刘谦辉
（中国电子系统工程第四建设有限公司石家庄050051）
摘要：本文就高世代液晶显示面板高精密温度控制的机器人区域进行分析与验证，研究控制如何和保证黄光区曝光机机器人区域的温度稳定。
关键词：干盘管机器人质量流量
中图分类号：TU745.7文章编号：1002-3607( 2016) 05-0050-03
前言
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。目前的8.5代面板已经形成主流，其中也使用了金属氧化物，IGZO，LTPS，AMOLED等等高清技术，对于车间生产环境要求也越来越高。由于高世代基板尺寸已经做到2200mm×2300mm，如此大尺寸面板对生产的温度条件非常敏感，如何控制其生产环境温度，将是本次研究的重点。
液晶面板行业中，储存玻璃基板的STK区，相对于其他区域存放的时间较长，对洁净度要求特别高，机器人区域的洁净度也是如此。
同时黄光区工艺要求对温度控制比其他工艺相对高。本研究将就如何控制保证黄光区曝光机机器人区域的温度稳定进行分析与验证。
1方案确认依据
设计一套干盘管控制系统，运用在高世代液晶显示面板高精密温度控制的机器人区域，采用大质量流量的思路，减少干盘管进出水温度差的系统，作为负载不大区域的解决方案。
高世代的显示器分辨率已经到了4K，8K或以上了，玻璃基板上的电晶体电路线宽小于2μm。以8.5代厂为例，玻璃基板尺寸为2200mm×2300mm．透明石英玻璃膨胀系数为( 5.3~ 5.8)×10-7，若是生产环境温度控制在23+/-10C的条件下，短边变形量将为1.25 μm，同时也会对基板上铝线或铜线产生热胀冷缩，所以温度区间稳定不稳定对于产品性能的影响巨大。
液晶面板需要做到5～12次的掩膜工序，每一片玻璃基板需要进出曝光机5~1 2次，玻璃基板由机器人将其送进送出曝光机，所以需要一个温度稳定的区间，作为吸收温度变异的
缓冲空间，对于这个区间的温度控制方法就是文中的主要目标。
基于此，文中主要研究是采用何种系统，才能稳定玻璃基板在机器人缓冲区间的环境温度，这个温度变异能够控制在0.20C以内。
在谈到温度的变异值时，必须要定义此变异值是在同一位置下随着时间的改变所产生的变化，或者谈论的是在同一洁净室中不同位置的温度变异值（或者称为温度的均匀性）。此
二者的定义与内涵都不同，也应该要有不同的规格。前者着重在温度控制系统的稳定性，必须使系统不随着时间而改变；后者所讨论则是空间内的均匀性，受到空间设计与工艺设备自
身特性的影响。探讨的方向不同，要解决问题所采取的方法也不一样。文中主要针对前者进行探讨研究。
一般洁净室温度传感器输出讯号给回水管上的二通阀，调节开度使得进入干盘管的流量得到所需要的冷冻水流量。当负载变大开度加大，负载变小开度减小。所以经过干盘管的水
流量是变化的，而进出水温度差则被设计为固定值。但是在0.20C或更小的范围，这样的设计是否稳定可行？
由盘管的冷量方程式为时间的
在方程式⑧中当d△T(t)/d t趋近于0，物理意义是进出盘管的冷冻水温度差随着时间的变异为0，也就表示水温温差变化差非常小。若是瞬间的冷量为常数，当△T(t)变化很小，m(t)的数值会变大。我们准备利用这个方程式设计另一种系统。
由于机器人区域为了洁净度设计了100%覆盖率的FFU，空气侧的流量基本不变，若是当水侧的回水水温接近送风温度，而进回水温差△T又很小，如此空间温度稳定在+/-0.2℃
就很容易实现。
2方案设计描述
在南京某个8.5代线的Array车间，在玻璃基板进入曝光机前设置了机器人手臂上下玻璃基板，这个区域也作为稳定温度变异的区间。该区为独立的循环系统，设计了独立回风夹道，在回风夹道配置干盘管，设计要求机器人区域温度范围23±0.2 ℃（见图1）。
原系统设计供水温度为12℃，回水温度为19℃，盘管进回水温差固定在7℃。空间内设置一个温度传感器（精度为0.1℃），控制回水管中的电动阀(M)的开度来调节流量，使
盘管后的空气温度达到设计要求之内（见图2）。
实际运行的过程中出现了温度波动超标的现象，稳定性不好，经常超出限定值，存在1℃上下限超标的问题（见图3）。我们观察发现长时间运行下，电动阀的开度基本维持在10%左右无明显变化，但是仍然会有1℃温差的波动，表示虽然流量稳定，但是结果并不理想，达不到设计要求。
从方程式③得知在负载不变的情况下，若是△T要很小，就需要加大流量。在不改变原来盘管冷却能力与尺寸的情况下，如何达到盘管原设计最大流量？我们在管道上增加了一
套管道循环泵，由于循环泵能够提供固定的流量，剩下的就是冷冻水温度的控制了。
为了不影响整个系统的供回水水温，增加单向阀和管道，使干盘管、管道泵形成一个混水系统（见图4）。由于管道循环泵一直运行，使得盘管的流量为稳定值。原设计盘管进回水温度为12℃和19℃，固定流量混水系统使用后，电动阀的开度控制管道内混水的供水温度，使得干盘管进出水温控制在22℃和22.5℃。
该机器人缓冲空间需要控制在230C，而冷冻水回水温度在22.5℃，由于回水温度与送风温度相当接近，温度的稳定就可以确保。
为了精准的控制微小变量，我们选用了线性1/1000电动阀，室内温度传感器0.1℃精度，在管道上也设置水温度传感器以调节干盘管供水温度，盘管中的管道泵一用一备来增加混水，提高供水温度，同时使得温度达到设定值。现场PID设置P值为-1；I值为100；D值为0；DB为0.02℃。
控制系统采用PLC分布式1/0系统架构（见图5)，冗余系统，以保证系统的稳定性；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，仪表和设备的选型高于控制要求一个等级。软件采用GE的iFix系统组态软件。
3测试效果与评价
由图6中曲线看出，在本次方案实施之前（2016年1月15日），温度的波动超出了要求范围0.2℃以外，并且震荡得比较厉害，不符合设计要求。通过修改设计增加管道泵和混水的控制方式后，室内的温度控制在±0.1℃范围内波动，达到了设计要求。
大流量小温差在温度控制方面的稳定性还是可以确定的。此方式可以应用在以后高精度
温控方面，也可以用来提高温度的稳定性。
4结束语
一般传统的温度控制是由二通阀门开度决定盘管的流量，在使得带变频的水泵可以根据现场负荷（透过进回水压差）大小来调节变频器的使输出。当现场负荷小的时候变频器以较
低频率运行，以达到节能目的。
本次的研究是为了控制温度的稳定性，采用了定流量温控方式，虽然提高了能源消耗，但是很好的控制了温度的稳定性。相对应于能源消耗量，认为还是值得的。
研究中采用了大流量小温差的方式成功的把机器人区域的温度控制在稳定的范围。未来对于精度更高的要求下（±0 1或0.05℃），除了这个系统之外，或许还需要利用电热盘管
更精密的控制系统，这也是我们下一阶段研究的方向。
另外，洁净室内的温湿度的稳定性和均匀性是值得研究的两个问题，洁净室中对于温度分布的均匀性目前并没有特殊的标准规格，IEST-RT-CC006.02的建议文件中认为这是属于厂商与业主之间契约认定的问题，未来可以作为研究课题。
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