洁净厂房空调自控系统方案分析

空调自控系统方案一、前言1、洁净厂房空调系统相关规范随着经济的发展和生活水平的提高，目前在电子、制药、食品、生物工程、医疗等领域对洁净间的要求越来越高，洁净技术也随之发展起来。它综合了工艺、建筑、装饰、给排水、空气净化、暖通空调等各方面的技术。按照中华人民共和国标准GB50073-2001洁净厂房设计规范，其与空调系统相关的主要技术指标为：A、 空气洁净度空气洁净度分级标准：ISO14644-1（国际标准）空气洁净度等级(N)大于或等于所标粒径的粒子最大浓度限值（个/每立方米空气粒子）0.1um0.2um0.3um0.5um1.0um5.0umISO Class1102ISO Class210024104ISO Class31,000237102358ISO Class410,0002,3701,02035283ISO Class5100,00023,70010,2003,52083229ISO Class61,000,000237,000102,00035,2008,320293ISO Class7352,00083,2002,930ISO Class83,520,000832,00029,300ISO Class935,200,0008,320,000293,000B、温、湿度（1）满足生产要求；（2）本项目温、湿度要求为：序号房间（区域）夏季冬季温度（）相对湿度（%）温度（）相对湿度（%）1洁净生产区2425510%2025510%2一般生产区262/202/C、洁净室正压洁净室必须维持一定的正压。不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的压差，应不小于5Pa，洁净区与室外的压差，应不于10Pa.。此外，还有对于风量，风速等的技术要求。总之，洁净间的各项指标都非常严格，因此，对其进行精确的控制就成为必要。2、洁净室空调自控的意义在现代工业厂房中，空调系统设备较多，自动化管理是使其安全工作并良好运行的重要保证。同时，空调的能源消耗一般占总能源消耗的40以上，因此空调节能是节能的重要手段。对洁净室而言，更是如此。采用空调自控产品，会产生下列一系列优点：A、先进性和实用性空调自控管理系统建设于信息时代，系统方案与当前科学技术高速发展的潮流相吻合。系统总体结构定位于高起点、开放式、模块化，从而建设一个可扩展的平台，保护前期工程与后续技术的衔接。液晶触摸屏显示，可以显示温度、湿度、蒸汽及冷凝水温度，压差显示。并且可以直接在屏幕上做调解及各项设置，方便快捷。B、可靠性系统每天24小时连续工作，局部设备故障不会影响整个系统的正常运行，也不会影响其它智能化子系统的正常运行。关键的系统部件对故障容错和数据备份应提供相应的解决措施。C、经济性系统选用的设备及其系统，是以现有成熟的设备和系统为基础，以总体目标为方向，局部服从全局，力求系统在初次投入和整个运行生命周期内获得最佳的性能价格比。D、易维护性系统中需要监视和监控的设备品种繁多，而且位置分散，要保证日常系统正常工作、可靠运行，系统必须具有高度可靠的可维护性和易维护性。做到所需人员少，维护工作量小，维护强度弱，维护费用低。E、开放性和可扩展性系统采用国家和国际标准及规范，兼容不同厂家、不同协议的设备和系统。采用符合工业标准的操作系统、网络技术、相关数据和图形系统。各子系统可方便进出总系统，同时具有开放接口，以便用户进行二次开发。3、洁净室空调控制系统功能简介按照本项目，本次以美国HONEYWELL公司生产的Excel5000控制器为例，做设计分析。美国HONEYWELL公司生产的Excel5000特别适合应用于洁净间如手术室，洁净厂房的空调控制，依照洁净室施工验收规范，洁净厂房设计规范应，采通风与空气调节设计规范等国家标准，并综合考虑上述各系统的内在联系，我们以Excel20为核心构建了较完整的洁净间空调自控系统，它具备恒温恒湿比例积分控制、室内远程启停空调、室内温度设定、关键故障（火灾）报警及联锁、非关键故障（滤网堵塞/送风过热）报警及联锁、夏季防止送风凝露/冬季防冻、开机顺序和连锁、自定义启停时间程序等特点。二、洁净间空调自控系统构成1、模拟仪表自动控制模拟控制仪表由于其理论成熟、结构简单、投资少、易于调整等因素，过去在空调、冷热源及给排水等系统中得到广泛应用。一般模拟控制器为电气式或电子式，只有硬件部分，无需软件支持。因此，在调整、投运过程中比较简单。其组成一般为单回路控制系统，只能适用于小规模空调系统。从发展趋势来说，己经较少采用，在此不作进一步说明。2、计算机控制系统由于计算机枝术、控制技术、通信技工及图像技术的发展，使微计算机控制技术在制冷空调自动控制的应用愈来愈普遍。传统控制系统在引入微计算机后，就可以充分利用计算机的强大算术运算、逻辑运算及记忆等功能，运用微机指令系统，编制出符合控制规律的软件。微机执行这些程序，就能实现被控参数的控制与管理，如数据采集和数据处理等。计算机的控制过程可归纳为实时数据采集、实时决策和实时控制三个步骤。这三个步骤不断地重复进行就会使整个系统按照给定的规律进行控制、调节。同时，也对被控变量及设备运行状态、故障等进行监测、超限报警和保护，记录历史数据等。应该说，计算机控制在控制功能如精度、实时性、可靠性等方面是模拟控制所无法拟控制所无法比拟的。更为重要的是，由于计算机的引入而带来的管理功能（如报警管理，历史记录等）的增强更是模拟控制器根本无法实现的。因此，近年来，在制冷空调自动控制的应用上，尤其在大中型空调系统的自动控制中，计算机控制已经占主导地位。A、直接数字控制所谓直接数字控制是以微处理机动为基础、不借助模拟仪表而将系统中的传感器或变送器的输出信号直接输入到微型计算机中，经微型计算机按预先编制的程序计算处理直接驱动执行器的控制方式，简称DDC（Direct Digital Control），这种计算机称为直接数字控制器，简称DDC控制器。DDC控制器中的CPU运行速度很快，并且其配置的输入出端口（I/0）一般较多。因此，它可以同时控制多个回路，相当于多个模拟系统，具有价格比高等特点。B、集散型控制系统集散型控制系统Total Distributed System缩写为TDS。与过去传统的计算机控制方法相比，它的控制功能尽可能分散，管理功能尽可能集中。它是由中央站、分站、现场传感器与通信通道连接起来。分站就是上述以微处理为核心的DDC控制器。它分散于整个系统各被控设备的现场，与现场的传感器及执行器等直接连接，实现对现场设备的检测与控制。中央站实现集中监控和管理功能，如集中监视、集中启停控制、集中参数修改、报警及记录处理等。可以看出，集散型控制系统的集中管理功能由中央站完成，而控制与调节功能由分站即DDC控制器完成。三、洁净室空调自控系统的实现1、空气净化一般的洁净室空间系统中，空气化处理采用空气过滤器。通常情况下，安装初效过滤器和中效过滤器后，空气洁净度可以达到100000级。而对于的超净要求的洁净间还应安装高效过滤器。这样，空气洁净度可以达到更高（如100级甚至更高）。过滤器长期使用时，滤料上沉附的灰尘将慢慢增加，这样会增大气流阻力，影响整个空调系统的运行。因此，工程上应对过滤器的气流阻力变力进行自动检测和报警。通常采用差压法测量过滤器前后的压差Pd,并将此差压信号进行显示和根据设定的差压限值报警，以便及时清理或更换。2、温度控制一次加热的控制空气一次加热又称预加热，是用来加热新风或加热新风与一次回风的混合风。一次加热一般只用于冬季很冷的地区，防止新风与一次回风混合后达到饱和，产生水雾或结冰。一次加热还应用于一次混合不允许变动的超净空调系统中。当采用蒸气或热水进行加热时，一般采用控制蒸气或热水的调节阀开度实现温度控制；当采用电加热时，通过晶闸管电力控制器，控制其加热电功率实现温度控制。3、湿度控制A、加湿处理及控制洁净间空调工程中，加湿操作一般是在冬季或过渡季节空气干燥时进行。空气加湿的方法比较多。通常采用蒸汽加湿器和电加湿器的开关控制或功率调节。蒸汽加湿时，根据湿度控制要求，可通过对电磁阀进行位式控制或采用二通调节阀的连续调节来实现。B、除湿（干燥）处理及控制空气冷却干燥处理常用表冷器来完成。表冷对空气的处理的等湿冷却二种处理过程。采用表冷器进行湿度控制时，是通过调节表冷器的冷媒（如冷冻水）流量来实现。当湿度高于要求的值时，可通过加大冷水阀的开度来加大其流量，实现除湿（即干燥）处理；反之减少流量，实现加湿处理。应该说明的是，由于空气的物理性质，其湿度的控制相对比较复杂，方法也较多。而且，空气的温度和湿度二个参数在调节过程中又相互影响。如某些原因使室内温度升高，引起空气中水蒸汽的饱和分压变化，在绝对含湿量不变的情况下，将使相对湿度减少。因此，对其中某一参数进行调节时，也会引起另一参数的变化。例如在夏季采用表冷器进行除湿调节，开大冷水阀时，在使湿度恢复正常的同时，也使温度降低。因此，在工艺设计和自控方案设计时都应充分考虑到这一特点。4、正压控制我国国家标准规定，不同级别洁净室之间应大于5Pa,洁净区与之间应大于10Pa。洁净室内的结构等基本确定，在运行过程中，保持正压可以通过控制新风量或回风量来实现。即通过控制新风门或回风门的开度来实现。5、其它控制与空调节能对洁净室而言，除上述必需保证的技术指标示，还有一些对于安全与节能等方面的要求。结合多年的工程实践，主要有如下一些方面。A、风机故障报警。通过检测风机的风流状态判断风机是否正常工作。若因电机烧毁或皮带松动等原因导致风机停转，应立即报警。B、风机变频控制为保持洁净室内稳定的正压或一定的新风/回风比，可以对机（电机）转数实施变频控制。实践证明，变频控制比单纯的风门开度调节控制效果更佳，而且可大幅度节约电力消耗。因为在空调系统中，新/回风的输送占电能消耗的最大比例。而风门控制实际上是通过节流装置（即风门）来实现气流的改变。C、水泵变频控制在一泵对一调节系统时，采用变频调速（水泵转数）实现流量控制比采用节流装置（即调节阀）为佳。这种方式不仅体现在控制效果更佳，同时体现在大幅度节约电力消耗上。D、节能程序由于计算机控制系统的应用，使节能控制成为现实。即除了上述对空调系统工艺特点实施的节能控制手段外，计算机控制还可实现如焓差控制、夜晚循环、夜风净化、最佳启停、零能量区等。当然，对于某个特定的洁净厂房，其节能程序应根据其具体情况进行编制，以达到最佳的节能效果。四、空调控制系统的设备配置实现空调自动控制系统的设备有控制器、传感器及执行器等。当前的主流控制系统己从模拟控制转变为计算机控制，在此，主要对实现直接数字控制（既DDC控制）的设备作简单介绍。1、DDC控制器电源：24耗电：45防护标准：后备电池：3V锂电池液晶显示：4行16安符EPROM中驻有标准程序Excel能型DDC控制器，是中国国家标准规定的DCP智能型分站。每台控制器之编程均贮存在自己的记忆体内。Excel20含有16位微处理器i80186可控制16个物理点，（即可联接16个探测器，开关，执行器）。它由基本的CPU模块及电源模块作为基础，再任意按照实际需要由软件置以下功能模块：类比输和入模块（AL）：7个点，01VDC，210VDC，420MA；类比输出模块（AO）：3个点，210VDC；数字输入模块（DI）：2点，干接点；数字输出模块（DI）：4个继电器输出；开关量的启/停可以通过时间计划表来控制其何时启停；弹性时间计划最长可达1年。2、温度传感器有效温度范围：-20到50最大传输距离：200米环境要求：-35到60、5RH到95RH电气接线：21.5MM2，应与线电源屏蔽3、冷热水阀及驱动器比例积分电动阀。其中包括：阀门V5011、等百分比特性、电动阀门执行器ML7984或M7421、选配不同阀体适用于冷冻水和热水介质、DN25-150各格供选择。4、蒸汽加热/加湿阀及驱动器阀门V5011、线性特性、电动阀门执行器M7421、选配不同阀体,适用于蒸汽介质、DN25-150各规格供选择、4.6电动风门驱动器、电动新风阀ML6184、风门执行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX、适用于0.75M2-15M2面积的风门、有开关型/断续型/连续型。5、空气压差开关DPS400压力范围：40-400Pa保护级：IP54开关容量：1.5A/250VAC6、空气压差表及压差变送器微压差表2000系列：现场显示：指针显示；测量范围：最小节0-60Pa；微压差变送器MODT30测量范围：最小0-25Pa输出信号：4-20MA输入信号：空气压差工作电源：10-35VDC7、其它检测、校验仪器便携式数字温/湿度表485-1/2：量程：温度-30-85、湿