潔凈間空調自控系統(tǒng)解決方案

　　一、 規(guī)范

　　1. 1潔凈間空調系統(tǒng)相關規(guī)范

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，目前在電子、制藥、食品、生物工程、醫(yī)療等領域對潔凈間的要求越來越高，潔凈技術也隨之發(fā)展起來。它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通空調等各方面的技術。按照中華人民共和準GBJ73-84《潔凈廠房設計規(guī)范》，其與空調系統(tǒng)相關的主要技術指標為：

　　1. 空氣潔凈度：

　　等級 每M3空氣中≥0.5微米塵粒數(shù) 每M3空氣中≥0.5微米塵粒數(shù)

　　100級 ≤35×100

　　1000級 ≤35×1000 ≤250

　　10000級 ≤35×10000 ≤2500

　　100000級 ≤35×100000 ≤25000

　　2. 溫、濕度：

　　(1) 滿足生產(chǎn)要求;

　　(2) 生產(chǎn)工藝無溫、濕度要求時，潔凈室溫度為20-26℃，濕度小于70%;

　　(3) 人員凈化用室和生活用室溫度為16-28℃。

　　3. 潔凈室正壓：

　　潔凈室必須維持一定的正壓。不同等級的潔凈室以及潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間的靜壓差，應不小于4.9Pa，潔凈區(qū)與室外的靜壓差，應不于9.8 Pa.。

　　此外，還有對于風量，風速等的技術要求。總之，潔凈間的各項指標都非常嚴格，因此，對其進行的控制就成為必須。

　　1. 2潔凈間空調自控的意義

　　在現(xiàn)代商業(yè)及工業(yè)樓宇中，空調系統(tǒng)設備較多，自動化管理是使其安全工作并良好運行的重要保證。同時，空調的能源消耗一般占總能源消耗的40%以上，因此空調節(jié)能是節(jié)能的重要手段。對潔凈間而言，更是如此。采用空調自控產(chǎn)品，會產(chǎn)生下列一系列好處：

　　先，由于空調系統(tǒng)實現(xiàn)自動化監(jiān)控，可以使系統(tǒng)能夠更安全的運行，并大限度的提高舒適程度。對潔凈間來說，更成為保證生產(chǎn)所必須的條件。

　　此外，由于實現(xiàn)了自動化監(jiān)控，可以在滿足系統(tǒng)安全運行及保證系統(tǒng)的各種技術指標的同時，大限度的實現(xiàn)節(jié)能控制，符合日益的節(jié)能和環(huán)保需要。有關資料表明，采用空調自控系統(tǒng)后，可節(jié)約空調系統(tǒng)設備年度運行費用的10%。更樂觀的估計認為可達15%-30%。而空調自控產(chǎn)品的投資占整個樓宇或廠房總投資的不到0.5%，收回投資時間短。

　　同時，由于實現(xiàn)設備的自動控制和管理，可縮減人員維護，節(jié)約人員開支，提高綜合管理水平，減少突發(fā)事故的發(fā)生和設備損壞，從而帶來潛在效益。

　　1. 3潔凈間空調控制系統(tǒng)功能簡價

　　Excel 20中文版控制器是美國HONEYWELL公司Excel 5000控制器家族中的一員。特別適合應用于潔凈間如手術室，潔凈廠房的空調控制，依照《潔凈室施工驗收規(guī)范》，《潔凈廠房設計規(guī)范應》，《采通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》等國家標準，并綜合考慮上述各系統(tǒng)的內在，我們以Excel 20為核心構建了較完整的潔凈間空調自控系統(tǒng)，它具備以下特點：

　　1. 恒溫恒濕比例積分控制

　　2. 室內遠程啟?？照{

　　3. 室內溫度設定

　　4. 關鍵故障(火災)報警及聯(lián)鎖

　　5. 非關鍵故障(濾網(wǎng)堵塞/送風過熱)報警及聯(lián)鎖

　　6. 夏季防止送風凝露/冬季防凍

　　7. 開機順序和聯(lián)鎖等。

　　8. 自定義啟停時間程序等。

　　下面，對其構成、工作原理等作詳細介紹。

　　二.潔凈間空調自控系統(tǒng)構成

　　2. 1模擬儀表自動控制

　　由模擬控制器(又稱模擬控制儀表)、傳感器、執(zhí)行器與被控對象組成的自控系統(tǒng)見圖2-1，這是單回路控制系統(tǒng)框圖。由于其理論成熟、結構簡單、投資少、易于調整等因素，過去在空調、冷熱源及給排水等系統(tǒng)中得到廣泛應用。

　　一般模擬控制器為電氣式或電子式，只有硬件部分，無需軟件支持。因此，在調整、投運過程中比較簡單。其組成一般為單回路控制系統(tǒng)，只能適用于小規(guī)?？照{系統(tǒng)。從發(fā)展趨勢來說，己經(jīng)較少采用，在此不作進一步說明。

　　2.2計算機控制系統(tǒng)

　　由于計算機枝術、控制技術、通信技工及圖像技術的發(fā)展，使微計算機控制技術在制冷空調自動控制的應用愈來愈普遍。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在引人微計算機后，就可以充分利用計算機的強大算術運算、邏輯　運算及記憶等功能，運用微機指令系統(tǒng)，編制出符合控制規(guī)律的軟件。微機執(zhí)行這些程序，就能實現(xiàn)被控參數(shù)的控制與管理，如數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等。

　　計算機的控制過程可歸納為實時數(shù)據(jù)采集、實時決策和實時控制三個步驟。這三個步驟不斷地重復進行就會使整個系統(tǒng)按照給定的規(guī)律進行控制、調節(jié)。同時，也對被控變量及設備運行狀態(tài)、故障等進行監(jiān)測、限報警和保護，記錄歷史數(shù)據(jù)等。

　　應該說，計算機控制在控制功能如精度、實時性、可靠性等方面是模擬控制所無法擬控制所*的。更為重要的是，由于計算機的引入而帶來的管理功能(如報警管理，歷史記錄等)的增強更是模擬控制器根本無法實現(xiàn)的。因此，近年來，在制冷空調自動控制的應用上，尤其在大中型空調系統(tǒng)的自動控制中，計算機控制已經(jīng)占主導地位。

　　2.2.1直接數(shù)字控制

　　所謂在接數(shù)字控制是以微處理機動為基礎、不借助模擬儀表而將系統(tǒng)中的傳感器或變送器或的輸出信號直接輸入到微型計算機中，經(jīng)微型計機按預先編制的程序計算處理直接驅動執(zhí)行器的控制方式，簡稱DDC(Direct Digital Control)，這種計算機稱為直接數(shù)字控制器，簡稱DDC控制器。

　　DDC控制器中的CPU運行速度很快，并且其配置的輸入出端口(I/0)般較多。因此，它可以同時控制多個回路，相當于多個模擬比高等特點。

　　2.2.2集散型控制系統(tǒng)

　　集散型控制系統(tǒng)Total Distributed System縮寫為TDS。與過去傳統(tǒng)的計算機控制方法相比，它的控制功能盡可能分散，管理功能盡可能集中。其基本結構如圖2-3。它是由中央站、分站、現(xiàn)場傳感器與通信通道連接起來。

　　分站就是上述以微處理為核心的DDC控制器。它分散于整個系統(tǒng)各被控設備的現(xiàn)場，與現(xiàn)場的傳感器及執(zhí)行器等直接連接，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的檢測與控制。中央站實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理功能，如集中監(jiān)視、集中啟?？刂啤⒓袇?shù)修改、報警及記錄處理等?？梢阅昕闯?，集散型控制系統(tǒng)的集中管理功能由中央站完成，而控制與調節(jié)功能由分站即DDC控制器完成。

　　二、 潔凈間空調自控系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　3. 1空氣凈化

　　一般的潔凈間空間系統(tǒng)中，空氣化處理采用空氣過濾器。通常情況下，安裝初效過濾器和中效過濾器后，空氣潔凈度可以達到10000級。而對于的凈要求的潔凈間還應安裝過濾器。這樣，空氣潔凈度可以達到更高(如100級甚至更高)。

　　過濾器使用時，濾料上沉附的灰塵將慢慢增加，這樣會增大氣流阻力，影響整個空調系統(tǒng)的運行。因此，工程上應對過濾器的氣流阻力變力進行自動檢測和報警。通常采用差壓法測量過濾器前后的壓差Pd,并將此差壓信號進行顯示和根據(jù)設定的差壓限值報警，以便及時清理或更換。

　　4. 2溫度控制

　　3.2.1一次加熱的控制

　　空氣一次加熱又稱預加熱，是用來加熱新風或加熱新風與一次回風的混合風。一次加熱一般只用于冬季很冷的地區(qū)，防止新風與一次回風混合后達到飽和，產(chǎn)生水霧或結冰。一次加熱還應用于一次混合不允許變動的凈空調系統(tǒng)中。

　　當采用蒸氣或熱水進行加熱時，一般采用控制蒸氣或熱水的調節(jié)閥開度實現(xiàn)溫度控制;當采用電加熱時，通過晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實現(xiàn)溫度控制。其原理如圖3-2所示。

　　3.2.2二次加熱與三次加熱的控制

　　空氣二次加熱通常設在表冷器之后或二次回風混合段后。二次加熱的目的是在有相對濕度要求的情況下，為了保證送風溫度或空調室內的溫度。其控制方式與一次加熱的情況基本相同。

　　三次加熱又成精加熱，通常是在高精度溫度控制時，用于溫度微調而設置的加熱段。其控制應根據(jù)具體情況參照上述原理實施。

　　3.3濕度控制

　　3.3.1加濕處理及控制

　　潔凈間空調工程中，加濕操作一般是在冬季或過渡季節(jié)空氣干燥時進行?？諝饧訚竦姆椒ū容^多。通常采用蒸汽加濕器和電加濕器的開關控制或功率調節(jié)。蒸汽加濕時，根據(jù)濕度控制要求，可通過對電磁閥進行位式控制或采用二通調節(jié)閥的連續(xù)調節(jié)來實現(xiàn)。

　　3.3.2除濕(干燥)處理及控制

　　空氣冷卻干燥處理常用表冷器來完成。表冷對空氣的處理的等濕冷卻二種處理過程。采用表冷器進行濕度控制時，是通過調節(jié)表冷器的冷媒(如冷凍水)流量來實現(xiàn)。當濕度高于要求的值時，可通過加大冷水閥的開度來加大其流量，實現(xiàn)除濕(即干燥)處理;反之減少流量，實現(xiàn)加濕處理。

　　應該說明的是，由于空氣的物理性質，其濕度的控制相對比較復雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個參數(shù)在調節(jié)過程中又相互影響。如某些原因使室內溫度升高，引起空氣中水蒸汽的飽和分壓變化，在含濕量不變的情況下，將使相對濕度減少。因此，對其中某一參數(shù)進行調節(jié)時，也會引起另一參數(shù)的變化。例如在夏季采用表冷器進行除濕調節(jié)，開大冷水閥時，在使?jié)穸然謴驼５耐瑫r，也使溫度降低。因此，在工藝設計和自控方案設計時都應充分考慮到這一特點。

　　3.4正壓控制

　　我國國家標準規(guī)定，不同潔凈室之間應大于4.9Pa,潔凈區(qū)與之間應大于9.8 Pa。潔凈室內的結構等基本確定，在運行過程中，保持正壓可以通過控制新風量或回風量來實現(xiàn)。即通過控制新風門或回風門的開度來實現(xiàn)。

　　3.5其它控制與空調節(jié)能

　　對潔凈間而言，除上述必需保證的技術指標示，還有一些對于安全與節(jié)能等方面的要求。結合多年的工程實踐，主要有如下一些方面。

　　3.5.1風機故障報警

　　通過檢測風機的風流狀態(tài)判斷風機是否正常工作。若因電機燒毀或皮帶松動等原因導致風機停轉，應立即報警?lt;BR>3.5.2風機變頻控制

　　為保持潔凈間內穩(wěn)定的正壓或一定的新風/回風比，可以對機(電機)轉數(shù)實施變頻控制。實踐證明，變頻控制比單純的風門開度調節(jié)控制效果更佳，而且可大幅度節(jié)約電力消耗。因為在空調系統(tǒng)中，新風/回的輸送占電能消耗的大比例。而風門控制實際上是通過節(jié)流裝置(即風門)來實現(xiàn)氣流的改變。

　　3.5.3水泵變頻控制

　　在一泵對一調節(jié)系統(tǒng)時，采用變頻調速(水泵轉數(shù))實現(xiàn)流量控制比采用節(jié)流裝置(即調節(jié)閥)為佳。這種方式不僅體現(xiàn)在控制效果更佳，同時體現(xiàn)在大幅度節(jié)約電力消耗上。

　　3.5.4節(jié)能程序

　　由于計算機控制系統(tǒng)的應用，使節(jié)能控制成為現(xiàn)實。即除了上述對空調系統(tǒng)工藝特點實施的節(jié)能控制手段外，計算機控制還可實現(xiàn)如焓差控制、夜晚循環(huán)、夜風凈化、啟停、零能量區(qū)等。當然，對于某個特定的潔凈廠房，其節(jié)能程序應根據(jù)其具體情況進行編制，以達到的節(jié)能效果。

　　四、 空調控制系統(tǒng)的設備配置

　　實現(xiàn)空調自動控制系統(tǒng)的設備有控制器、傳感器及執(zhí)行器等。如前的主流控制系統(tǒng)己以從模擬控制轉變?yōu)橛嬎銠C控制，在此，主要對實現(xiàn)直接數(shù)字控制既DDC控制的設備作簡單介紹。

　　4. 1DDC控制器

　　電源：24;耗電：45防護標準：后備電池：3V鋰電池;液晶顯示：4行×16安符

　　EPROM中駐有標準程序;Excel能型DDC控制器，是中國國家標準規(guī)定的DCP智能型分站。每臺控制器之編程均貯存在自己的記憶體內。Excel 20含有16位微處理器i80186可控制16個物理點，(即可聯(lián)接16個探測器，開關，執(zhí)行器)。

　　它由基本的CPU模塊及電源模塊作為基礎，再任意按照實際需要由軟件置以下功能模塊：

　　類比輸和入模塊(AL)：7個點，0~1VDC，2~10VDC，420MA;

　　類比輸出模塊(AO)：3個點，210VDC;

　　數(shù)字輸入模塊(DI)：2點，干接點;

　　數(shù)字輸出模塊(DI):4個繼電器輸出

開關量的啟/?？梢酝ㄟ^時間計劃表來控制其何時啟停。彈性時間計劃長可達1年.

　　4.2溫度傳感器

室內溫度傳器T7412，設定點可調,有效溫度范圍：-20℃到50℃，大傳輸距離:200米;,NTC20K。環(huán)境要求:--35℃到60℃,5%RH到95%RH，電氣接線:2X 1.5MM2,應與線電源屏蔽，室外溫度傳感器C703F，有效溫度范圍:-20℃到50℃;大傳輸距離:200米，NTC20K，環(huán)境要求:-35℃到60℃,5%RH到95%RH，電氣接線:2×1.5MM2,應與線電源屏蔽，風道式溫度傳感器C7031C，有效溫度范圍:-20℃-50℃，大傳輸距離:200米

　　4.4冷熱水閥及驅動器，比例積分電動閥

　　其中包括：閥門V5011，等百分比特性，電動閥門執(zhí)行器ML7984或M7421，選配不同閥體,適用于冷凍水,熱水介質，DN25-150各格供選擇

　　4.5蒸汽加熱/加濕閥及驅動器

　　閥門V5011，線性特性，電動閥門執(zhí)行器M7421，選配不同閥體,適用于蒸汽介質，DN25-150各規(guī)格供選擇

　　4.6電動風門驅動器

　　電動新風閥ML6184，風門執(zhí)行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX，適用于0.75M2-15M2面積的風門，有開關型/斷續(xù)型/連續(xù)型供選擇

　　4.7空氣壓差開關

　　DPS400，壓力范圍:40-400Pa，保護級:IP54，開關容量:1./250VAC

　　4.8空氣壓差表及壓差變送器

　　1. 微壓差表2000系列:

現(xiàn)場顯示:指針顯示;測量范圍:小節(jié)0-60 Pa;

　　2. 微壓差變送器MODT30

　　測量范圍:小0-25 Pa輸出信號:4-20MA輸入信號:空氣壓差，工作電源:10-35VDC

　　4.9其它檢測、校驗儀器

　　1. 便攜式數(shù)字溫/濕度表485-1/2:量程:溫度-30-85℃ ;濕度0-RH;精度:溫度±0.5℃;溫度±2%RH;供電:9V堿性電池;探頭長度:219mm(485-2型).

　　2. 便攜式數(shù)字壓力/壓差表477型(帶溫度顯示):

　　量程:小0-1000 Pa;工作溫度:0-50℃;精度:50%FS;供電:9V堿性電池;

　　3. 便攜式數(shù)字風速表471型(帶溫度顯示):

　　量程:小0-1000 Pa;工作溫度:0-40℃;精度: ±3%FS;供電:9V堿性電池;

　　4. 便攜式數(shù)字粒子計數(shù)器:

　　手持式,電池操作;以0.1FM(立方英尺/分鐘)計算0.3或0.5微米粒子;

　　5種計算模式;

　　存儲數(shù)據(jù):200組;RS232/RS485輸出;顯示:4行液晶顯示,7位計算結果;