一、温湿度控制中的常见问题
在MAU的温湿度处理过程中,为了解决除湿向题,通常采用湿度优先的方法,冷水阀主要用来除湿,同时也造成温度的下降,然后通过热水阀的再热,使温湿度均能达到所要求的值。这样的做法虽然可以满足设计要求,但在相当多的时候,冷热水阀使能量相互抵消.造成了能源的浪费。另外,如果进人洁净室的新风温度过高,将导致整个洁净室的热负荷加大,DCC开度增大以抵消新风带来的热负荷;如果进人洁净室的新风的温度过低,将使得在DCC开度为零时都无法达到环境温度的要求。根据统计数据,空调系统的能耗占整个半导体厂的能耗的30%~35%,因此对空调设备进行优化控制,选择合理温湿度设定值,对提高整个洁净室温湿度控制的稳定性及节能具有重要的意义。
二、温湿度控制系统实现
基本上,现在洁净室温湿度要求为22±0.5℃,45%±3%RH,当然根据生产工艺的需求,对温湿度的要求也不尽相同。
(一)新风空调箱的温湿度控制
(1)新风空调箱基本结构
新风空调箱基本处理流程如下:空气过滤一一包括初效 、中效、高效三部分;温度处理——包括预热盘管、一次表冷盘管、再热盘管三部分;湿度处理——包括一次表冷盘管、二次表冷盘管、蒸汽加湿三部分。
(2)温度处理过程
预热盘管的作用是对外气进行预加热。在外界气温较低,接近零度时,为了避免盘管在气温低于零度时被冻坏,需对外气进行加热,通常是加热到12℃。
控制送风温度时,将送风温度与其设定值进行比较,通过PID控制算法,得出一个计算值,根据该计算值来确定一次表冷盘管与再热盘管阀门开度的大小。
在整个PID闭环控制环节中引入分程控制器模型,将PID控制算法得出的计算值分为两部分,0~48%及52(%)~100%,它们分别对应一次表冷盘管及再热盘管,这样就避免了冷热水盘管同时打开而导致能源浪费。同时,在冷热水切换的交界处48%~52%,设置了死区,即当外气的温度与送风温度设定值相当接近时,热水阀和冷水阀都处于关闭(阀开度都为0)的状态,以避免冷热水在临界状态时不停地切换,加速了执行机构的损坏,同时又能减少能源的消耗。
(3)湿度处理过程
为了避免和温度之间的耦合关系,新风出口湿度的设定值通常不采用相对湿度作为控制值,而是通过和温度设定值综合计算后得出其绝对湿度,以露点温度或含湿量来表示。以露点温度为例。将计算所得的露点温度设定值作为整个MAU出口湿度的设定值。根据送风露点温度并与露点温度设定值进行比较,通过PID控制算法,得出一个计算值,根据该计算值来确定表冷阀和加湿阀开度的大小,其控制流程与温度控制类似,同时也引人了分程控制,避免临界状态下加湿与除湿之间不断切换而导致的湿度控制的波动。
(二)洁净室温湿度控制
(1)洁净室温度控制
洁净室内的温度采用的是基本的PID控制,由于洁净室本身的大空间而造成的大惯性、大时滞性,在设置PID参数时通常将积分时间设置为零,以防止系统过调节而产生振荡。
洁净室温度主要由DCC来调节,但同时受新风送风温湿度的影响,如果给定太高的温度,进入洁净室和循环风混合后,DCC就需要更大量的冷量进行冷却,这就直接导致能源的浪费;如果给定太低的温度,进人洁净室和循环风混合后,即使DCC的开度为零,整个洁净室的温度却仍然太低,这将使得整个洁净室的温度超标。
(2)新风空调箱温湿度设定值控制
新风空调箱送风温度设定值的选取是比较关键的,它必须能够最佳适应当前洁净室内温度的需求。如果给定太高的温度,进入洁净室和循环风混合后,DCC就篅要更大量的冷量进行冷却,这就直接导致能源的浪费;如果给定太低的温度进人洁净室和循环风混合后,即使DCC的开度为零,整个洁净室的温度却仍然太低,这将使得整个洁净室的温度超标。因此,对于MAU新风送风温度设定值的选取是十分重要的,必须在确保系统在控制范围内并尽可能达到节能的目的。在此,我们引人模糊控制的思想,通过对洁净室温度偏差及偏差变化率的模糊规则变换,得出新风空调箱送风温度设定值SP。
基本的模糊控制系统中的模糊控制器是两输入一输出的,其输入量是系统的偏差E和偏差变化率EC,而这两个量具有确定的数值,是两个清晰量。整个模糊控制器由四个部分组成:模糊化,模糊规则库,模糊推理及去模糊化。模糊化的作用是将一个确定的点映射为输人空间的一个模糊集合。通过模糊化处理,得到模糊的偏差量E以及模糊的偏差变化率EC。其中模糊的偏差量E语言值集合有七种取值,分别是NB(负大)、NM(负中)、NS(负小)、O(零)、 PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)。模糊的偏差变化率EC的语言值集合也有七种取值,分别是NB (负大) 、NM (负中)、NS(负小)、0(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB (正大)。
将输人空间上的模糊集合映射到输出空间上的模糊集合。根据这些规则进行模糊推理得到一个模糊集,即模糊控制量U,再通过去模糊化环节,将其转化为清晰的数字控制量,达到调节MAU温度设定的目的。
(3)洁净室相对湿度控制
洁净室相对湿度的控制则由MAU出口新风湿度进行调节,将洁净室相对湿度测量值与相对湿度设定值进行比较,由此计算出所需要MAU出口新风相对湿度,其计算过程与温度设定值的计算过程类似,然后配合MAU出口新风温度设定值,计算出MAU的出口露点温度设定值,由此来控制MAU出口的湿度。

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