节，还不能支持诸如电压、电流、功率和温度等多维度反馈信号的自由切换PID算法调节，因此，后期将开发多维度自由切换PID算法，以满足更复杂的工艺要求。