外氣空調箱溫濕度控制系統 - hvac-net.org.t · PDF file2.2.1.3...

外氣空調箱溫濕度控制系統陳文漢*,胡石政 *擎達企業有限公司國立台北科技大學冷凍空調工程系 1. 前言近一、二十年來國際局勢改觀，許多新興發展中國家開始致力於經濟發展，一切以經濟掛帥，提供廉價勞力成本及土地成本，並竭盡所能吸引外資。反觀國內勞資衝突不斷，環保意識高漲，廠商在勞工、土地、法令規章‥‥成本考量下紛紛外移，能夠繼續留下來的，不是轉型成功、技術提昇，不然就是所謂高科技產業，即近年來政府提倡的綠色矽島構想。早在政府提倡的綠色矽島前，臺灣高科技產業已蓬勃發展，只是早年臺灣高科技半導體廠房大多由有經驗的外商(德商、日商、美商)承建，甚至有些廠房設計還完全與美國矽谷一模一樣 (似整廠輸出模式)，無塵室空調控制系統也多採用這些外商慣用控制系統(DDC、DCS、PLC‥‥)。國內半導體廠隨著多年建廠及運轉經驗累積，控制系統之穩定性、執行效率、價格功能比等多因素考量之下，PLC 控制系統遂從眾多控制系統中脫穎而出，成為大多數半導體廠所青睞。此時，各種控制系統之優勝劣敗已昭然清楚，時自今日 PLC(programmable logic controller)控制系統已成為市場主流。 SCADA(supervisory control and data acquisition) 挾個人電腦優勢，提供價格便宜、親切操作環境，最適合當控制器與操作人員間橋樑的人機介面。本專題即以 PLC 為控制系統討論無塵室之溫濕度控制，並藉由 SCADA 歷史記錄曲線功能來分析問題，以進一步改善控制邏輯。本專題即使用 PLC 為控制系統，SCADA 為人機介面，針對科學園區半導體廠廠務空調系統探討 MAU 對無塵室溫濕度及壓力控制，還有無塵室乾冷排熱交換器泵浦(MIXING STATION)…之控制。 2. MAU 空調箱溫濕度 PID 控制 2.1 MAU 架構介紹外氣空調箱縮寫︰MAU,亦有用 MUA 來表示, 兩者指的都是外氣空調箱(MAKE-UP AIR UNIT) , 以下簡稱外氣空調箱為 MAU。在無塵室空調系統需要由外界引入恆溫恆濕之新鮮空氣, 通常 MAU 吐出端溫度控制在 18℃, 濕度則控制在 8g/kg, 空氣潔淨度大約在 CLASS10~100, 但並非每一 IC 廠皆有固定之控制值, 視其生產產品機台特性而略有差異, 不過 MAU 雖然提供 18℃, 8g/kg 新鮮空氣, 但此 S.A與 R.A 混合及無塵室人員、機台‥等空調負荷溫升使無塵室空調環境維持在溫度 22.5℃、相對濕度 45%。另外，在無塵室內溫度變異尚有 dry coil 可做溫度調整而濕度則無任何設備再做調整, 因此 MAU 吐出端濕度控制便相形重要, 某些廠房雖有 local steam generator 做無塵室濕度二次調整, 但僅限於局部控制。無塵室內條件的控制當從對無塵室環境影響最大的外氣空調箱(MAU)談起，MAU 控制品質直接影響到無塵室環境，其最主要功能在維持室內正壓、提供潔淨空氣及無塵室內溫溼度的控制；而其消耗之能源也最大，一般在半導體廠空調負載用電約佔 40%左右，冰水主機又佔空調負載的 50%左右，MAU 又大約消耗冰水主機的一半以上負載；因此竹科半導體廠在選用 MAU 時多考慮到供氣品質與節能兩主要因素，雖然 MAU 廠牌種類型式繁多, 但若以冷熱排排列方式來分，大致可分兩種，其說明如下： 2.1.1 第一種 MAU (蒸汽加濕系統)

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*,
*
1.
()
()
(DDCDCSPLC)
PLC
PLC(programmable logic controller)
SCADA(supervisory control and data acquisition)
PLC
SCADA
PLC SCADA
MAU
(MIXING STATION)
2. MAU PID
2.1 MAU
MAU, MUA ,
(MAKE-UP AIR UNIT) ,
MAU
, MAU
18, 8g/kg,
CLASS10~100, IC
,
, MAU 18, 8g/kg ,
S.A R.A
22.5
45%
dry coil
, MAU ,
local steam generator
,
(MAU)MAU
40% 50%
MAU
MAU
MAU
,
2.1.1 MAU ()
2.1
2.1
, 23~24, 76~78%;
,
; MAU
22.5, 45%
MAU
2.1.2 MAU ()
2.2
2.2
;
PARTICAL
ppb
AMC( Airborne Molecular Contaminations )
AMC MAU
WATER SHOWER
WATER SHOWER
MAU
2.1.3 MAU
MAU
()
MAU
()
A. MAU
,
,
B. MAU
MAU
MAU
C.
MAU
D. MAU
PID ,
MAU
PID
E.
F.
HAPA
2.2 MAU
2.2.1 P&ID
2.2.1.1 MAU()
P&ID 2.3
PV-181
PV-182
PV-181
PV-183
PV-181
,
PV-181 ,
,
PV-181 PV-181
PV-181
(Dry Coil)
S.A
2.3
2.2.1.3 MAU()
P&ID 2.4
TT-02, TT-03, TT-05, TT-07 4
TT-02, TT-03, TT-05
4
PRE-HEATING VALVE(TCV-01)
(TT-02)
PRE-COOLING VALVE(TCV-03)
(TT-03)
DE-HUMIDIFICTION VALVE(TCV-05)
(TT-05)
S.A (TT-07) RE-HEATING
VALVE (TCV-07)
MAU
MAU_TC03_PID==
MAU_TC03_PID.CV == ; UNIT%,
MAU_TC02_PID==
MAU_TC02_PID.CV == ; UNIT%,
MAU_TC05_PID==
MAU_TC05_PID.CV == ; UNIT%,
MAU_TC07_PID==
MAU_TC07_PID.CV == ; UNIT%,
TCV_01 = MAU_TC03_PID.CV;
IF (MAU_TC03_PID.CV >= 5) THEN
MAU_TC02_PID.CV = 0;
ENDIF
TCV_03 = MAU_TC02_PID.CV;
TCV_05 = MAU_TC05_PID.CV;
TCV_07 = MAU_TC07_PID.CV;
IF (FAN_STOP) THEN
TCV_01 = 0;
TCV_03 = 0;
TCV_05 = 0;
TCV_07 = 0;
ENDIF
2.4
2.3
2.3.1 MAU() 2.5
2.5
2.3.2 MAU() 2.6
2.6
OA
Summer 36/32
Re-heating
Cooling&
De-Humidificatio
OA Winter
5.0/3.6
Heating Humidification
Room Condition
2345%RH
Pre-Cooling &
De-Humidification
Room
Condition 2345%RH
Pre-Heatin
Water shower
OA Summer
36/32
De-Humidificatio
OA Winter 5.0/3.6
3. MAU
(CASCADE)
3.1
MAU 5~10
MAU
MAU
MAU S.A
MAU
MAU
MAU C/R ZONE
MAU-03
PHOTO AREA()
MAU-03
(strategy)
REDUNDANT
SENSOR
CALIBRATION SENSOR
3.2
MAU S.A PID SCADA 3.1
MAU S.A humidity PID setpoint controlled by C/R RH
cascade PID output
(reset mode)
MAU S.A PID ( CASCADE
PID )
C/R RH
MAU S.A PID
MAU S.A PID
*
50%( 3.2
50%
C/R RH
1%
3.1
3.2
3.3
C/R RH ()
C/R RH ()
3.3
:C/R RH
:cascade PID
RESET
3.3
(CASCADE PID no reset)
MAU S.A humidity PID setpoint controlled by C/R RH
cascade PID output (no reset)
MAU S.A PID ( CASCADE
PID )
C/R RH
MAU S.A PID
MAU S.A PID
*
50%( 3.4)
50%
C/R RH
1%
3.4
3.4
3.4 cascade control ()
cascade control
(
)
MAU S.A PID ( CASCADE
:C/R RH
PID )
C/R RH
MAU S.A PID
MAU S.A PID
*
50%( 3.5)
50%
*
C/R RH 1%
0.5% ( 45.0% 3.5
45.2%~44.9%)
3.5
3.5 7
()
() 3.6
MAU S.A PID ( CASCADE
PID )
C/R RH
MAU S.A PID
MAU S.A PID
:C/R RH
3.6
() 3.7
MAU S.A PID ( CASCADE
PID )
C/R RH
MAU S.A PID
MAU S.A PID
3.7
4.
PLC
C/R(MAUDRY COILMIXING PUMP STATION)
EXHAUSTPCWUPWDE-SMOKE
PLC
SCADA SPC(
) PC
PLC PID
SCADA PID
Trend Char
PID
PLC
1. Control system for heatingventilating and air conditioning, by Roger WHaines & Douglas
CHittleChapman & Hall Publishing Co.
2. Refrigeration and Air Conditioning 2nd edition, by StockWF & JW Jones
McGraw-HillInc
3. Principles of Refrigeration, by Roy J Dossat Hall InternationalInc
4. ,
5. PLC-5 programmable controller Instruction set referenceRockwell Automatio