潔凈間空調(diào)自控系統(tǒng)解決方案
　　
　　一、規(guī)范
　　
　　1.1潔凈間空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范
　　
　　隨著經(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(yī)療等領(lǐng)域?qū)崈糸g的要求越來越高，潔凈技術(shù)也隨之發(fā)展起來。它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通空調(diào)等各方面的技術(shù)。按照中華人民共和國標準GBJ73-84《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》，其與空調(diào)系統(tǒng)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(shù)每M3空氣中≥0.5微米塵粒數(shù)
　　
　　100級≤35×100
　　
　　1000級≤35×1000≤250
　　
　　10000級≤35×10000≤2500
　　
　　100000級≤35×100000≤25000
　　
　　2．溫、濕度：
　　
　?。?）滿足生產(chǎn)要求；
　　
　?。?）生產(chǎn)工藝無溫、濕度要求時，潔凈室溫度為20-26℃，濕度小于70%；
　　
　?。?）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(qū)與非潔凈區(qū)之間的靜壓差，應(yīng)不小于4.9Pa，潔凈區(qū)與室外的靜壓差，應(yīng)不于9.8Pa.。
　　
　　此外，還有對于風量，風速等的技術(shù)要求?？傊?，潔凈間的各項指標都非常嚴格，因此，對其進行的控制就成為必須。
　　
　　1．2潔凈間空調(diào)自控的意義
　　
　　在現(xiàn)代商業(yè)及工業(yè)樓宇中，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備較多，自動化管理是使其安全工作并良好運行的重要保證。同時，空調(diào)的能源消耗一般占總能源消耗的40%以上，因此空調(diào)節(jié)能是節(jié)能的重要手段。對潔凈間而言，更是如此。采用空調(diào)自控產(chǎn)品，會產(chǎn)生下列一系列好處：
　　
　　首先，由于空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化監(jiān)控，可以使系統(tǒng)能夠更安全的運行，并zui大限度的提高舒適程度。對潔凈間來說，更成為保證生產(chǎn)所必須的條件。
　　
　　此外，由于實現(xiàn)了自動化監(jiān)控，可以在滿足系統(tǒng)安全運行及保證系統(tǒng)的各種技術(shù)指標的同時，zui大限度的實現(xiàn)節(jié)能控制，符合日益突出的節(jié)能和環(huán)保需要。有關(guān)資料表明，采用空調(diào)自控系統(tǒng)后，可節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備年度運行費用的10%。更樂觀的估計認為可達15%-30%。而空調(diào)自控產(chǎn)品的投資占整個樓宇或廠房總投資的不到0.5%，收回投資時間短。
　　
　　同時，由于實現(xiàn)設(shè)備的自動控制和管理，可縮減人員維護，節(jié)約人員開支，提高綜合管理水平，減少突發(fā)事故的發(fā)生和設(shè)備損壞，從而帶來潛在效益。
　　
　　1．3潔凈間空調(diào)控制系統(tǒng)功能簡價
　　
　　Excel20中文版控制器是美國HONEYWELL公司*Excel5000控制器家族中的一員。特別適合應(yīng)用于潔凈間如手術(shù)室，潔凈廠房的空調(diào)控制，依照《潔凈室施工驗收規(guī)范》，《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范應(yīng)》，《采通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》等國家標準，并綜合考慮上述各系統(tǒng)的內(nèi)在，我們以Excel20為核心構(gòu)建了較完整的潔凈間空調(diào)自控系統(tǒng)，它具備以下特點：
　　
　　1．恒溫恒濕比例積分控制
　　
　　2．室內(nèi)遠程啟?？照{(diào)
　　
　　3．室內(nèi)溫度設(shè)定
　　
　　4．關(guān)鍵故障（火災(zāi)）報警及聯(lián)鎖
　　
　　5．非關(guān)鍵故障（濾網(wǎng)堵塞/送風過熱）報警及聯(lián)鎖
　　
　　6．夏季防止送風凝露/冬季防凍
　　
　　7．開機順序和聯(lián)鎖等。
　　
　　8．自定義啟停時間程序等。
　　
　　下面，對其構(gòu)成、工作原理等作詳細介紹。
　　
　　二．潔凈間空調(diào)自控系統(tǒng)構(gòu)成
　　
　　2．1模擬儀表自動控制
　　
　　由模擬控制器（又稱模擬控制儀表）、傳感器、執(zhí)行器與被控對象組成的自控系統(tǒng)見圖2-1，這是單回路控制系統(tǒng)框圖。由于其理論成熟、結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于調(diào)整等因素，過去在空調(diào)、冷熱源及給排水等系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
　　
　　一般模擬控制器為電氣式或電子式，只有硬件部分，無需軟件支持。因此，在調(diào)整、投運過程中比較簡單。其組成一般為單回路控制系統(tǒng)，只能適用于小規(guī)?？照{(diào)系統(tǒng)。從發(fā)展趨勢來說，己經(jīng)較少采用，在此不作進一步說明。
　　
　　2.2計算機控制系統(tǒng)
　　
　　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(diào)自動控制的應(yīng)用愈來愈普遍。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)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(tǒng)，編制出符合控制規(guī)律的軟件。微機執(zhí)行這些程序，就能實現(xiàn)被控參數(shù)的控制與管理，如數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等。
　　
　　計算機的控制過程可歸納為實時數(shù)據(jù)采集、實時決策和實時控制三個步驟。這三個步驟不斷地重復(fù)進行就會使整個系統(tǒng)按照給定的規(guī)律進行控制、調(diào)節(jié)。同時，也對被控變量及設(shè)備運行狀態(tài)、故障等進行監(jiān)測、超限報警和保護，記錄歷史數(shù)據(jù)等。
　　
　　應(yīng)該說，計算機控制在控制功能如精度、實時性、可靠性等方面是模擬控制所無法擬控制所*的。更為重要的是，由于計算機的引入而帶來的管理功能（如報警管理，歷史記錄等）的增強更是模擬控制器根本無法實現(xiàn)的。因此，近年來，在制冷空調(diào)自動控制的應(yīng)用上，尤其在大中型空調(diào)系統(tǒng)的自動控制中，計算機控制已經(jīng)占主導(dǎo)地位。
　　
　　2．2．1直接數(shù)字控制
　　
　　所謂在接數(shù)字控制是以微處理機動為基礎(chǔ)、不借助模擬儀表而將系統(tǒng)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(yù)先編制的程序計算處理直接驅(qū)動執(zhí)行器的控制方式，簡稱DDC（DirectDigitalControl），這種計算機稱為直接數(shù)字控制器，簡稱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，它可以同時控制多個回路，相當于多個模擬價格比高等特點。其應(yīng)用示意圖如圖2-2。
　　
　　2．2．2集散型控制系統(tǒng)
　　
　　集散型控制系統(tǒng)TotalDistributedSystem縮寫為TDS。與過去傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)如圖2-3。它是由*站、分站、現(xiàn)場傳感器與通信通道連接起來。
　　
　　分站就是上述以微處理為核心的DDC控制器。它分散于整個系統(tǒng)各被控設(shè)備的現(xiàn)場，與現(xiàn)場的傳感器及執(zhí)行器等直接連接，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的檢測與控制。*站實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理功能，如集中監(jiān)視、集中啟?？刂?、集中參數(shù)修改、報警及記錄處理等?？梢阅昕闯觯⑿涂刂葡到y(tǒng)的集中管理功能由*站完成，而控制與調(diào)節(jié)功能由分站即DDC控制器完成。
　　
　　二、潔凈間空調(diào)自控系統(tǒng)的實現(xiàn)
　　
　　3．1空氣凈化
　　
　　一般的潔凈間空間系統(tǒng)中，空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(yīng)安裝過濾器。這樣，空氣潔凈度可以達到更高（如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(diào)系統(tǒng)的運行。因此，工程上應(yīng)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后的壓差Pd,并將此差壓信號進行顯示和根據(jù)設(shè)定的差壓限值報警，以便及時清理或更換。其原理如圖3-1所示。
　　
　　4．2溫度控制
　　
　　3．2．1一次加熱的控制
　　
　　空氣一次加熱又稱預(yù)加熱，是用來加熱新風或加熱新風與一次回風的混合風。一次加熱一般只用于冬季很冷的地區(qū)，防止新風與一次回風混合后達到飽和，產(chǎn)生水霧或結(jié)冰。一次加熱還應(yīng)用于一次混合不允許變動的超凈空調(diào)系統(tǒng)中。
　　
　　當采用蒸氣或熱水進行加熱時，一般采用控制蒸氣或熱水的調(diào)節(jié)閥開度實現(xiàn)溫度控制；當采用電加熱時，通過晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實現(xiàn)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(shè)在表冷器之后或二次回風混合段后。二次加熱的目的是在有相對濕度要求的情況下，為了保證送風溫度或空調(diào)室內(nèi)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，用于溫度微調(diào)而設(shè)置的加熱段。其控制應(yīng)根據(jù)具體情況參照上述原理實施。
　　
　　3．3濕度控制
　　
　　3．3．1加濕處理及控制
　　
　　潔凈間空調(diào)工程中，加濕操作一般是在冬季或過渡季節(jié)空氣干燥時進行?？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關(guān)控制或功率調(diào)節(jié)。蒸汽加濕時，根據(jù)濕度控制要求，可通過對電磁閥進行位式控制或采用二通調(diào)節(jié)閥的連續(xù)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。其原理圖3-3所示。
　　
　　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制時，是通過調(diào)節(jié)表冷器的冷媒（如冷凍水）流量來實現(xiàn)。當濕度高于要求的值時，可通過加大冷水閥的開度來加大其流量，實現(xiàn)除濕（即干燥）處理；反之減少流量，實現(xiàn)加濕處理。其工作原理圖3-4所示。
　　
　　應(yīng)該說明的是，由于空氣的物理性質(zhì)，其濕度的控制相對比較復(fù)雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個參數(shù)在調(diào)節(jié)過程中又相互影響。如某些原因使室內(nèi)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(shù)進行調(diào)節(jié)時，也會引起另一參數(shù)的變化。例如在夏季采用表冷器進行除濕調(diào)節(jié)，開大冷水閥時，在使?jié)穸然謴?fù)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(shè)計時都應(yīng)充分考慮到這一特點。
　　
　　3．4正壓控制
　　
　　我國國家標準規(guī)定，不同級別潔凈室之間應(yīng)大于4.9Pa,潔凈區(qū)與之間應(yīng)大于9.8Pa。潔凈室內(nèi)的結(jié)構(gòu)等基本確定，在運行過程中，保持正壓可以通過控制新風量或回風量來實現(xiàn)。即通過控制新風門或回風門的開度來實現(xiàn)。
　　
　　3．5其它控制與空調(diào)節(jié)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(jié)能等方面的要求。結(jié)合多年的工程實踐，主要有如下一些方面。
　　
　　3．5．1風機故障報警
　　
　　通過檢測風機的風流狀態(tài)判斷風機是否正常工作。若因電機燒毀或皮帶松動等原因?qū)е嘛L機停轉(zhuǎn)，應(yīng)立即報警?lt;BR>3．5．2風機變頻控制
　　
　　為保持潔凈間內(nèi)穩(wěn)定的正壓或一定的新風/回風比，可以對機（電機）轉(zhuǎn)數(shù)實施變頻控制。實踐證明，變頻控制比單純的風門開度調(diào)節(jié)控制效果更佳，而且可大幅度節(jié)約電力消耗。因為在空調(diào)系統(tǒng)中，新風/回的輸送占電能消耗的zui大比例。而風門控制實際上是通過節(jié)流裝置（即風門）來實現(xiàn)氣流的改變。
　　
　　3．5．3水泵變頻控制
　　
　　在一泵對一調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，采用變頻調(diào)速（水泵轉(zhuǎn)數(shù)）實現(xiàn)流量控制比采用節(jié)流裝置（即調(diào)節(jié)閥）為佳。這種方式不僅體現(xiàn)在控制效果更佳，同時體現(xiàn)在大幅度節(jié)約電力消耗上。
　　
　　3．5．4節(jié)能程序
　　
　　由于計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使節(jié)能控制成為現(xiàn)實。即除了上述對空調(diào)系統(tǒng)工藝特點實施的節(jié)能控制手段外，計算機控制還可實現(xiàn)如焓差控制、夜晚循環(huán)、夜風凈化、*啟停、零能量區(qū)等。當然，對于某個特定的潔凈廠房，其節(jié)能程序應(yīng)根據(jù)其具體情況進行編制，以達到*的節(jié)能效果。
　　
　　四、空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)備配置
　　
　　實現(xiàn)空調(diào)自動控制系統(tǒng)的設(shè)備有控制器、傳感器及執(zhí)行器等。如前的主流控制系統(tǒng)己以從模擬控制轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C控制，在此，主要對實現(xiàn)直接數(shù)字控制既DDC控制的設(shè)備作簡單介紹。
　　
　　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(guī)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(nèi)。Excel20含有16位微處理器i80186可控制16個物理點，（即可聯(lián)接16個探測器，開關(guān)，執(zhí)行器）。
　　
　　它由基本的CPU模塊及電源模塊作為基礎(chǔ)，再任意按照實際需要由軟件置以下功能模塊：
　　
　　類比輸和入模塊（AL）：7個點，0~1VDC，2~10VDC，420MA；
　　
　　類比輸出模塊（AO）：3個點，210VDC；
　　
　　數(shù)字輸入模塊（DI）：2點，干接點;
　　
　　數(shù)字輸出模塊(DI):4個繼電器輸出
　　
　　開關(guān)量的啟/?？梢酝ㄟ^時間計劃表來控制其何時啟停.
　　
　　彈性時間計劃zui長可達1年.
　　
　　4.2溫度傳感器
　　
　　室內(nèi)溫度傳器T7412
　　
　　設(shè)定點可調(diào)
　　
　　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:2X1.5MM2,應(yīng)與線電源屏蔽
　　
　　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:2×1.5MM2,應(yīng)與線電源屏蔽
　　
　　風道式溫度傳感器C7031C
　　
　　有效溫度范圍:-20℃-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:2×1.5MM2,應(yīng)與線電源屏蔽
　　
　　4.4冷熱水閥及驅(qū)動器
　　
　　比例積分電動閥
　　
　　其中包括:
　　
　　閥門V5011
　　
　　等百分比特性
　　
　　電動閥門執(zhí)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(qū)動器
　　
　　閥門V5011
　　
　　線性特性
　　
　　電動閥門執(zhí)行器M7421
　　
　　選配不同閥體,適用于蒸汽介質(zhì)
　　
　　DN25-150各規(guī)格供選擇
　　
　　4.6電動風門驅(qū)動器
　　
　　電動新風閥ML6184
　　
　　風門執(zhí)行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX
　　
　　適用于0.75M2-15M2面積的風門
　　
　　有開關(guān)型/斷續(xù)型/連續(xù)型供選擇
　　
　　4.7空氣壓差開關(guān)
　　
　　DPS400
　　
　　壓力范圍:40-400Pa
　　
　　保護級:IP54
　　
　　開關(guān)容量:1./250VAC
　　
　　4.8空氣壓差表及壓差變送器
　　
　　1.微壓差表2000系列:
　　
　　現(xiàn)場顯示:指針顯示;
　　
　　測量范圍:zui小節(jié)0-60Pa;
　　
　　2.微壓差變送器MODT30
　　
　　測量范圍:zui小0-25Pa
　　
　　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(shù)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;
　　
　　探頭長度:219mm(485-2型).
　　
　　2.便攜式數(shù)字壓力/壓差表477型(帶溫度顯示):
　　
　　量程:zui小0-1000Pa;
　　
　　工作溫度:0-50℃;
　　
　　精度:50%FS;
　　
　　供電:9V堿性電池;
　　
　　3.便攜式數(shù)字風速表471型(帶溫度顯示):
　　
　　量程:zui小0-1000Pa;
　　
　　工作溫度:0-40℃;
　　
　　精度:±3%FS;
　　
　　供電:9V堿性電池;
　　
　　4.便攜式數(shù)字粒子計數(shù)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(shù)據(jù):200組;
　　
　　RS232/RS485輸出;
　　
　　顯示:4行液晶顯示,7位計算結(jié)果;
　　
　　5.10典型應(yīng)用實例
　　
　　五.集散控制系統(tǒng)的實現(xiàn)及配置
　　
　　如2.2.2節(jié)所述,集散控制系統(tǒng)是在DDC控制器的網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展起來的.以HONEYWELL公司的EXCEL5000系統(tǒng)為例,其構(gòu)成如圖5-1所示.
　　
　　與DDC控制系統(tǒng)相比,其特點主要體現(xiàn)在*站的功能及網(wǎng)絡(luò)的功能方面.通過*站與總線網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理功能,如集中監(jiān)視、集中啟停參數(shù)修改、報警及記錄處理等.可以看出,集散型控制系統(tǒng)應(yīng)是今后的發(fā)展方向,尤其在大中型潔凈間的空調(diào)控制中.
　　
　　中建凈化設(shè)備有限公司,中建南方凈化科技有限公司,專業(yè)的凈化工程和空氣凈化器過濾網(wǎng)生產(chǎn)研發(fā)企業(yè).