潔淨廠房空調自控（kòng）係統方案分析

一、前言
1、潔淨廠房（fáng）空調係統相關規範
隨著經濟的發展和生（shēng）活水平的提高，目前在電子、製藥、食品、生（shēng）物工程、醫療等領域（yù）對（duì）潔淨間的要求越來越高，潔淨技術（shù）也隨之發展起來。它綜合了工藝、建築、裝飾、給排水、空氣淨化、暖通空調等各方麵的技術。按照中華人民共和國標（biāo）準《潔淨廠房設（shè）計規範》，其（qí）與空調係統相關的主要技術指標為：
A、空氣潔淨度
B、溫、濕度
C、潔淨室（shì）正壓
潔淨室必須維持一定（dìng）的正壓（yā）。不（bú）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，應不於10Pa。此外，還（hái）有（yǒu）對於風量，風速等的技術（shù）要求。總之，潔淨間的各項指標都非（fēi）常嚴格，因此，對其進行的控製就成為（wéi）必要。
2、潔淨室空調自控的意義
在現代工業廠房中，空調係統設備較多（duō），自動化管理是使其安全工作並良（liáng）好運行的重要保證。同（tóng）時，空調的能（néng）源消耗一般占總能（néng）源（yuán）消耗的40％以（yǐ）上，因此空調節（jiē）能是節能的重要（yào）手段（duàn）。對潔淨室而言，更是如此。采（cǎi）用空調自控產品（pǐn），會產生下列一係列優點：
A、先（xiān）進性和實用性
空調自控管理係統建設於信（xìn）息時（shí）代，係統方案與當前科學技術高速發展的潮流相吻合。係統總體結構（gòu）定位於（yú）高（gāo）起點、開放式、模（mó）塊化，從而建設一個可（kě）擴展的平台，保護前期工程（chéng）與後續技術的銜接。
液（yè）晶觸摸屏顯示，可以顯示溫度、濕度、蒸汽及冷（lěng）凝水溫度，壓差顯示。並且可以直接在（zài）屏（píng）幕上做調解及各項（xiàng）設置，方便快捷。
B、可靠性
係（xì）統每天24小時連續工作，局部設（shè）備故障不會（huì）影響整個（gè）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（jiàn）的係統（tǒng）部件對故障容錯和數（shù）據（jù）備份（fèn）應（yīng）提供相應的解決措施。
C、經濟性
係統選用的設備及其係統，是以（yǐ）現有（yǒu）成熟的設備和係統為基礎，以（yǐ）總體目標為方向，局部服從全局，力求係統在初次投入和整個運行生命周期內獲得*的（de）性能價（jià）格比。
D、易維護性
係統中需要監視和監控的設備品種（zhǒng）繁多，而且位置分散，要保證日常係統正常工作、可靠運行（háng），係統必須具有高度（dù）可靠的（de）可維護性和易維護性。做到（dào）所需人員少，維護工作量小，維護強度弱，維護費用低。
E、開放性和可擴展（zhǎn）性
係統采用國家和標準及規範，兼容不同廠家、不同（tóng）協議的設備和係統。采（cǎi）用（yòng）符合（hé）工業標準的操（cāo）作（zuò）係統、網絡技術（shù）、相關數據（jù）和圖形係統。各子係統可方便進出（chū）總係統（tǒng），同時具有（yǒu）開放接口，以便用戶（hù）進行二次開發。
3、潔淨（jìng）室空調（diào）控製係統功能簡介
按（àn）照（zhào）本項目，本次以美國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（de）Excel5000特別適合（hé）應用於潔淨間（jiān）如手術室，潔淨廠房的空調控（kòng）製，依照《潔（jié）淨室（shì）施（shī）工驗收規範》，《潔淨廠房設計規範應》，《采通風與空氣調節設計規範》等國家標準，並綜合考慮上（shàng）述各係統的內在，我們以Excel20為核心構建了較完整的潔淨間（jiān）空調自控係統，它具備恒溫恒濕（shī）比例積分控製、室內遠（yuǎn）程啟停空調（diào）、室內溫度設定、關鍵故障（火災）報警及聯鎖、非關（guān）鍵故障（濾網堵塞/送風過熱）報警及聯鎖、夏（xià）季防止送風凝露/冬季防凍、開（kāi）機順序和連鎖、自定義啟停時間程序等特點。
二、潔淨間空調自控係統構成
1、模擬儀表自動（dòng）控製
模（mó）擬控製儀（yí）表由於（yú）其理論成熟、結構簡單、投資少、易於調整等因素，過（guò）去在空調、冷熱源及給排水等係統中得到廣泛應用。一般模擬控製器為電氣（qì）式或電（diàn）子式，隻有硬件部分（fèn），無需軟件支持。因此，在（zài）調整、投運（yùn）過（guò）程中比較簡單。其組成一般為單（dān）回路控製（zhì）係統，隻能適用於小規模空調係統（tǒng）。從發展趨勢來說，己經較少采（cǎi）用，在此不作（zuò）進（jìn）一步說明。
2、計算機控製（zhì）係統
由於計算機枝術、控製技（jì）術、通信技工及圖（tú）像技（jì）術的發展，使微（wēi）計算機（jī）控製技術在製冷空調自動控製的應用愈來愈普（pǔ）遍。傳（chuán）統控製係統在引入微計算機後，就可以充分利用計算機的強大算術運（yùn）算、邏輯運算及記憶等功能，運用微機指令係統，編製出符合控製規律的軟件。微機執行這些程（chéng）序，就能實現被控參數的（de）控製與管理，如數據采集和數（shù）據處理等。計算機的控製過程可歸納為實（shí）時數（shù）據采集、實時決策和實時控製三個步驟（zhòu）。這三個步驟不斷地重複進行就會使整個係（xì）統按照給定的規律進行控（kòng）製、調節。同時，也對被控變量及設備運行狀態、故障等進行監測、超限（xiàn）報警和保護，記錄（lù）曆史數據（jù）等。應該說（shuō），計算機控製在控製功能如精度（dù）、實時性、可靠（kào）性等方麵是模擬控製所無法擬控製所*的。更為重要的是，由於計算機的引入而帶來的管理功能（如報警管（guǎn）理，曆史記錄等）的增強（qiáng）更是模（mó）擬（nǐ）控製器根本無法實現的。因此，近年來，在製冷空調自動控製的應用上，尤其在大中（zhōng）型空調係統的自動控製中，計算機控製已經占主導地位。
A、直接（jiē）數（shù）字控製
所謂直接數字控製是以微處理（lǐ）機動為基礎、不借（jiè）助模擬儀表而（ér）將係（xì）統中的傳感器或變送器的輸出信號直接（jiē）輸入到微型（xíng）計算機中，經微型計算機按預先編製的程（chéng）序計算處理直接（jiē）驅動執行器的控製方（fāng）式，簡稱DDC（Direct Digital Control），這種計算機稱為直接數字控製器（qì），簡稱DDC控製器。DDC控製器中的CPU運行速度很快，並且其配置（zhì）的輸入出端口（I/0）一般較多（duō）。因此，它可以同時控製（zhì）多個回路，相當於多個模擬係統，具（jù）有價格比高等特點。
B、集散型控製係統
集散型控製係統Total Distributed System縮（suō）寫為TDS。與過去（qù）傳統（tǒng）的計算機控製方法相比，它的控製（zhì）功能盡可能分（fèn）散，管理功能盡可能集中。它是由中央站、分站、現場傳感器與通信通道（dào）連接起來。分站就（jiù）是上述以微處理為核心的DDC控製器。它分散於整（zhěng）個係統各（gè）被控設備（bèi）的現場，與現場的傳感器及執行（háng）器（qì）等直接連接，實現對現場設備的檢測（cè）與控製。中央站實現集中監控和管（guǎn）理功能，如（rú）集中監視、集中啟停控（kòng）製（zhì）、集中參（cān）數修改、報警及記錄處理等。可以看出，集散型控製（zhì）係統的集中管理功能由中央站完成，而控製與調節功能由分站即DDC控製（zhì）器完成。
三、潔淨（jìng）室空調自控係統的實現
1、空氣淨（jìng）化
一（yī）般的潔淨室空間係統中，空（kōng）氣化處理采用空氣過濾器。通常情況下，安裝初效過濾器和中效過濾（lǜ）器後（hòu），空氣潔淨度可以達（dá）到100000級。而對於的超淨（jìng）要求的潔淨間還應安裝過濾器。這樣，空氣潔淨（jìng）度可（kě）以達到更高（如100級甚至更高）。過濾（lǜ）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（de）運行。因此，工程上應對過濾器的氣流阻力變力進行自動檢測和報警。通常采用差壓法測量過濾器前後的壓（yā）差Pd,並將此差壓信號進行顯示（shì）和根據（jù）設定（dìng）的差壓限值報警，以便及時清理或更換。
2、溫度控製（zhì）
一次加熱的控製
空氣一次加熱（rè）又稱預加熱，是用來（lái）加熱新風或加熱新風與一次回風的混合風。一次加熱一（yī）般隻用（yòng）於冬季很冷的地區（qū），防止新風與（yǔ）一次回風混合（hé）後達到飽和，產生水霧或結冰（bīng）。一次加熱還應用於一次混合不允許變動的超（chāo）淨空調係統中。當采用蒸（zhēng）氣或熱水進（jìn）行（háng）加熱時，一般采用（yòng）控（kòng）製蒸氣或熱（rè）水的調節閥開度實（shí）現溫度（dù）控製；當采用電加熱時，通過晶閘管電力（lì）控製器，控製其加熱（rè）電功（gōng）率實現溫度控製。
3、濕度控製
A、加濕處理及控製
潔淨間空調工程中，加濕操作（zuò）一般是在冬季或過渡季節空氣幹燥時進行。空氣加濕（shī）的方法比（bǐ）較多。通常采用蒸汽加濕（shī）器和（hé）電加濕器的（de）開關控製或功率調節。蒸汽加濕時，根據濕度控製要求，可（kě）通過對電磁閥（fá）進行位式控製或采用二通調節（jiē）閥的連（lián）續調節來實現。
B、除（chú）濕（幹燥）處理及控製（zhì）
空氣冷卻幹（gàn）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。采用表冷器進行濕度控製時，是通過（guò）調（diào）節表冷器的冷（lěng）媒（如冷凍水）流量來（lái）實現。當濕度高於要求的值時，可通過加大冷水閥的開度來加（jiā）大其流量，實現除濕（即幹（gàn）燥）處理（lǐ）；反之減少流量（liàng），實現加濕處理。應該說明的是（shì），由於空氣的物理性質，其濕度的控製（zhì）相對（duì）比較複雜（zá），方法也較多。而且，空（kōng）氣的（de）溫度和濕度二個參（cān）數在調節過程中又相互影響。如（rú）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（qí）中某一參數進行調節時（shí），也會引（yǐn）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（zài）使濕度恢複正常的同時，也使溫度降低。因此，在工藝設計和自控方案設（shè）計時都應充分考慮到這一特點（diǎn）。
4、正壓控製
我國國家（jiā）標準規定（dìng），不同級別潔淨室之間應大於5Pa,潔淨（jìng）區與之間應大於10Pa。潔淨室內的結（jié）構等（děng）基本確定，在（zài）運行過程中，保（bǎo）持正壓可以通過控製新風量或回風量來實（shí）現。即（jí）通過控製新風門或回（huí）風門的開度（dù）來實現。
5、其它（tā）控製與空調節能
對潔（jié）淨室（shì）而言，除上（shàng）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。結合多年的工程實（shí）踐，主要有如（rú）下一些方麵。
A、風機故障報警
通過檢測風機的風流狀態判斷風機是否正常（cháng）工作。若因電機燒毀或皮帶鬆動等原因導致風機停轉，應立即報警。
B、風機變頻控（kòng）製（zhì）
為保（bǎo）持潔（jié）淨室內穩定的正壓或一定的新風/回風比，可以對機（電機（jī））轉數實施變頻控製。實踐證明，變頻控製比單純的風門開度調節控製效果更佳，而且可大（dà）幅度節約（yuē）電力消耗。因為在空（kōng）調係統中，新/回風的輸送占電能消耗的（de）zui大比例。而風門（mén）控（kòng）製實際上是通過節流裝置（即風門）來實現氣流的改變。
C、水泵變頻控（kòng）製
在一泵對一調節係統（tǒng）時，采（cǎi）用變頻調速（水泵轉（zhuǎn）數）實現流量控製比采用節流裝置（即調節閥）為佳。這種方式不僅體現在控製效果更佳，同（tóng）時體現在大幅度（dù）節（jiē）約電力消耗上。
D、節能程序
由（yóu）於計算機控製係（xì）統的應用，使節能控（kòng）製成為現實。即除了上述對空調係統工藝（yì）特點實施的（de）節（jiē）能控製手段外，計（jì）算機控製還可實（shí）現如焓差控製（zhì）、夜晚循環（huán）、夜風淨化（huà）、*啟停、零能量（liàng）區等。當（dāng）然，對於某個特定的潔淨廠房，其節能程序應根（gēn）據其具體情況進行編製，以（yǐ）達到*的節能效果。
四、空調控製係統的設（shè）備配置（zhì）
實現空調（diào）自（zì）動控製（zhì）係（xì）統的設備有（yǒu）控製器（qì）、傳感器及執行器等。當前的主流控製係統己從模（mó）擬控製轉變為計算（suàn）機控製，在此，主要對實現直接數字控製（zhì）（既DDC控（kòng）製）的設（shè）備作（zuò）簡單介（jiè）紹。
1、後備電池：3V鋰電池 液晶顯示：4行×16安符（fú） EPROM中駐有標準程（chéng）序。
Excel能型DDC控製器，是中國國（guó）家標準規定的DCP智能型分站。每台控製器之編程均貯存在自己的記憶體內。Excel20含有16位微處（chù）理器（qì）i80186可控製16個物理點，（即可聯接16個探測器，開關，執行器）。它由基本的CPU模塊及電源模塊作為基礎，再任意按照實際（jì）需要由軟件置以下功能模（mó）塊：類比輸和入模（mó）塊（AL）：7個點，0~1VDC，2~10VDC，420MA；類比輸出模塊（AO）：3個點（diǎn），210VDC；數字輸（shū）入（rù）模塊（DI）：2點，幹接點；數字輸出模塊（DI）：4個繼電器輸出（chū）；開（kāi）關量（liàng）的啟/停可以通過時間計劃表來（lái）控製其何時啟停；彈性時（shí）間（jiān）計劃zui長可（kě）達1年。
2、溫度傳感器
有效溫（wēn）度範圍：-20℃到50℃ zui大傳輸距離：200米。
環境要求：-35℃到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
比例積（jī）分電動閥。其中包括：閥門V5011、等（děng）百分比特性、電動閥門執行器ML7984或M7421、選配不同閥（fá）體適用於冷凍水和熱水介質、DN25-150各格供選擇（zé）。
4、蒸汽加熱/加濕閥及驅（qū）動器
閥門V5011、線性特性、電動閥（fá）門執行器M7421、選（xuǎn）配不同閥體,適用於蒸汽介質、DN25-150各規（guī）格供選擇、4.6電動風門驅動器、電動新（xīn）風閥ML6184、風門（mén）執行（háng）器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX、適用於0.75M2-15M2麵積的風門、有開關型（xíng）/斷續型/連續型。
5、空氣壓差開關（guān） DPS400
壓（yā）力範圍：40-400Pa 保護級：IP54。
開關容量：1./250VAC 6、空氣壓差表及壓差變送器 微壓差表2000係列： 現場（chǎng）顯示：指（zhǐ）針顯示（shì）； 測量範圍：zui小節0-60Pa； 微壓差變送（sòng）器MODT30 測量範圍：zui小0-25Pa 輸（shū）出信號：4-20MA 輸入信號：空氣壓差 工作電（diàn）源（yuán）：10-35VDC。
6、其（qí）它檢測、校驗（yàn）儀器
便攜式數字溫/濕度表485-1/2：量程：溫（wēn）度-30-85℃、濕（shī）度0-100％RH；精度：溫度（dù）±0.5℃、溫度±2％RH；供電：9V堿（jiǎn）性電池；探頭長度：219mm（485-2型）。
便（biàn）攜式數字壓力/壓差表477型（帶溫（wēn）度顯示）：量程：zui小0-1000Pa；工作溫度：0-50℃；精度：50％FS；供電：9V堿性電池。
便攜式數字風速表471型（帶溫度顯（xiǎn）示）：量程：zui小0-1000Pa；工作溫度：0-40℃；精度：±3％FS；供電：9V堿性電池。
便攜式數字粒子計數器：手持式、電池操作；以0.1FM（立（lì）方英（yīng）尺/分鍾）計算0.3或0.5微米粒子（zǐ）；5種計算模式；存（cún）儲數據：200組；RS232/RS485輸出；顯（xiǎn）示：4行（háng）液晶顯示、7位計算結果。