潔淨（jìng）廠房空（kōng）調自（zì）控係統方案分析

一、前言
1、潔淨廠房空調係統相關規範
隨（suí）著經濟的發展和生活水平的提高，目前在電子（zǐ）、製藥、食品、生物工程、醫療等領域對（duì）潔淨間的要求越來越高，潔淨技術也隨之發展（zhǎn）起來。它綜合（hé）了工藝、建築、裝飾、給排水、空氣淨化、暖通空（kōng）調等各方麵的技術。按照中華人民共和國標準《潔淨廠房設計（jì）規範》，其與空調係統相關的主要技術指標（biāo）為：
A、空氣潔淨度
B、溫（wēn）、濕度
C、潔淨室正壓
潔淨室必（bì）須維持一定的正壓。不同等級的潔淨室以及潔淨區與非潔淨區之間的壓差，應不小於5Pa，潔淨區與室外的壓差，應（yīng）不於10Pa。此外，還有對（duì）於風（fēng）量（liàng），風（fēng）速等的技術要求。總之，潔淨間的各項指標都非常嚴格，因此，對其進（jìn）行的控製就成為必要。
2、潔（jié）淨室空調自（zì）控的意義
在現代工業廠房中，空調係統設備較多，自動化管理是使其安全工作並良好運行的重要保證。同時，空（kōng）調的能源消耗一般占總能源消耗的40％以上，因此空調節能（néng）是節（jiē）能的重要手（shǒu）段。對潔淨室而言，更是如此。采用空（kōng）調自（zì）控產（chǎn）品，會產生下列一係列優點：
A、先進性和實用性
空調自控（kòng）管理係統建設於信息時（shí）代，係統方（fāng）案與（yǔ）當前科學技（jì）術高速發展的潮（cháo）流（liú）相吻合。係統總體結構定位於高起點、開放式、模塊化，從而建設一個可擴展的平台，保護前期工（gōng）程與後續技術的銜接。
液晶觸摸屏顯示，可以顯示溫度、濕度、蒸汽（qì）及冷凝水溫度，壓差顯示。並且可以（yǐ）直接（jiē）在屏幕（mù）上做調解（jiě）及各項設置，方便快捷。
B、可（kě）靠性
係統每天24小（xiǎo）時連續工作（zuò），局部設備故障不會影響整個係統的正常運行，也不會影響其它智能（néng）化子係統的正常運行。關鍵的係統部件對故障容錯和數據備份（fèn）應提供相（xiàng）應的解決措施。
C、經濟性（xìng）
係統選（xuǎn）用的設備及其（qí）係統，是以現（xiàn）有成熟的設備和係統為基礎，以總體目標為方向，局部服從（cóng）全局，力求係統在初次投入和整個運行生命周期內獲得*的性能價格比（bǐ）。
D、易維護性
係統中需要監視和監控的設備品種繁多，而且位置分散（sàn），要保證日常係統（tǒng）正常工作、可靠運行，係統必須具有高度可靠（kào）的可維護性和易維護性。做到所需人（rén）員少，維護工作量小（xiǎo），維護（hù）強度弱，維護費用低。
E、開放性和可擴展性
係統采用國家和標準（zhǔn）及規（guī）範（fàn），兼容不同廠家、不（bú）同協議的設備和係統。采用符合工業標準的操作係統、網絡技術、相關（guān）數據和圖形係統。各子係統可方（fāng）便進（jìn）出總係統，同時具有開放接（jiē）口，以便用戶進行二次開發。
3、潔淨室空調控製係統功能簡介
按照本（běn）項目，本次以（yǐ）美國HONEYWELL公司生產的Excel5000控製器為例，做設計分析。美國HONEYWELL公司生產的Excel5000特別適合應用於潔淨間如手術室，潔淨廠房的空調控製，依照《潔淨室施工驗收（shōu）規範》，《潔淨廠房設計規範應》，《采通風（fēng）與空（kōng）氣（qì）調節設計規範》等國家標準，並綜合考慮上述各係統的（de）內在，我們以Excel20為核心構建了較完整（zhěng）的潔淨間空調自控係統，它具（jù）備恒溫恒濕比例積分（fèn）控製、室內遠程啟停空調、室（shì）內溫度設定、關鍵故障（火災）報警（jǐng）及聯鎖、非關鍵（jiàn）故障（濾網堵塞/送風過熱（rè））報警及聯鎖、夏季防止送風凝露/冬季防（fáng）凍、開機順（shùn）序和連鎖、自定義啟停時間程序（xù）等特點。
二、潔淨間空調自控係統構成
1、模擬儀表自動控製
模擬控製儀表由於其理（lǐ）論成熟、結構簡單（dān）、投資少、易於調整等因素，過去在空調、冷熱源及給排水等係統中得到廣（guǎng）泛應用。一般模擬控（kòng）製器為電氣（qì）式或電子（zǐ）式，隻有硬件（jiàn）部分，無需軟件支持。因此，在調整（zhěng）、投（tóu）運（yùn）過程中比（bǐ）較（jiào）簡單。其組成一般為單回路控製係統，隻能適用於小規模空調係統。從發展（zhǎn）趨勢來說，己經較少（shǎo）采用，在此不作進一步說明。
2、計算機控製係（xì）統
由於計算機枝術、控製技術、通信技工及（jí）圖像技術（shù）的發展，使微計算機控製技術在製冷（lěng）空調自動控製的應用愈來愈普遍。傳統控（kòng）製係（xì）統在引入微計算機後，就可以充分利用計算機（jī）的*算術（shù）運算、邏（luó）輯運算及（jí）記憶等功（gōng）能，運用微機指令（lìng）係統，編製出符合控製規律的軟件。微機執行這些程序，就能實現被控參數的（de）控製與管理，如（rú）數據采集和數據處理等。計算機的（de）控製過程可歸（guī）納為實時數據采（cǎi）集、實（shí）時決策和實時控製（zhì）三個步驟（zhòu）。這三個步驟不斷（duàn）地重複進行就會使（shǐ）整個係統按（àn）照給定的規律進行控製、調節。同時，也對（duì）被控變量及（jí）設備運行狀態、故障等進行監測、超限報警和保護，記錄曆（lì）史數（shù）據等。應該說，計算機控製（zhì）在控（kòng）製功能如精度、實時性、可靠性等方麵是（shì）模擬控（kòng）製所無法擬（nǐ）控製所*的。更為重要的是，由（yóu）於計算機的引入而帶（dài）來的管理功能（如報警管理，曆史記錄等）的增強更是模（mó）擬控製器根本無（wú）法實現的。因此，近年來，在製冷空（kōng）調自動控製的應用上，尤其在大中型空調係統的自動控製中，計（jì）算機控製已經占主導地位。
A、直接數字控製
所謂直接數字（zì）控（kòng）製是以微（wēi）處理機動為基礎、不借助模擬儀表而將係統中的傳感器或變送器（qì）的輸出信號直接輸入到微型計算機中，經微型計算機按預（yù）先編製的（de）程序計算（suàn）處理直接驅動執行器的控製（zhì）方式，簡稱DDC（Direct Digital Control），這種計算機稱為直接數字（zì）控製器，簡稱DDC控製器。DDC控製（zhì）器中的CPU運行速度很快，並且其配置的輸入出（chū）端口（I/0）一般較多。因此，它可以同時控（kòng）製多個回路，相當於多個模擬係統，具有價格比高等特（tè）點（diǎn）。
B、集散型控製（zhì）係統
集散型控製係統Total Distributed System縮寫為TDS。與過去傳統的計（jì）算機控製方法相比，它的控（kòng）製（zhì）功能（néng）盡可（kě）能分散，管理（lǐ）功能盡可能集中。它是由中央站、分站、現場傳感（gǎn）器與通信通道連接起來。分站就是上述以微處理（lǐ）為核心的DDC控製器。它分散於整個係統各被控設備的現場，與現場的傳感（gǎn）器及執行器等直接連接，實現對現場設備的檢測與控製。中央站實現集（jí）中監控和管理功能，如集中監視（shì）、集中啟（qǐ）停（tíng）控製、集中參數修改、報警及記錄處理等。可以看出，集散型控製係統的集（jí）中管理功能由中央站完成，而控製與調（diào）節功能由（yóu）分站即DDC控製器完成。
三、潔淨室（shì）空調自控係統的實現
1、空（kōng）氣淨（jìng）化
一般的潔淨（jìng）室空間係（xì）統（tǒng）中，空氣化處理（lǐ）采（cǎi）用空氣（qì）過濾器。通常情況下（xià），安裝初效過濾器和中效過濾器後，空氣潔淨度可以達到100000級。而對於的超淨要求的潔（jié）淨間還（hái）應安裝（zhuāng）過濾（lǜ）器。這樣，空氣潔淨度可以達到更高（如（rú）100級甚至更高）。過濾器長期使用時，濾料上沉附的灰塵將慢慢增加，這樣會增大氣流阻力，影響整個空調係統的運行。因此，工（gōng）程上應對過濾器的氣（qì）流阻力變力進行自動檢測和報警。通常采用差壓法測（cè）量過濾器前後的壓（yā）差Pd,並將此（cǐ）差壓信號進行顯示和根據設定的差（chà）壓限值報警，以（yǐ）便及時清理或更換。
2、溫度控製
一次加熱的控（kòng）製
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（cì）加熱一般隻用於冬季很冷的地區，防止新風與一次回風混合後達到飽和，產生（shēng）水（shuǐ）霧或結冰。一次加熱還（hái）應用於一次混合不允許變動的超淨空調係統中。當采用蒸氣或熱水（shuǐ）進行加熱時，一般采用控製蒸氣或（huò）熱水的調節閥開度實現溫度（dù）控製；當采用電（diàn）加熱時，通過晶閘管電力控製器，控製其加熱電功率實現溫度控製。
3、濕度控製
A、加濕處理及控製
潔（jié）淨間空調工程（chéng）中，加濕操作一般是在冬季或過渡季節空氣幹燥時進行。空氣加濕的方法比較多。通常（cháng）采用蒸汽（qì）加濕器和（hé）電加濕器的開關控製或功率調節。蒸汽加濕時，根據濕度控製要求，可通過對電磁閥進（jìn）行位式控製或采用二通（tōng）調節閥的連續調（diào）節來實現。
B、除濕（幹燥）處理及控製
空氣冷卻幹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（biǎo）冷器進行濕度控製時，是通過調節表冷器的冷媒（如（rú）冷凍水）流（liú）量來實（shí）現。當濕度高於要求的值時（shí），可通過加大冷水閥的開度來加大其流量，實現除濕（即幹燥）處理；反之減少流量，實現加濕處理。應該說明的是，由於空氣的物（wù）理性質，其濕度的控製相（xiàng）對比較複雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個參數在調節過程中又相互影（yǐng）響。如（rú）某些原因使（shǐ）室內溫（wēn）度升高，引起空（kōng）氣（qì）中水蒸汽的（de）飽和分壓變化，在含濕量不變的（de）情況下，將使相對濕度減少（shǎo）。因此，對其中某一參數進（jìn）行調節時，也會引起另一參數的變化。例如在夏季采用表冷器進行除濕調節，開大冷水閥時，在使濕（shī）度恢複正常的同時，也使溫度降低。因此，在工藝設（shè）計和自控方案設計時都應充（chōng）分考慮到這一特點。
4、正壓控製（zhì）
我國國家標準規定，不同級別潔淨室之間應大於（yú）5Pa,潔淨區與之間應大於10Pa。潔淨室內的結構等基本確定，在（zài）運行過程（chéng）中，保持正（zhèng）壓可以通過控製新（xīn）風（fēng）量或回風（fēng）量來實現。即通過（guò）控製新風門或回風門的開度來（lái）實現（xiàn）。
5、其它控製與空調節能
對潔淨室而言，除上述必需保證的技術指標示，還有一些對於安全與節能等方麵的要求。結合多年的工程（chéng）實踐（jiàn），主要有如下一些方（fāng）麵。
A、風機故障報警
通過檢測風機的風流狀態判斷風機（jī）是否（fǒu）正（zhèng）常工作。若因（yīn）電機燒毀或皮帶鬆動等原因導致風機停（tíng）轉，應立即（jí）報（bào）警（jǐng）。
B、風機（jī）變（biàn）頻控製
為保持潔淨室（shì）內穩定的正壓或一定的（de）新風/回風比，可以對（duì）機（電機）轉數實（shí）施變頻控製。實（shí）踐證明，變頻控製（zhì）比單純的風門開度調節控製效果更佳，而且可大幅度節（jiē）約電（diàn）力消（xiāo）耗。因為在空調係統中（zhōng），新/回風的輸送占電能消耗的zui大比例。而風門控製實際上是（shì）通過節流裝置（即風門）來實現氣流的改變。
C、水泵（bèng）變頻控（kòng）製（zhì）
在一泵對一調節係統時，采用變頻調速（水泵（bèng）轉數）實現流量控製比采用節流裝置（即（jí）調節閥）為佳。這（zhè）種方式不僅體現在控製效果更佳，同時體現在大幅度節約（yuē）電（diàn）力消耗上。
D、節能程序
由於（yú）計算機控（kòng）製係統的（de）應用，使節（jiē）能（néng）控製成為現實。即除（chú）了上述對空調係統工藝特點實施的節能控製手段（duàn）外，計算機控製還可（kě）實現（xiàn）如焓（hán）差控製、夜晚循環、夜風淨化、*啟停、零能量區等。當然，對於某個特（tè）定（dìng）的潔淨廠房，其（qí）節（jiē）能程序應（yīng）根據其具體（tǐ）情況進行編製，以達到*的節能效果。
四、空調控製（zhì）係統的設備配置
實現空（kōng）調自動控製係統的設備有控製器、傳感器及執行器等。當（dāng）前的主流控製係統己從模（mó）擬控製轉變為計算機控製，在（zài）此，主（zhǔ）要（yào）對實現直接數字控（kòng）製（既DDC控製）的設備（bèi）作簡單介紹。
1、後備電池：3V鋰電池 液晶（jīng）顯示：4行×16安符 EPROM中（zhōng）駐有標準程序。
Excel能型DDC控製器，是（shì）中國國家標準規定的DCP智能型分（fèn）站。每台控製器之編程均貯存在自己的記憶體（tǐ）內。Excel20含有16位微處理（lǐ）器i80186可控（kòng）製16個物理點，（即可聯接16個探測器，開關（guān），執行器）。它由基（jī）本（běn）的CPU模塊（kuài）及電源模塊作為基礎，再任意按照實際需（xū）要（yào）由軟件置以下功能模塊：類比輸和入模塊（AL）：7個（gè）點，0~1VDC，2~10VDC，420MA；類比輸出模塊（AO）：3個點，210VDC；數字輸入模塊（DI）：2點，幹接點（diǎn）；數字輸（shū）出模（mó）塊（DI）：4個繼電器輸出；開關量的啟/停可以通過時間（jiān）計劃表來控製其何時啟停；彈性時間計劃zui長可達1年。
2、溫度傳（chuán）感器
有效溫度範圍：-20℃到50℃ zui大傳輸（shū）距離（lí）：200米。
環境要求：-35℃到（dào）60℃、5％RH到95％RH 電氣接線：2×1.5MM2，應與線電源屏蔽（bì）。
3、冷熱水閥及驅動器
比例（lì）積分電動閥。其中包括：閥門V5011、等百分（fèn）比特性、電動閥門執行器ML7984或M7421、選配不同閥體（tǐ）適用於冷凍水和熱水介質、DN25-150各格供選擇。
4、蒸汽加熱/加濕閥及驅動（dòng）器
閥門V5011、線性特性、電動閥門執行器M7421、選配不同閥體,適用於蒸汽介質、DN25-150各規格供選擇、4.6電動風門驅（qū）動器、電動新風（fēng）閥ML6184、風（fēng）門執（zhí）行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX、適用於0.75M2-15M2麵積（jī）的風門、有開關型/斷續型/連續型。
5、空氣壓差開關 DPS400
壓力範圍：40-400Pa 保護級：IP54。
開關容量：1./250VAC 6、空氣壓差（chà）表及壓差變送器 微壓差表（biǎo）2000係列： 現場（chǎng）顯示：指（zhǐ）針顯示； 測量範圍：zui小節0-60Pa； 微壓（yā）差變送（sòng）器MODT30 測量範圍（wéi）：zui小0-25Pa 輸（shū）出信號：4-20MA 輸入信（xìn）號：空氣壓差 工作電源：10-35VDC。
6、其它檢測、校驗儀器
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（dù）：溫度±0.5℃、溫（wēn）度±2％RH；供電：9V堿性電池；探頭長度：219mm（485-2型）。
便攜式數字壓力/壓差表477型（帶溫度顯示）：量程：zui小0-1000Pa；工作溫度（dù）：0-50℃；精度：50％FS；供電：9V堿（jiǎn）性電池。
便攜（xié）式數字風速表471型（帶（dài）溫度顯示）：量程：zui小0-1000Pa；工作溫度：0-40℃；精度：±3％FS；供（gòng）電：9V堿性電池。
便攜式數字粒子計數器：手持式、電池操（cāo）作；以0.1FM（立方（fāng）英尺（chǐ）/分鍾）計算0.3或0.5微米粒子；5種計算模式；存儲數據：200組（zǔ）；RS232/RS485輸出（chū）；顯（xiǎn）示：4行液晶顯示、7位計算結果。