浅谈工业电气自动化在净化空调系统中的应用

1、浅谈工业电气自动化在净化空调系统中的应用摘要随着生活水平和科学技术的不断提高，人们对空调中空气净化的问题也越来越关注。作为空调工程之一的净化空调，是为满足医药、化妆品等化学品厂、手术室等特殊环境对洁净室的要求的科学技术产物。工业电气自动化技术已广泛应用于空调系统中，同时其水平对洁净室空气净化的品质有重大影响，所以工业电气自动化技术在净化空调系统中的应用要注重技术要求。关键词：自动化；净化空调；应用AbstractWith continuous improvement of living standard and science & technology, people pay more

2、 and more attention to the problem of air purification of air-condition. As one of air-condition engineering, clean air-condition is a product of science and technology to meet the requirements of chemical factory such as medicine and cosmetics, operating room and other special environment to clean

3、room. Industrial electric automation technology has been widely used in air-condition system, and its level has great effect to the quality of air purification in clean room, so the application of industrial automation technology in clean air-condition system should focus on technical requirement.Ke

4、ywords：automation；clean air-condition；application 目 录1、 前言12、 工业电气自动化的发展现状22.1 电气自动化已实现集成信息化22.2 电气自动化系统的检修与维护较为简易22.3 分布式控制在电气自动化中广泛应用23、 电气自动化的发展前景43.1 更多创新性电气自动化产品面世43.2 电气自动化系统平台逐渐实现统一化43.3 电气自动化系统采用通用结构43.4 电气自动化系统采用标准程序接口53.5 电气自动化将会有更为广阔的市场53.6 电气自动化生产更为安全53.7 电气自动化需要更为专业的人员操作54、 净化空调的特性74.1

5、整个净化空调的概括说明74.2 净化空调的特点75、 工业电气自动化在净化空调系统中的应用的必要性106、 工业电气自动化在净化空调系统中的应用116.1 净化空调系统的自控方案126.2 净化空调机组自控系统工作原理137、 结束语15致谢15 参考文献16浅谈工业电气自动化在净化空调系统中的应用1、 前言现阶段，工业企业所使用的净化空调系统自控技术运用中，工业电气自动化的运用则是其中不可缺少的重要内容。在该种净化空调系统中，不仅要符合2010新版GMP，洁净厂房设计规范，采暖通风与空气调节设计规范等相关要求，还应该具有节约生产成本，提高工作环境的作用。2、 工业电气自动化的发展现状2.1

6、电气自动化已实现集成信息化电气自动化的集成信息化主要体现在两个方面，一方面是集成信息在电气自动化管理中的作用。企业运用电气自动化技术进行产品的生产、经营等，必然需要专业的管理来对生产过程进行严密的监督与管理。而企业中各项事务的数据需要运用信息技术进行安全地管理，并且这些数据需要在运用的时候能够随时地进行存取。而企业的管理人员能够利用集成信息对于产品生产过程中的数据进行采集、浏览、存储，并且根据这些信息对其进行分析，以便保证产品生产的正常进行。另一方面，集成信息也要对电气自动化的机械、设备进行管理和控制，通过一些程序的设定，来使产品的生产实现自动化，节约企业的人力物力。2.2 电气自动化系统的检

7、修与维护较为简易在如今的电气自动化技术中，最为常用的两种系统就是 Windows NT和 IE，通过这种较为标准化的平台，其使用的专业语言和操作规范实现了统一化。并且技术人员可用通过 PC来对电气自动化系统进行操作，其操作方式更为灵活多变，实际的生产工作中应用也较为方便。电气自动化系统与 PC系统的结合，操作界面的人性化，再加之操作人员的专业化水平提高，这就使得电气化系统在出现问题时，能够更为快速地发现问题的关键，并且能够及时地找到解决问题的对策，更快地解决问题，恢复生产，使得自动化系统的检修与维护更为方便，也能够使企业的生产不会因设备出现故障而过多地影响生产速度。2.3 分布式控制在电气自动

8、化中广泛应用电气自动化系统分为不同的部分，其中一部分是发挥总控制作用的工业计算机，其通过专业人员的操作，来控制电器自动化系统的整体运行，另一部分则是负责监视和控制的软件，主要负责监视自动化系统是否正常运行，如何正常地运行，还有一部分则是生产车间里的工作部分，包括一系列的仪表、马达等设备。不同的部分通过一条线路互相串联，负责总控制的计算机可以通过这条信息线路向其他部分下达控制命令，而其他部分则可以将生产过程中的具体数据通过线路传输给总控制计算机，也就实现了自动化和信息的双向传输。以此来保证产品的正常生产和数据的及时记录以及生产中各种设备、数据的调整。3、 电气自动化的发展前景3.1 更多创新性电

9、气自动化产品面世科学技术是第一生产力。我国的企业要想获得长久的发展，就必须根据国家的总体发展目标，将科学技术运用到企业的生产中，从而进一步提高企业的创造力，并且能够不断地吸收先进的科学技术，提高自身生产力，生产出更具有技术含量的产品。企业必须积极地研制开发更多与电气自动化技术相关的控制系统以及相关产品，为自身的生产发展谋取更大的进步空间，提升企业的发展力度，将科学技术放在企业生产的中心地位，根据国家及政府的相关发展政策，制定以科学技术为主体的生产策略，不断地完善生产机制，优化生产环境，加快企业发展进度，扩大企业生产规模，形成更具有竞争力的生产模式，生产出更多创新性的产品。3.2 电气自动化系统

10、平台逐渐实现统一化电气自动化系统的平台实现统一化，将会使同一个自动化平台，能够同时控制多个生产程序，这就能够使得企业在生产某个产品时，不必再次调整电气自动化程序，可以更快地设计出产品的生产方案，将产品生产方案更快地进行实施，其生产过程初期的测试、调试也能够更快地完成，电气自动化系统的运行将会更为稳定。如此一来，就可以大大缩短新产品从研制开发到实际生产的周期，加快企业的生产，节约更多的时间、费用，以及企业的人力物力，并且实现操作平台的统一化，同时也能够使电气自动化设备的维护更为方便，延长自动化设备的寿命。3.3 电气自动化系统采用通用结构电气自动化系统运行过程中需要有一个通畅的渠道来传递信息，这

11、就需要整个系统能够具有一个通用的结构。在企业运用电气自动化系统进行生产时，控制中心需要通过网络结构来控制整个系统中的监督设备以及生产现场的生产设备，将生产数据进行双向传递。同时，企业的管理人员需要通过网络来对生产设备进行严格的监督。在对电气自动化系统进行设计时，需要保证系统的网络能够紧密地连接控制部分与生产部分，因此，无论是运用系统内部的信息传输线路还是互联网，都需要电气自动化的系统具有通用结构才能够实现，以此来保证信息的传递，完成整个生产过程。3.4 电气自动化系统采用标准程序接口电气自动化所采用的控制系统，一般是最为常用的 Windows XP、OPC等系统，这些系统的运用，能够为公司的产

12、品生产带来很大的方便，减少产品生产整个周期的时长，并且减少人力的使用和费用的消耗，使得电气自动化系统与管理系统之间的数据传输与共享更为方便。而系统之间接口的标准化，使企业电气自动化系统与企业的办公系统之间形成一个统一的信息传递标准，加快了数据的传输速度，保证了数据的准确性和及时性。另外，标准化的电气自动化系统程序接口，也保证了不同企业之间产品的数据共享，从根本上解决了信息传递的障碍。3.5 电气自动化将会有更为广阔的市场企业通过对电气自动化系统的运用，不断地优化自身的产业结构，改革企业的生产体制，将科学技术运用到实际生产中，逐渐开拓电气自动化产品的市场。企业不断地根据电气自动化技术来探索利于自

13、身生产的关键性技术，集合更多的创造性生产力，加强市场化的外包分工以及社会化的合作，实现电气自动化产品的市场化，根据市场所需，开发研究更为先进的、具有更高技术含量的产品，对产品进行深入的改造，逐渐地提高生产速度和质量，实现电子自动化产品的市场化。3.6 电气自动化生产更为安全运用电子自动化技术进行产品的生产存在一定的风险。一方面，产品的生产方案在研制开发过程中，可能会因失败而造成一定的经济损失；另一方面，也可能是在生产过程中，由于一些技术操作问题等原因，而造成一定的风险。未来的电气自动化生产将会不断地进行优化，大大减少生产的不确定因素。企业将会根据我国市场对于产品的需求，不断地研制出更多、更为行

14、之有效的生产方案，使产品生产的安全标准更为严格。从产品的生产方案的设计，电气自动化系统的控制，现场生产的监控等方面严格把关，提高产品生产的安全性。3.7 电气自动化需要更为专业的人员操作未来的电气自动化系统将会运用到更为复杂、更为高端的技术，因此，操控电气自动化系统的人员必须具备更为专业的知识，能够充分地了解生产的整个过程，并且对生产中如何运用电气自动化系统来进行控制有着专业的策略，另外，还需要能够利用专业知识来应对一些突发问题，对电气自动化系统进行维护保养等。4、 净化空调的特性4.1 整个净化空调的概括说明净化空调系统的控制参数一般包括温度、湿度、微粒数、细菌浓度、空气洁净度、风量、压差及

15、噪声系数等，应满足特殊环境工作的控制标准，如洁净厂房设计规范（GB50457-2008），确保空气净化工艺的完整性。净化空调系统的组成包括整体式空气调节机组（包括过滤装置、加热器、表冷器、加湿器、风机等）、冷冻室、控制器、变频器、传感器、执行器及中文操作面板等设备，需进行温度、湿度的调节，其风处理过程可归纳为：新风初效过滤预加热表冷加热加湿中效过滤高效过滤洁净室。为了保障空气洁净度的要求，采用初效过滤、中效过滤、高效过滤的三级过滤。净化空调系统的特性可归纳为：需控制微粒的污染，为企业提供一定容量的工作空间；建筑内部设置洁净室，可提供超出一般空调系统的送风量，需要大负荷和合理正负压差，其多功能性

16、和复杂性导致其设计参数设计建筑、空调、净化等多级学科，需考虑合理布置，以避免污染邻室空气，洁净室必须维持一定的正压，一般洁净区与非洁净区之间的静压差大于 5 帕；净化空调系统的质量要求高，必须符合相关行业标准。净化空调系统设计方案按送风方式不同可分为三种，一是全部采用新风，二是釆用新风和循环风相结合，三是全部自循环风，其中第二种形式应用得最为广泛，典型为集中式净化空调系统。净化空调系统控制方案可分为单系统测量控制系统和数字计算机控制管理系统。4.2 净化空调的特点：4.2.1. 风量大洁净室主要是通过空气量的循环来过滤空气中的尘埃、细菌等，实现对空气中非生物粒子和生物粒子的控制，达到洁净的标准

17、。因此需要有足够的风量来保证室内的洁净度。洁净室的风量一般按照室内换气次数来计算，通常是10倍，甚至几十倍，尤其是单向流洁净室，换气次数达到房间体积的几百倍。  大风量对空气处理机组的强度是个考验，目前市面上常见的空气处理机组的都是采用铝合金框架结构、方钢结构的比较多，如果面板的厚度和框架的强度不够，容易造成空气处理机组变形，特别是医用空气处理机组，一般要采用正压设计，如果面板和框架固定不够，就有可能会出现面板飞出砸人的恐怖现象。所以洁净用空气处理机组首先要满足高强度的要求，目前市面上常见的面板厚度有30mm和50mm，也有一些厂家率先推出60mm的面板的高端机组，相信在洁

18、净场合将得到广泛的应用。4.2.2.风机的压头高  洁净室一般至少要采用初、中、高三级过滤器过滤，而这三级过滤器的阻力加起来就有700800帕左右，洁净室一般也要采用集中送、回风的方式，以保证维持洁净室的正负压调节的要求，所以洁净室的管道阻力一般比普通空调的要多一倍以上。需要克服这些阻力，就要求空气处理机组的送风机有足够的压头，所以洁净室的空气处理机组的送风机组一般采用后弯机翼型的风机，或者是无窝壳的风机，才能达到足够高送回风压头。在这种大风量，大压头的情况下，对机组的漏风率也是一种考验，洁净室用空气处理机组的漏风率越低，为客户节省的能源就越多，运行费用就越低。4.2.3.

19、温湿度控制精度高  和普通舒适性空调的满足人员舒适的要求不同，洁净室的温湿度控制的精度是为了满足工艺要求，如在某些电子产品的制造中，对温湿度的控制要求非常严格，在医用和实验动物等方面，对温湿度的控制精度也有明确的要求。为了实现恒温恒湿，那么要求空气处理机组中至少要具备制冷、制热、加湿、除湿等功能段，而且需要精密控制的方式；如换热器要采用高效率的亲水翅片，并且水流量采用比例积分控制，加湿量也要采用比例积分或者是PID调节的方式，以便实现更高的控制精度。4.2.4. 正负压控制严格  无论是电子厂房还是隔离病房、制药厂、实验动物室等，为了防止粉尘、细菌扩散到其他的洁净

20、区域，还是为了防止病毒细菌的扩散引起交叉感染，洁净房间的正负压控制非常重要，特别是在医用场合需要防止放射性尘埃、有害气体、臭气及细菌向外扩散，准确有效的控制正负压极其关键。实际工程应用中，工业洁净室和一般生物洁净室都是采用正压维持，但对于使用有毒、有害气体或使用易燃易爆溶剂以及其他有特殊要求的生物洁净室则采用负压控制。要想有准确的压差控制值，在洁净室空气处理机组要求要有较低的漏风率，才能有较高的控制精度。同时采用集中送回风的分流段将在空调箱中被广泛应用。4.2.5. 拥有良好的过滤系统  无论是满足工艺设计要求的工业洁净室，还是满足医用、制药、实验动物等的生物工程，共同的特

21、点是要满足无尘，这将靠一套良好的空气过滤系统来完成。洁净技术对微生物、尘埃等的控制程度，主要取决于过滤器的性能。洁净室一般至少要经过三级过滤，空气处理机组配备初、中效过滤器，送风末端配高效过滤器。空气过滤器需要有良好的品质，一旦发生泄漏，就再也不可能达到洁净的可能。除了本身不能有任何的泄漏，过滤器在空调箱的密封也要引起注意。4.2.6. 采用变频技术  洁净空调系统大风量的特点带来了高能耗，各种节能技术在洁净空调系统中得到广泛的应用。其中变频技术在洁净空调系统中被广泛的选用。由于洁净空调一般至少要经过初效过滤器、中效过滤器(亚高效过滤器)、高效过滤器的过滤，而过滤器都是随着

22、使用的时间越来越久，其阻力也越来越大，和普通空气处理机组的送风机是按过滤器的计算阻力来选型的不同，在洁净室中选用空气处理机组的送风机电机功率都是按过滤器的终阻力来选型的，在空调系统运行初期，风机的压力是绝对足够克服系统的阻力来满足使用要求的，这时候采用变频器，可以将风机的转速降低，减少功耗，起到良好的节能目的；随着系统的运行，过滤器的阻力越来越大，空调系统的风量将会减少，通过风管里风量或者是静压变化提供变化的数据给变频器，又变频器将风机的转速变大，就可以满足系统风量的要求，同时也可以对风机转速的调节，对房间的正负压保持有良好的调节作用。另外选用变频风机，也可以在洁净室不使用时，将机组的转速变低

23、，送风机的风量减少，相当于值班风机的使用。4.2.7.相当的稳定性和可靠性  现代工业的高度发展，使得工业产品拥有体积小、高价值的特点，如果洁净空调机出现故障，将带来数于千计的损失，特别是医用洁净室中，如果在手术或者是产房过程中，如果空调机组出现故障，将带来生命的安危，因此要求空调机组拥有相当的稳定性和可靠性，要求空气处理机组的每一个部件采购中应该采用拥有良好的品质管理的厂家的产品，如在机组内部应该选用有AMCA认证的高品质风机和高品质的电机，对过滤器的选用也要非常慎用，特别是高效过滤器，如果有一个小孔，就带来无数的细菌，后果是无法想像的。另外在空气处理机组的生产和检测也要

24、严格按照国家的标准制造。5、 工业电气自动化在净化空调系统中的应用的必要性5.1. 净化空调中运用工业自动化是 GMP 参数及洁净室相关要求的需要。净化空调系统所控制的除一般空调系统的室内温、湿度之外，还要控制房间的洁净度和压力等参数，并且温、湿度的控制精度要求较高，特别是生产中的环境有很高要求。 5.2. 净化空调中运用工业自动化是提高空气运行质量的需要。在洁净室的气流分布、气流组织方面，要尽量限制和减少尘粒的扩散，使洁净室的气流不受污染。 5.3. 净化空调中运用工业自动化是提高正压风量的需要。洁净室与室外或邻室必须保持一定压差(正压或负压)，最小压差在 5 Pa 以上，这就要求有一定的正

25、压风量。6、 工业电气自动化在净化空调系统中的应用净化空调系统的工业电气自动化设计中，组合空调机组至关重要，作为集中式净化空调系统的主要设备，其组成包括新风口、送风口、回风口、排风口、风道、管件、过滤装置、加热器、新回风混合器、风机、表冷器、加湿器及消声器等功能段。净化空调系统的自动控制系统是整个空调系统的关键，回风温度和湿度的调节作用主要依靠加湿、加热和冷水电动二通阀及电动三通阀来完成；变送器、温度传感器和湿度传感器可协助完成对回风温度和湿度的监测过程；压力变送器可监测风机状态。所有系统实测数据均可通过显示屏显示出来。 在净化空调系统中应用工业电气自动化技术，每台冷水主机、空气处理风柜都有各

26、自独立的控制系统，一般可采用数字直接系统即DDC控制技术。控制系统可执行一系列连锁功能，如对新风入口处设置的风门、风机进行连锁作用，当风机停止后，新风风门全关；电动调节阀和风机同时关闭；压差开关可用来监测风机开闭状态。在控制过程中，应注意对加热电动调节阀、冷水电动调节阀的调节，保持1826的回风温度；在回风管内安装湿度传感器来检测湿度，保证回风湿度和洁净室湿度相近，回风湿度一般为40%60%，控制器采用比例加积分运算比较检测结果和设定湿度，调节蒸汽电动调节阀使洁净室湿度满足要求。DDC系统受到广泛应用，可实现联动控制、延迟控制、切换控制等多种操作，实现较完整的自动监控功能。相较于传统控制方式，

27、减少了控制器和接线的数量和复杂安装操作，减少了成本，功能灵活性更加优越。 计算机监控中心利用总线对现场的空调机组工作数据进行集中采集、修改和管理，是电气自动化在净化空调系统中的高级应用，有利于提高设备管理部门的工作效率。6.1净化空调系统的自控方案组合空调机组是净化空调系统中的主要设备，它集过滤装置、加热器、表冷器、加湿器、风机等于一体组成各功能段，用风管将洁净空气送给洁净室，空调机组流程如图所示：空调机组流程图净化空调系统控制方案的设计成功与否尤为关键，控制方案应设计为较完整的自动监控装置，可设计成单个系统的测量、控制系统，也可设计成数字计算机控制管理系统。其中数字直接控制系统(DDC系统)

28、在现代楼宇自控中应用广泛，且日趋成熟，怎样把这一成熟控制技术应用在净化空调系统中也是人们所关注的。以牡丹江天裕医药有限公司采用江森公司开发的DX一9100系列直接数字控制器为例，来阐述净化空调系统空气处理过程现场解决的方案。在设计中DX-9100系统控制器作为现场控制核心，与温度、湿度、电动阀等构成组合空调机组现场自动控制系统。对空调自控而言，采用DDC能获得良好效果。一般传统控制方式所需要的多个控制器及繁杂接线，才能实现联动控制、延迟控制、切换控制等多种控制。现在由一个DDC控制器就可以满足要求，与传统控制方式相比，在控制内容及规模相同的前提下，直接数字控制器的总成本大大减少，其功能及灵活性

29、更是传统控制方式所望尘莫及的。现以直接数字控制器为主的自控系统方案作一探讨。6.1.1. 1DX一9100直接数字控制器DX-9100直接数字控制器是现场控制装置，它安装在设备现场空调机房内。最常用DX-9100控制器是一个模块化、可扩展，在现场具有显示及操作能力的控制器，它的基本配置8、8DI、2AO、6120共24点，根据现场需要可增加各类型点的扩展模块，最多可扩展64个点。DX-9100的软件功能十分齐全，可实现各种现场控制要求。其操作系统包括实时功能、l2个可编程模块及PLC逻辑运算模块。由于它是由一个功能模块所构成，其图形化编程工具使得程序设计异常简单，用户只要简单地调用图块，填加参

30、数，控制程序便可生成。(1)除了完成各种运算及PID回路逻辑控制功能外，还具备多级控制及统计功能；(2)PLC逻辑运算模块，具备一般PLC控制功能；(3)实时功能可同时设置8个时间控制程序，每个时间控制程序可针对星期一至星期日及特定的一些公众假期，分别设定不同的启动关闭时间。如此强大的软件功能，决定DDC具有独立运作能力。6.1.2. 现场设备及功能以直接数字控制器为主的自控系统方案中，现场配置设备将达到以下功能：(1)压力变送器监测风机状态；(2)温度、湿度传感器和变送器监测回风温、湿度；(3)加热、加湿、冷水电动二通阀和电动三通阀调节回风温、湿度；(4)新风电动风阀保证新风阀开度，并与风机

31、连锁。6.2净化空调机组自控系统工作原理6.2.1 对温度的控制净化空调系统采用DDC控制。装设在回风管(回风温度近似于洁净室温度)的温度传感器所检测的温度送往DX-9100，与设定点相比较，用比例加积分加微分运算进行控制，输出相应电压信号，控制加热电动调节阀或冷水电动调节阀的动作，控制回风温度保持在1826之间，使洁净室温度符合GMP要求。6.2.2 对湿度的控制装设在回风管(回风湿度近似于洁净室湿度)内的湿度传感器所检测的湿度，送往控制器与设定湿度相比较，用比例加积分运算控制，输出电压信号，控制蒸汽电动调节阀的动作，控制回风湿度保持在4565，使洁净室湿度以满足GMP要求。6.2.3 直接

32、数字控制器为主的自控系统其它特点(1)系统中所有检测数据，均可在DX一9100显示屏上显示出来。1)新风、回风、预加热之温度，回风湿度；2)风机开停状态。(2)通过DX一9100内预先编写的逻辑程序，系统可执行下列连锁功能。1)装设在新风入口处的风门与风机连锁。当风机停止后，新风风门全关；2)电动调节阀与风机启动连锁。当风机停止后，电动调节阀亦同时关闭；3)风机启停状态是用压差开关检测的。当风机启动后，风机二侧压差超过其设定值时，开关常开触点闭合，信号送往DX-9100系统，控制程序立即投入运行。(3)输出可以通过手动超越控制，加热电动阀、加湿电动阀、冷水电动阀、新风电动风阀均可手动调节它们的开度。6.2.4 选择控制方案应注意点(1)净化空调机组的中初效过滤、中效过滤不适合用压