潔凈車間自控系統(tǒng)解決方案(電子、制藥、食品、生物凈化工程)

一、潔凈車間規(guī)范
1.1潔凈車間空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范
隨著經(jīng)濟(jì)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)。按標(biāo)準(zhǔn)《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》，其與空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)為：

1. 潔凈車間空氣潔凈度：
等級(jí) 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(jí) ≤35×100
1000級(jí) ≤35×1000 ≤250
10000級(jí) ≤35×10000 ≤2500
100000級(jí) ≤35×100000 ≤25000

2. 潔凈車間溫、濕度：
(1) 滿足生產(chǎn)要求;
(2) 生產(chǎn)工藝無溫、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(jí)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(duì)于風(fēng)量，風(fēng)速等的技術(shù)要求?？傊瑵崈糸g的各項(xiàng)指標(biāo)都非常嚴(yán)格，因此，對(duì)其進(jìn)行精確的控制就成為必須。

1. 2潔凈車間空調(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(dòng)化管理是使其安全工作并良好運(yùn)行的重要保證。同時(shí)，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(duì)潔凈間而言，更是如此。采用空調(diào)自控產(chǎn)品，會(huì)產(chǎn)生下列一系列好處：
首先，由于空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控，可以使系統(tǒng)能夠更安全的運(yùn)行，并zui大限度的提高舒適程度。對(duì)潔凈間來說，更成為保證生產(chǎn)所必須的條件。
此外，由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)控，可以在滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行及保證系統(tǒng)的各種技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，大限度的實(shí)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(yùn)行費(fèi)用的10%。更樂觀的估計(jì)認(rèn)為可達(dá)15%-30%。而空調(diào)自控產(chǎn)品的投資占整個(gè)樓宇或廠房總投資的不到0.5%，收回投資時(shí)間短。
同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制和管理，可縮減人員維護(hù)，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潔凈車間空調(diào)控制系統(tǒng)功能簡(jiǎn)價(jià)
中文版控制器是美國5000控制器中的一員。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(yàn)收規(guī)范》，《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)》，《采通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，并綜合考慮各系統(tǒng)的內(nèi)在，我們以為核心構(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(diǎn)：
1. 恒溫恒濕比例積分控制
2. 室內(nèi)遠(yuǎn)程啟停空調(diào)
3. 室內(nèi)溫度設(shè)定
4. 關(guān)鍵故障(火災(zāi))報(bào)警及聯(lián)鎖
5. 非關(guān)鍵故障(濾網(wǎng)堵塞/送風(fēng)過熱)報(bào)警及聯(lián)鎖
6. 夏季防止送風(fēng)凝露/冬季防凍
7. 開機(jī)順序和聯(lián)鎖等。
8. 自定義啟停時(shí)間程序等。
下面，對(duì)其構(gòu)成、工作原理等作詳細(xì)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(dòng)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(duì)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(jiǎn)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(yùn)過程中比較簡(jiǎn)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(shì)來說，己經(jīng)較少采用，在此不作進(jìn)一步說明。

2.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
由于計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)在制冷空調(diào)自動(dòng)控制的應(yīng)用愈來愈普遍。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在引人微計(jì)算機(jī)后，就可以充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算術(shù)運(yùn)算、邏輯　運(yùn)算及記憶等功能，運(yùn)用微機(jī)指令系統(tǒng)，編制出符合控制規(guī)律的軟件。微機(jī)執(zhí)行這些程序，就能實(shí)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(jì)算機(jī)的控制過程可歸納為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(fù)進(jìn)行就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)按照給定的規(guī)律進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)。同時(shí)，也對(duì)被控變量及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障等進(jìn)行監(jiān)測(cè)、超限報(bào)警和保護(hù)，記錄歷史數(shù)據(jù)等。
應(yīng)該說，計(jì)算機(jī)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法擬控制所無法比擬的。更為重要的是，由于計(jì)算機(jī)的引入而帶來的管理功能(如報(bào)警管理，歷史記錄等)的增強(qiáng)更是模擬控制器根本無法實(shí)現(xiàn)的。因此，近年來，在制冷空調(diào)自動(dòng)控制的應(yīng)用上，尤其在大中型空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制中，計(jì)算機(jī)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(jī)動(dòng)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(hào)直接輸入到微型計(jì)算機(jī)中，經(jīng)微型計(jì)機(jī)按預(yù)先編制的程序計(jì)算處理直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的控制方式，簡(jiǎn)稱DDC，這種計(jì)算機(jī)稱為直接數(shù)字控制器，簡(jiǎn)稱DDC控制器。
DDC控制器中的CPU運(yùn)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(dāng)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(tǒng)
集散型控制系統(tǒng)縮寫為TDS。與過去傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)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。它是由中央站、分站、現(xiàn)場(chǎng)傳感器與通信通道連接起來。
分站就是以微處理為核心的DDC控制器。它分散于整個(gè)系統(tǒng)各被控設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)，與現(xiàn)場(chǎng)的傳感器及執(zhí)行器等直接連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的檢測(cè)與控制。中央站實(shí)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(bào)警及記錄處理等?？梢阅昕闯?，集散型控制系統(tǒng)的集中管理功能由中央站完成，而控制與調(diào)節(jié)功能由分站即DDC控制器完成。

二、 潔凈車間空調(diào)自控系統(tǒng)的實(shí)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(dá)到10000級(jí)。而對(duì)于的超凈要求的潔凈間還應(yīng)安裝高效過濾器。這樣，空氣潔凈度可以達(dá)到更高(如100級(jí)甚至更高)。
過濾器長期使用時(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(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，工程上應(yīng)對(duì)過濾器的氣流阻力變力進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警。通常采用差壓法測(cè)量過濾器前后的壓差Pd,并將此差壓信號(hào)進(jìn)行顯示和根據(jù)設(shè)定的差壓限值報(bào)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
空氣一次加熱又稱預(yù)加熱，是用來加熱新風(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(qū)，防止新風(fēng)與一次回風(fēng)混合后達(dá)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(dòng)的超凈空調(diào)系統(tǒng)中。
當(dāng)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(diào)節(jié)閥開度實(shí)現(xiàn)溫度控制;當(dāng)采用電加熱時(shí)，通過晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實(shí)現(xiàn)溫度控制。

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(fēng)混合段后。二次加熱的目的是在有相對(duì)濕度要求的情況下，為了保證送風(fēng)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(shí)，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(shí)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(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關(guān)控制或功率調(diào)節(jié)。蒸汽加濕時(shí)，根據(jù)濕度控制要求，可通過對(duì)電磁閥進(jìn)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(shí)現(xiàn)。

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(duì)空氣的處理的等濕冷卻二種處理過程。采用表冷器進(jìn)行濕度控制時(shí)，是通過調(diào)節(jié)表冷器的冷媒(如冷凍水)流量來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)濕度高于要求的值時(shí)，可通過加大冷水閥的開度來加大其流量，實(shí)現(xiàn)除濕(即干燥)處理;反之減少流量，實(shí)現(xiàn)加濕處理。
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(duì)比較復(fù)雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個(gè)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(duì)濕度減少。因此，對(duì)其中某一參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，也會(huì)引起另一參數(shù)的變化。例如在夏季采用表冷器進(jìn)行除濕調(diào)節(jié)，開大冷水閥時(shí)，在使?jié)穸然謴?fù)正常的同時(shí)，也使溫度降低。因此，在工藝設(shè)計(jì)和自控方案設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)充分考慮到這一特點(diǎn)。

3.4正壓控制
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不同級(jí)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(yùn)行過程中，保持正壓可以通過控制新風(fēng)量或回風(fēng)量來實(shí)現(xiàn)。即通過控制新風(fēng)門或回風(fēng)門的開度來實(shí)現(xiàn)。
3.5其它控制與空調(diào)節(jié)能
對(duì)潔凈間而言，除上述必需保證的技術(shù)指標(biāo)示，還有一些對(duì)于安全與節(jié)能等方面的要求。結(jié)合多年的工程實(shí)踐，主要有如下一些方面。

3.5.1風(fēng)機(jī)故障報(bào)警
通過檢測(cè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)流狀態(tài)判斷風(fēng)機(jī)是否正常工作。若因電機(jī)燒毀或皮帶松動(dòng)等原因?qū)е嘛L(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，應(yīng)立即報(bào)警?3.5.2風(fēng)機(jī)變頻控制
為保持潔凈間內(nèi)穩(wěn)定的正壓或一定的新風(fēng)/回風(fēng)比，可以對(duì)機(jī)(電機(jī))轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)施變頻控制。實(shí)踐證明，變頻控制比單純的風(fēng)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?yàn)樵诳照{(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)/回的輸送占電能消耗的大比例。而風(fēng)門控制實(shí)際上是通過節(jié)流裝置(即風(fēng)門)來實(shí)現(xiàn)氣流的改變。

3.5.3水泵變頻控制
在一泵對(duì)一調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，采用變頻調(diào)速(水泵轉(zhuǎn)數(shù))實(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使節(jié)能控制成為現(xiàn)實(shí)。即除了上述對(duì)空調(diào)系統(tǒng)工藝特點(diǎn)實(shí)施的節(jié)能控制手段外，計(jì)算機(jī)控制還可實(shí)現(xiàn)如焓差控制、夜晚循環(huán)、夜風(fēng)凈化、啟停、零能量區(qū)等。當(dāng)然，對(duì)于某個(gè)特定的潔凈廠房，其節(jié)能程序應(yīng)根據(jù)其具體情況進(jìn)行編制，以達(dá)的節(jié)能效果。
四、 空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)備配置
實(shí)現(xiàn)空調(diào)自動(dòng)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?jì)算機(jī)控制，在此，主要對(duì)實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制既DDC控制的設(shè)備作簡(jiǎn)單介紹。

4. 1DDC控制器
電源：24;耗電：45防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：后備電池：3V鋰電池;液晶顯示：4行×16安符
EPROM中駐有標(biāo)準(zhǔn)程序;Excel能型DDC控制器，是中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的DCP智能型分站。每臺(tái)控制器之編程均貯存在自己的記憶體內(nèi)。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(cè)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(shí)際需要由軟件置以下功能模塊：
類比輸和入模塊(AL)：7個(gè)點(diǎn)，0~1VDC，2~10VDC，420MA;
類比輸出模塊(AO)：3個(gè)點(diǎn)，210VDC;
數(shù)字輸入模塊(DI)：2點(diǎn)，干接點(diǎn);
數(shù)字輸出模塊(DI):4個(gè)繼電器輸出
開關(guān)量的啟/停可以通過時(shí)間計(jì)劃表來控制其何時(shí)啟停。彈性時(shí)間計(jì)劃zui長可達(dá)1年.

4.2溫度傳感器
室內(nèi)溫度傳器T7412，設(shè)定點(diǎn)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℃;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(fēng)道式溫度傳感器C7031C，有效溫度范圍:-20℃-50℃，大傳輸距離:200米
4.4冷熱水閥及驅(qū)動(dòng)器，比例積分電動(dòng)閥
其中包括：閥門V5011，等百分比特性，電閥門執(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(dòng)器
閥門V5011，線性特性，電動(dòng)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(dòng)風(fēng)門驅(qū)動(dòng)器
電動(dòng)新風(fēng)閥ML6184，風(fēng)門執(zhí)行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX，適用于0.75M2-15M2面積的風(fēng)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(hù)級(jí):IP54，開關(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(xiàn)場(chǎng)顯示:指針顯示;測(cè)量范圍:zui小節(jié)0-60 Pa;
2. 微壓差變送器MODT30
測(cè)量范圍:小0-25 Pa輸出信號(hào):4-20MA輸入信號(hào):空氣壓差，工作電源:10-35VDC
4.9其它檢測(cè)、校驗(yàn)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0-1000 Pa;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(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(shù)字粒子計(jì)數(shù)器:
手持式,電池操作;以0.1FM(立方英尺/分鐘)計(jì)算0.3或0.5微米粒子;
5種計(jì)算模式;
存儲(chǔ)數(shù)據(jù):200組;RS232/RS485輸出;顯示:4行液晶顯示,7位計(jì)算結(jié)果;