浅谈中央空调自控系统.doc

浅谈中央空调自控系统暨上海银笛微电子科技有限公司项目撰写：龚宇景日期：2012年5月20日8目 录一、项目情况介绍 2二、系统自控要求 2三、自控系统比较 3四、洛瓦復华自控软件说明 5五、注意事项 7一、项目情况介绍上海银笛微电子科技有限公司曾经位于金桥开发区51#地块，金豫路825号，近川桥路路口，背靠华虹NEC，旁临Praxair仪电，占地面积4727m2，总投资9600万美元。它主要进行硅外延片加工生产，主营产品是4寸、6寸、8寸的硅片，是一家高能耗的高科技芯片制造型企业。它有一个独立的冷热源站，一期项目包括一台MacquayWHS290.3型冷水机组，一台LRCWH-200型冷却水塔，一套新元瑞普蒸汽供应、汽/水换热装置。千级洁净室车间面积450m2，采用洛瓦復华DDC自控系统。系统内包括：一台Mcquay中央空调机组（AHU），施耐德ATV38HD和富士FRN-30变频器，西门子SKC、SKD系列电动比例积分流量控制阀，奥地利E+E温湿度传感器，Huba压力开关、差压变送器等，思探得M3型（电子定位）干蒸汽加湿器。根据工艺要求，又是洁净室系统（千级层流室），对温、湿度有一定的强制性要求，所以冷水机组在全年中有将近十个月份处于开机状态。车间温湿度控制要求为222，455%，车间外延压差25Pa。从2003年开始，本人有幸参加了银笛微电子工厂建厂的全过程，作为甲方代表主持了中央空调系统的建立。在此过程中，遇到了不少的实际问题，付出了一些自由时间，在公司、部门领导的大力支持下，以及安装队、空调自控二次设计方的大力协助下，终于克服了种种困难，完成了该项目，也从中学到了不少，使自己的专业知识更加稳固，进一步拓宽了知识面。在系统正式运行后，又作为动力工程师主管该系统的运行和维护，并根据ISO9001要求，将各种违章制度、表格纳入了全面质量体系。下面主要介绍对中央空调自控系统的一点认识。二、系统自控要求1、送风系统：空调箱将处理的新风与一次回风混合后，送至生产车间构成该系统。1.1新风风管上设有一温湿度传感器监视户外空气参数，操作人员可以在主控电脑上任意选择1#，2#新风风阀开或关。1.2初效过滤器上设有压差开关监视过滤器污损状态，超过设定值后能够发出报警信号通知操作人员注意。1.3预热盘管出口设有一温度传感器监视该处空气温度，并通过调节安装在预热盘管回水管上的控制阀使该处的新风温度不低于12。1.4冷盘管上设有防冻保护开关，当该开关监视到流经冷盘管的空气温度低于3时发出报警信号，并自动切除送风风机，以保护冷盘管不至冻裂。1.5送风管上设一送风温、湿度传感器，其温度信号送入送风温度下限控制器，当送风温度低于某设定值时如15，该控制器的输出信号将减小。送风湿度信号送入送风湿度上限控制器，当送风湿度高于某设定值时如85%，该控制器的输出信号将减小，该信号同车间湿度控制器针对加湿器的开度信号比较后取小值输出至加湿阀。1.6高效过滤器上设有压差开关监视过滤器污损状态，超过设定值后能够发出报警信号通知操作人员注意。1.7洁净生产车间内设有一微压差传感器(+/-50Pa)，用以监视洁净室内外压差，并通过调节送风变频器的转速使洁净室保持正压。1.8洁净生产车间内设一温、湿度传感器，用以监视该处温、湿度状态变化，该处温度信号送入DDC控制器后，经PID控制器2分程输出至冷水阀和再热阀。1.8.1若室内温度高于设定值则再热阀的开度将减小，冷水阀的开度将增加；若室内温度低于设定值则冷水阀的开度将减小，再热阀的开度将增加。1.8.2生产车间湿度信号送入DDC控制器后，经PID控制器2分程输出至冷水阀和加湿器，若室内湿度高于设定值则加湿阀的开度将减小，冷水阀的开度将增加以除湿；若室内湿度低于设定值则冷水阀的开度将减小，加湿阀的开度将增加。1.8.3车间温度控制器及湿度控制器针对冷水阀的开度信号比较后取大值后同送风温度控制器输出比较后取小值输出至冷水阀。2、排风系统：热排风风管上设有压差传感器监视排风管内外压差。该信号反馈至排风风量PID控制器该控制器输出信号送至排风马达变频器用以保持排风风量。3、冷冻水系统：冷热源站设有一台冷水机组，冷水机组供水及回水总管间设有一旁通调节阀，及压差传感器，当用水量减少时，旁通压差控制器输出增大，旁通水阀开度增大；当用水量增大时，旁通压差控制器输出减少，旁通水阀开度减少，从而保证流经冷水机组蒸发器侧的水量恒定。三、自控系统比较在智能建筑中通常采用楼宇设备自控系统，对中央空调系统末端的新风机、回风机、变风量风机、风机盘管等装置进行状态监视和使用的“精细化”控制，以实现节能的目的。它通过DDC（直接数字控制器）控制器，将检测的相关量值进行PID（比例、积分、微分）运算，实现对上述设备的PID控制，达到智能控制，并且做到一定的节能。1、一般自控系统1.1主要的供应商有以下几家（1）美国Honeywell霍尼韦尔公司研发的BA系统；（2）美国Johnson公司的楼宇自动化系统；（3）德国西门子公司SIMATIC WinCC系统等。这些软件，当其控制系统检测到某一受控量值时，就按这个量值与给定值之间的误差进行比例（P）、积分（I）和微分（D）之间的线性组合进行控制，即PID控制。它们所采用的最重要的控制参数，如比例系数K、积分时间常数T1和微分时间常数Td都是使用经验数据或试验数据确定的，一旦选定就不能自动调节。这种控制方法只适合于线性系统中，并对单一控制对象实施控制，对于非线性系统不可能达到最佳控制，即选用比例系数和时间常数后，采用同一种控制方法对付各种不同的负荷状态，效果当然是不理想的。1.2本人曾经在上海联合赛尔生物工程有限公司接触过Johnson公司的中央空调自控软件，总体觉得在精细操作上偏差较大，不能适合GMP药厂对温湿度的精确控制要求。在上海通用汽车公用动力运行部门和GM（张江高科园）中国研发中心（爱玛客物业），接触到了西门子中央空调自控软件，自我感觉西门子软件比较适合一些控制精度要求不高的，如舒适性中央空调系统。现在浦江科技广场工作，接触到了霍尼韦尔公司的BA系统控制软件，也觉得它比较适合粗狂型的管理控制，对商场等舒适性场所比较合适。1.3通用变频器用PID控制方法，控制非线性系统时，很容易引起中央空调系统的强烈振荡，使控制范围在较大范围内波动，增加了系统的能耗，也很容易使系统长时间都不能达到给定值的稳定状态，控制效果不理想，对于主机所配套的冷冻水泵和冷却水泵以及冷却塔风机等设备的节能最多在20-30之间。因其采取了保障冷水机组工作状态的措施，不可能节约燃料和主机电能。当然，也不能实现资源共享和无人值守管理。1.4而且，这些软件很少考虑到操作人员的实际素质，大部分仍旧使沿用英文表示，十分不利于操作人员的操作，难免在运行中造成错误。2、动态变流量节能控制系统2.1模糊控制系统已经考虑了受控量的各种可能性，跟踪受控参数的变化，始终使被控系统处于最佳运行状态，对于各种非线性系统和时变性系统都能提供最佳的决策。2.2而动态变流量节能控制系统由于建立了优化模糊控制模型，对于中央空调系统可能出现的问题都给出充分的估计，因此，在计算中存储的总决策表能提供最佳的控制方案，系统稳定性好，极少出现振荡现象，系统很快就能达到稳态。可采用准确调节流量的方法去实现节能，水泵以及冷却塔等平均节能达60-80。由于采取了特殊措施保障中央空调主机的高转换效率，机组COP值始终处于最佳值，因此对于吸收式溴化锂机组可节约燃料20-40，对于电制冷主机可节电10-30。2.3动态变流量控制器具有强大的节能功能，在系统设计时就进行了系统集成，实现了各子系统的联动和互操作，达到了资源的共享的目的。由于自动功能非常强大，从而实现了无人值守管理和联网管理等，节省了人力、物力。这些都是通用变频控制系统无法实现的。四、洛瓦復华自控软件说明我公司选用的是洛瓦復华DDC自控系统。包括一台工控PC和一台下位机，通过CAN总线联接，由下位机的DDC与各控制单元通过RVV导线连接。它采用动态变流量控制技术，核心是变流量控制器，在控制器中建立了知识库、模糊控制模型和模糊运算规则，形成智能模糊控制。当空调负荷发生变化时，通过采集一组参数值经模糊运算，及时调节控制单元，使车间温湿度在控制要求内，并保证车间正压。通过采集各控制单元的实时数据，经模糊运算，得出相应的控制参数，这些控制参数被送到各控制单元。这些控制单元根据控制参数的变化，利用现代变频控制技术，改变空调系统循环水的流量和温度，以保证整个系统在满负荷和部分负荷情况下，均处于最佳工作状态，从而最终达到综合节能的目的。洛瓦復华DDC自控系统（动态变流量节能控制系统）是采用模糊控制技术与变频技术相结合的控制原理，虽然也使用了通用变频器（VVF），但它不是采用PID控制方式，而是采用模糊控制方法。也就是在整个系统控制过程中，以语言描述人类知识，通过程序编写将它表示成模糊规则或关系，通过推理、利用知识库，把某些专业知识与过程状态结合起来的控制行为。它并不具有明显的PID结构，但也可以称为非线性PID控制器，它是根据系统的误差信号和误差的微分或差分来决定控制器的参数，尤其适合非线性和时变性的被控对象。它主要采用以下的控制器进行系统自控：1、温度控制器：加热段与表冷段组成。Y值在050之间由加热段控制，在50100之间由表冷段控制。2、湿度控制器：表冷段与加湿器组成。Y值在050之间由加湿器控制，在50100之间由表冷段控制。3、当表冷段由两个控制器同时控制时，软件设定取两者的大值（Max.），先进行执行。它除一般软件常用的实时状态显示，参数设定，数据记录，报警记录，远程控制功能外，还具有操作界面人性化，操作易懂、便捷（全中文显示），不仅可以手自动控制+界面显示，而且控制性能稳定，始终围绕着222，455%上下进行变化。并且还开放了输出值Y=KpI(tn)，放大倍数Kp，积分时间I(tn)这二个参数，使现场操作人员在实时监控中就能对一些异常情况、极端天气作出响应，极大的保障了车间的生产工艺要求。(Kp)是放大倍数，I(tn)是积分时间，Y是输出值，W是设定值，X是现在（反馈）值。P(Kp)数值越大，积分的比例系数越大，I(tn)数值越小，积分的时间越短，Y值月趋向于0或100，电动阀门开度越大。一般不对P(Kp)进行调整，只对I(tn)进行小范围的调整。因为，在某一段时间或某一段日期内，变化是相对小的，并趋于稳定的。某些时间段，程序响应速度较慢，可以进行如下的操作，但只是暂时性的控制结果。X值与Y值的对应关系正好相反，如果觉得参数设定没问题，可以将相应的控制器手动状态设定成“1”，将Y值改成50，然后将手动状态设定成“0”。接着注意观察一段时间，适机进行调整。对操作人员来说，开放的界面，可以说提供了一个学习的机会，促进他们的兴趣、提高主观能动性去探知程序这一高深的东西，让操作人员的适应能力增强，开阔了他们的视野，提升他们的综合能力和素质。经过不断的努力，整个系统的操作质量提升了，系统的稳定性也是相应的增加，从而更好地保障工艺需求。五、注意事项1、在安装过程中，应注意选用优质的信号连接线，并且保证输送距离在50米以内。如果超过50米，就要考虑设置信号放大器。因此，下位机控制柜的安装位置至关重要。2、由于施工与调试很可能不是同一个单位，一般施工人员的工程能力较弱，也不确定知道施工项目的重要性，他们施工质量的好坏是直接影响到系统调试、运行的关键。因此，在施工时应密切注意施工质量，并加强现场管理和控制。3、水阀选择，对洁净室等控制精度要求比较高的系统来说，选择比例积分型的水阀是必须的。4、电动阀选择，应充分计算好系统内的水压，选择足够大扭矩的电动阀。