潔凈間自控系統解決方案

一、 規范
1. 1潔凈間空調系統相關(guān)規范
隨著(zhù)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、醫療等領(lǐng)域對潔凈間的要求越來(lái)越高，潔凈技術(shù)也隨之發(fā)展起來(lái)。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(shù)。按照中華人民共和國標準GBJ73-84《潔凈廠(chǎng)房設計規范》，其與空調系統相關(guān)的主要技術(shù)指標為：
1. 空氣潔凈度：
等級 每M3空氣中≥0.5微米塵粒數 每M3空氣中≥0.5微米塵粒數
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(mǎn)足生產(chǎn)要求;
(2) 生產(chǎn)工藝無(wú)溫、濕度要求時(shí)，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與非潔凈區之間的靜壓差，應不小于4.9Pa，潔凈區與室外的靜壓差，應不于9.8 Pa.。
此外，還有對于風(fēng)量，風(fēng)速等的技術(shù)要求?？傊?，潔凈間的各項指標都非常嚴格，因此，對其進(jìn)行精確的控制就成為必須。
1. 2潔凈間空調自控的意義
在現代商業(yè)及工業(yè)樓宇中，空調系統設備較多，自動(dòng)化管理是使其安全工作并良好運行的重要保證。同時(shí)，空調的能源消耗一般占總能源消耗的40%以上，因此空調節能是節能的重要手段。對潔凈間而言，更是如此。采用空調自控產(chǎn)品，會(huì )產(chǎn)生下列一系列好處：
首先，由于空調系統實(shí)現自動(dòng)化監控，可以使系統能夠更安全的運行，并zui大限度的提高舒適程度。對潔凈間來(lái)說(shuō)，更成為保證生產(chǎn)所必須的條件。
此外，由于實(shí)現了自動(dòng)化監控，可以在滿(mǎn)足系統安全運行及保證系統的各種技術(shù)指標的同時(shí)，zui大限度的實(shí)現節能控制，符合日益突出的節能和環(huán)保需要。有關(guān)資料表明，采用空調自控系統后，可節約空調系統設備年度運行費用的10%。更樂(lè )觀(guān)的估計認為可達15%-30%。而空調自控產(chǎn)品的投資占整個(gè)樓宇或廠(chǎng)房總投資的不到0.5%，收回投資時(shí)間短。
同時(shí)，由于實(shí)現設備的自動(dòng)控制和管理，可縮減人員維護，節約人員開(kāi)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(lái)潛在效益。
1. 3潔凈間空調控制系統功能簡(jiǎn)價(jià)
Excel 20中文版控制器是美國HONEYWELL公司先進(jìn)Excel 5000控制器家族中的一員。特別適合應用于潔凈間如手術(shù)室，潔凈廠(chǎng)房的空調控制，依照《潔凈室施工驗收規范》，《潔凈廠(chǎng)房設計規范應》，《采通風(fēng)與空氣調節設計規范》等國家標準，并綜合考慮上述各系統的內在，我們以Excel 20為核心構建了較完整的潔凈間空調自控系統，它具備以下特點(diǎn)：
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(guān)鍵故障(火災)報警及聯(lián)鎖
5. 非關(guān)鍵故障(濾網(wǎng)堵塞/送風(fēng)過(guò)熱)報警及聯(lián)鎖
6. 夏季防止送風(fēng)凝露/冬季防凍
7. 開(kāi)機順序和聯(lián)鎖等。
8. 自定義啟停時(shí)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構成
2. 1模擬儀表自動(dòng)控制
由模擬控制器(又稱(chēng)模擬控制儀表)、傳感器、執行器與被控對象組成的自控系統見(jiàn)圖2-1，這是單回路控制系統框圖。由于其理論成熟、結構簡(jiǎn)單、投資少、易于調整等因素，過(guò)去在空調、冷熱源及給排水等系統中得到廣泛應用。
一般模擬控制器為電氣式或電子式，只有硬件部分，無(wú)需軟件支持。因此，在調整、投運過(guò)程中比較簡(jiǎn)單。其組成一般為單回路控制系統，只能適用于小規?？照{系統。從發(fā)展趨勢來(lái)說(shuō)，己經(jīng)較少采用，在此不作進(jìn)一步說(shuō)明。
2.2計算機控制系統
由于計算機枝術(shù)、控制技術(shù)、通信技工及圖像技術(shù)的發(fā)展，使微計算機控制技術(shù)在制冷空調自動(dòng)控制的應用愈來(lái)愈普遍。傳統控制系統在引人微計算機后，就可以充分利用計算機的強大算術(shù)運算、邏輯　運算及記憶等功能，運用微機指令系統，編制出符合控制規律的軟件。微機執行這些程序，就能實(shí)現被控參數的控制與管理，如數據采集和數據處理等。
計算機的控制過(guò)程可歸納為實(shí)時(shí)數據采集、實(shí)時(shí)決策和實(shí)時(shí)控制三個(gè)步驟。這三個(gè)步驟不斷地重復進(jìn)行就會(huì )使整個(gè)系統按照給定的規律進(jìn)行控制、調節。同時(shí)，也對被控變量及設備運行狀態(tài)、故障等進(jìn)行監測、超限報警和保護，記錄歷史數據等。
應該說(shuō)，計算機控制在控制功能如精度、實(shí)時(shí)性、可靠性等方面是模擬控制所無(wú)法擬控制所無(wú)法比擬的。更為重要的是，由于計算機的引入而帶來(lái)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(wú)法實(shí)現的。因此，近年來(lái)，在制冷空調自動(dòng)控制的應用上，尤其在大中型空調系統的自動(dòng)控制中，計算機控制已經(jīng)占主導地位。
2.2.1直接數字控制
所謂在接數字控制是以微處理機動(dòng)為基礎、不借助模擬儀表而將系統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(dòng)執行器的控制方式，簡(jiǎn)稱(chēng)DDC(Direct Digital Control)，這種計算機稱(chēng)為直接數字控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)控制多個(gè)回路，相當于多個(gè)模擬價(jià)格比高等特點(diǎn)。
2.2.2集散型控制系統
集散型控制系統Total Distributed System縮寫(xiě)為T(mén)DS。與過(guò)去傳統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、現場(chǎng)傳感器與通信通道連接起來(lái)。
分站就是上述以微處理為核心的DDC控制器。它分散于整個(gè)系統各被控設備的現場(chǎng)，與現場(chǎng)的傳感器及執行器等直接連接，實(shí)現對現場(chǎng)設備的檢測與控制。中央站實(shí)現集中監控和管理功能，如集中監視、集中啟?？刂?、集中參數修改、報警及記錄處理等?？梢阅昕闯?，集散型控制系統的集中管理功能由中央站完成，而控制與調節功能由分站即DDC控制器完成。
二、 潔凈間空調自控系統的實(shí)現
3. 1空氣凈化
一般的潔凈間空間系統中，空氣化處理采用空氣過(guò)濾器。通常情況下，安裝初效過(guò)濾器和中效過(guò)濾器后，空氣潔凈度可以達到10000級。而對于的超凈要求的潔凈間還應安裝高效過(guò)濾器。這樣，空氣潔凈度可以達到更高(如100級甚至更高)。
過(guò)濾器長(cháng)期使用時(shí)，濾料上沉附的灰塵將慢慢增加，這樣會(huì )增大氣流阻力，影響整個(gè)空調系統的運行。因此，工程上應對過(guò)濾器的氣流阻力變力進(jìn)行自動(dòng)檢測和報警。通常采用差壓法測量過(guò)濾器前后的壓差Pd,并將此差壓信號進(jìn)行顯示和根據設定的差壓限值報警，以便及時(shí)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(chēng)預加熱，是用來(lái)加熱新風(fēng)或加熱新風(fēng)與一次回風(fēng)的混合風(fēng)。一次加熱一般只用于冬季很冷的地區，防止新風(fēng)與一次回風(fēng)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(dòng)的超凈空調系統中。
當采用蒸氣或熱水進(jìn)行加熱時(shí)，一般采用控制蒸氣或熱水的調節閥開(kāi)度實(shí)現溫度控制;當采用電加熱時(shí)，通過(guò)晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實(shí)現溫度控制。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(fēng)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(fēng)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(shí)，用于溫度微調而設置的加熱段。其控制應根據具體情況參照上述原理實(shí)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(guò)渡季節空氣干燥時(shí)進(jìn)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(kāi)關(guān)控制或功率調節。蒸汽加濕時(shí)，根據濕度控制要求，可通過(guò)對電磁閥進(jìn)行位式控制或采用二通調節閥的連續調節來(lái)實(shí)現。
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(lái)完成。表冷對空氣的處理的等濕冷卻二種處理過(guò)程。采用表冷器進(jìn)行濕度控制時(shí)，是通過(guò)調節表冷器的冷媒(如冷凍水)流量來(lái)實(shí)現。當濕度高于要求的值時(shí)，可通過(guò)加大冷水閥的開(kāi)度來(lái)加大其流量，實(shí)現除濕(即干燥)處理;反之減少流量，實(shí)現加濕處理。
應該說(shuō)明的是，由于空氣的物理性質(zhì)，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(gè)參數在調節過(guò)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，對其中某一參數進(jìn)行調節時(shí)，也會(huì )引起另一參數的變化。例如在夏季采用表冷器進(jìn)行除濕調節，開(kāi)大冷水閥時(shí)，在使濕度恢復正常的同時(shí)，也使溫度降低。因此，在工藝設計和自控方案設計時(shí)都應充分考慮到這一特點(diǎn)。
3.4正壓控制
我國國家標準規定，不同級別潔凈室之間應大于4.9Pa,潔凈區與之間應大于9.8 Pa。潔凈室內的結構等基本確定，在運行過(guò)程中，保持正壓可以通過(guò)控制新風(fēng)量或回風(fēng)量來(lái)實(shí)現。即通過(guò)控制新風(fēng)門(mén)或回風(fēng)門(mén)的開(kāi)度來(lái)實(shí)現。
3.5其它控制與空調節能
對潔凈間而言，除上述必需保證的技術(shù)指標示，還有一些對于安全與節能等方面的要求。結合多年的工程實(shí)踐，主要有如下一些方面。
3.5.1風(fēng)機故障報警
通過(guò)檢測風(fēng)機的風(fēng)流狀態(tài)判斷風(fēng)機是否正常工作。若因電機燒毀或皮帶松動(dòng)等原因導致風(fēng)機停轉，應立即報警?lt;BR>3.5.2風(fēng)機變頻控制
為保持潔凈間內穩定的正壓或一定的新風(fēng)/回風(fēng)比，可以對機(電機)轉數實(shí)施變頻控制。實(shí)踐證明，變頻控制比單純的風(fēng)門(mén)開(kāi)度調節控制效果更佳，而且可大幅度節約電力消耗。因為在空調系統中，新風(fēng)/回的輸送占電能消耗的zui大比例。而風(fēng)門(mén)控制實(shí)際上是通過(guò)節流裝置(即風(fēng)門(mén))來(lái)實(shí)現氣流的改變。
3.5.3水泵變頻控制
在一泵對一調節系統時(shí)，采用變頻調速(水泵轉數)實(shí)現流量控制比采用節流裝置(即調節閥)為佳。這種方式不僅體現在控制效果更佳，同時(shí)體現在大幅度節約電力消耗上。
3.5.4節能程序
由于計算機控制系統的應用，使節能控制成為現實(shí)。即除了上述對空調系統工藝特點(diǎn)實(shí)施的節能控制手段外，計算機控制還可實(shí)現如焓差控制、夜晚循環(huán)、夜風(fēng)凈化、啟停、零能量區等。當然，對于某個(gè)特定的潔凈廠(chǎng)房，其節能程序應根據其具體情況進(jìn)行編制，以達的節能效果。
四、 空調控制系統的設備配置
實(shí)現空調自動(dòng)控制系統的設備有控制器、傳感器及執行器等。如前的主流控制系統己以從模擬控制轉變?yōu)橛嬎銠C控制，在此，主要對實(shí)現直接數字控制既DDC控制的設備作簡(jiǎn)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(gè)物理點(diǎn)，(即可聯(lián)接16個(gè)探測器，開(kāi)關(guān)，執行器)。
它由基本的CPU模塊及電源模塊作為基礎，再任意按照實(shí)際需要由軟件置以下功能模塊：
類(lèi)比輸和入模塊(AL)：7個(gè)點(diǎn)，0~1VDC，2~10VDC，420MA;
類(lèi)比輸出模塊(AO)：3個(gè)點(diǎn)，210VDC;
數字輸入模塊(DI)：2點(diǎn)，干接點(diǎn);
數字輸出模塊(DI):4個(gè)繼電器輸出
開(kāi)關(guān)量的啟/?？梢酝ㄟ^(guò)時(shí)間計劃表來(lái)控制其何時(shí)啟停。彈性時(shí)間計劃zui長(cháng)可達1年.
4.2溫度傳感器
室內溫度傳器T7412，設定點(diǎn)可調,有效溫度范圍：-20℃到50℃，zui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(xiàn):2X 1.5MM2,應與線(xiàn)電源屏蔽，室外溫度傳感器C703F，有效溫度范圍:-20℃到50℃;zui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(xiàn):2×1.5MM2,應與線(xiàn)電源屏蔽，風(fēng)道式溫度傳感器C7031C，有效溫度范圍:-20℃-50℃，zui大傳輸距離:200米
4.4冷熱水閥及驅動(dòng)器，比例積分電動(dòng)閥
其中包括：閥門(mén)V5011，等百分比特性，電動(dòng)閥門(mén)執行器ML7984或M7421，選配不同閥體,適用于冷凍水,熱水介質(zhì)，DN25-150各格供選擇
4.5蒸汽加熱/加濕閥及驅動(dòng)器
閥門(mén)V5011，線(xiàn)性特性，電動(dòng)閥門(mén)執行器M7421，選配不同閥體,適用于蒸汽介質(zhì)，DN25-150各規格供選擇
4.6電動(dòng)風(fēng)門(mén)驅動(dòng)器
電動(dòng)新風(fēng)閥ML6184，風(fēng)門(mén)執行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX，適用于0.75M2-15M2面積的風(fēng)門(mén)，有開(kāi)關(guān)型/斷續型/連續型供選擇
4.7空氣壓差開(kāi)關(guān)
DPS400，壓力范圍:40-400Pa，保護級:IP54，開(kāi)關(guān)容量:1.5A/250VAC
4.8空氣壓差表及壓差變送器
1. 微壓差表2000系列:
現場(chǎng)顯示:指針顯示;測量范圍:zui小節0-60 Pa;
2. 微壓差變送器MODT30
測量范圍:zui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. 便攜式數字溫/濕度表485-1/2:量程:溫度-30-85℃ ;濕度0-100%RH;精度:溫度±0.5℃;溫度±2%RH;供電:9V堿性電池;探頭長(cháng)度:219mm(485-2型).
2. 便攜式數字壓力/壓差表477型(帶溫度顯示):
量程:zui小0-1000 Pa;工作溫度:0-50℃;精度:50%FS;供電:9V堿性電池;
3. 便攜式數字風(fēng)速表471型(帶溫度顯示):
量程:zui小0-1000 Pa;工作溫度:0-40℃;精度: ±3%FS;供電:9V堿性電池;
4. 便攜式數字粒子計數器:
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;
存儲數據:200組;RS232/RS485輸出;顯示:4行液晶顯示,7位計算結果;