洁净间空调自控系统解决方案
一、前言
1、洁净间空调系统相关规范
随着经济的发展和生活水平的提高，目前在电子、制药、食品、生物工程、医疗等领域对洁净间的要求越来越高，洁净技术也随之发展起来。它综合了工艺、建筑、装饰、给排水、空气净化、暖通空调等各方面的技术。按照中华人民共和国标准GBJ73-84《洁净厂房设计规范》，其与空调系统相关的主要技术指标为：
A、空气洁净度
等级每M3空气中≥0.5微米尘粒数每M3空气中≥0.5微米尘粒数
100级≤35×100
1000级≤35×1000≤250
10000级≤35×10000≤2500
100000级≤35×100000≤25000
B、温、湿度
（1）满足生产要求；
（2）生产工艺无温、湿度要求时，洁净室温度为20-26℃，湿度小于70％；
（3）人员净化用室和生活用室温度为16-28℃。
C、洁净室正压
洁净室必须维持一定的正压。不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的静压差，应不小于4.9Pa，洁净区与室外的静压差，应不于9.8Pa.。
此外，还有对于风量，风速等的技术要求。总之，洁净间的各项指标都非常严格，因此，对其进行精确的控制就成为必须。
2、洁净间空调自控的意义
在现代商业及工业楼宇中，空调系统设备较多，自动化管理是使其安全工作并良好运行的重要保证。同时，空调的能源消耗一般占总能源消耗的40％以上，因此空调节能是节能的重要手段。对洁净间而言，更是如此。采用空调自控产品，会产生下列一系列好处：
首先，由于空调系统实现自动化监控，可以使系统能够更安全的运行，并最大限度的提高舒适程度。对洁净间来说，更成为保证生产所必须的条件。此外，由于实现了自动化监控，可以在满足系统安全运行及保证系统的各种技术指标的同时，最大限度的实现节能控制，符合日益突出的节能和环保需要。有关资料表明，采用空调自控系统后，可节约空调系统设备年度运行费用的10％。更乐观的估计认为可达15％-30％。而空调自控产品的投资占整个楼宇或厂房总投资的不到0.5％，收回投资时间短。同时，由于实现设备的自动控制和管理，可缩减人员维护，节约人员开支，提高综合管理水平，减少突发事故的发生和设备损坏，从而带来潜在效益。
3、洁净间空调控制系统功能简介
Excel20中文版控制器是美国HONEYWELL公司先进Excel5000控制器家族中的一员。特别适合应用于洁净间如手术室，洁净厂房的空调控制，依照《洁净室施工验收规范》，《洁净厂房设计规范应》，《采通风与空气调节设计规范》等国家标准，并综合考虑上述各系统的内在联系，我们以Excel20为核心构建了较完整的洁净间空调自控系统，它具备恒温恒湿比例积分控制、室内远程启停空调、室内温度设定、关键故障（火灾）报警及联锁、非关键故障（滤网堵塞/送风过热）报警及联锁、夏季防止送风凝露/冬季防冻、开机顺序和连锁、自定义启停时间程序等特点。
二、洁净间空调自控系统构成
1、模拟仪表自动控制
模拟控制仪表由于其理论成熟、结构简单、投资少、易于调整等因素，过去在空调、冷热源及给排水等系统中得到广泛应用。一般模拟控制器为电气式或电子式，只有硬件部分，无需软件支持。因此，在调整、投运过程中比较简单。其组成一般为单回路控制系统，只能适用于小规模空调系统。从发展趋势来说，己经较少采用，在此不作进一步说明。
2、计算机控制系统
由于计算机枝术、控制技术、通信技工及图像技术的发展，使微计算机控制技术在制冷空调自动控制的应用愈来愈普遍。传统控制系统在引人微计算机后，就可以充分利用计算机的强大算术运算、逻辑 运算及记忆等功能，运用微机指令系统，编制出符合控制规律的软件。微机执行这些程序，就能实现被控参数的控制与管理，如数据采集和数据处理等。计算机的控制过程可归纳为实时数据采集、实时决策和实时控制三个步骤。这三个步骤不断地重复进行就会使整个系统按照给定的规律进行控制、调节。同时，也对被控变量及设备运行状态、故障等进行监测、超限报警和保护，记录历史数据等。应该说，计算机控制在控制功能如精度、实时性、可靠性等方面是模拟控制所无法拟控制所无法比拟的。更为重要的是，由于计算机的引入而带来的管理功能（如报警管理，历史记录等）的增强更是模拟控制器根本无法实现的。因此，近年来，在制冷空调自动控制的应用上，尤其在大中型空调系统的自动控制中，计算机控制已经占主导地位。
A、直接数字控制
所谓在接数字控制是以微处理机动为基础、不借助模拟仪表而将系统中的传感器或变送器或的输出信号直接输入到微型计算机中，经微型计算机按预先编制的程序计算处理直接驱动执行器的控制方式，简称DDC（Direct Digital Control），这种计算机称为直接数字控制器，简称DDC控制器。DDC控制器中的CPU运行速度很快，并且其配置的输入出端口（I/0）般较多。因此，它可以同时控制多个回路，相当于多个模拟价格比高等特点。
B、集散型控制系统
集散型控制系统Total Distributed System缩写为TDS。与过去传统的计算机控制方法相比，它的控制功能尽可能分散，管理功能尽可能集中。它是由中央站、分站、现场传感器与通信通道连接起来。分站就是上述以微处理为核心的DDC控制器。它分散于整个系统各被控设备的现场，与现场的传感器及执行器等直接连接，实现对现场设备的检测与控制。中央站实现集中监控和管理功能，如集中监视、集中启停控制、集中参数修改、报警及记录处理等。可以年看出，集散型控制系统的集中管理功能由中央站完成，而控制与调节功能由分站即DDC控制器完成。
三、洁净间空调自控系统的实现
1、空气净化
一般的洁净间空间系统中，空气化处理采用空气过滤器。通常情况下，安装初效过滤器和中效过滤器后，空气洁净度可以达到10000级。而对于的超净要求的洁净间还应安装高效过滤器。这样，空气洁净度可以达到更高（如100级甚至更高）。过滤器长期使用时，滤料上沉附的灰尘将慢慢增加，这样会增大气流阻力，影响整个空调系统的运行。因此，工程上应对过滤器的气流阻力变力进行自动检测和报警。通常采用差压法测量过滤器前后的压差Pd,并将此差压信号进行显示和根据设定的差压限值报警，以便及时清理或更换。
2、温度控制
A、一次加热的控制
空气一次加热又称预加热，是用来加热新风或加热新风与一次回风的混合风。一次加热一般只用于冬季很冷的地区，防止新风与一次回风混合后达到饱和，产生水雾或结冰。一次加热还应用于一次混合不允许变动的超净空调系统中。当采用蒸气或热水进行加热时，一般采用控制蒸气或热水的调节阀开度实现温度控制；当采用电加热时，通过晶闸管电力控制器，控制其加热电功率实现温度控制。
B、二次加热与三次加热的控制
空气二次加热通常设在表冷器之后或二次回风混合段后。二次加热的目的是在有相对湿度要求的情况下，为了保证送风温度或空调室内的温度。其控制方式与一次加热的情况基本相同。三次加热又成精加热，通常是在高精度温度控制时，用于温度微调而设置的加热段。其控制应根据具体情况参照上述原理实施。
3、湿度控制
A、加湿处理及控制
洁净间空调工程中，加湿操作一般是在冬季或过渡季节空气干燥时进行。空气加湿的方法比较多。通常采用蒸汽加湿器和电加湿器的开关控制或功率调节。蒸汽加湿时，根据湿度控制要求，可通过对电磁阀进行位式控制或采用二通调节阀的连续调节来实现。
B、除湿（干燥）处理及控制
空气冷却干燥处理常用表冷器来完成。表冷对空气的处理的等湿冷却二种处理过程。采用表冷器进行湿度控制时，是通过调节表冷器的冷媒（如冷冻水）流量来实现。当湿度高于要求的值时，可通过加大冷水阀的开度来加大其流量，实现除湿（即干燥）处理；反之减少流量，实现加湿处理。应该说明的是，由于空气的物理性质，其湿度的控制相对比较复杂，方法也较多。而且，空气的温度和湿度二个参数在调节过程中又相互影响。如某些原因使室内温度升高，引起空气中水蒸汽的饱和分压变化，在绝对含湿量不变的情况下，将使相对湿度减少。因此，对其中某一参数进行调节时，也会引起另一参数的变化。例如在夏季采用表冷器进行除湿调节，开大冷水阀时，在使湿度恢复正常的同时，也使温度降低。因此，在工艺设计和自控方案设计时都应充分考虑到这一特点。
4、正压控制
我国国家标准规定，不同级别洁净室之间应大于4.9Pa,洁净区与之间应大于9.8Pa。洁净室内的结构等基本确定，在运行过程中，保持正压可以通过控制新风量或回风量来实现。即通过控制新风门或回风门的开度来实现。
5、其它控制与空调节能
对洁净间而言，除上述必需保证的技术指标示，还有一些对于安全与节能等方面的要求。结合多年的工程实践，主要有如下一些方面。
A、风机故障报警。
通过检测风机的风流状态判断风机是否正常工作。若因电机烧毁或皮带松动等原因导致风机停转，应立即报警。
B、风机变频控制
为保持洁净间内稳定的正压或一定的新风/回风比，可以对机（电机）转数实施变频控制。实践证明，变频控制比单纯的风门开度调节控制效果更佳，而且可大幅度节约电力消耗。因为在空调系统中，新风/回的输送占电能消耗的最大比例。而风门控制实际上是通过节流装置（即风门）来实现气流的改变。
C、水泵变频控制
在一泵对一调节系统时，采用变频调速（水泵转数）实现流量控制比采用节流装置（即调节阀）为佳。这种方式不仅体现在控制效果更佳，同时体现在大幅度节约电力消耗上。
D、节能程序
由于计算机控制系统的应用，使节能控制成为现实。即除了上述对空调系统工艺特点实施的节能控制手段外，计算机控制还可实现如焓差控制、夜晚循环、夜风净化、最佳启停、零能量区等。当然，对于某个特定的洁净厂房，其节能程序应根据其具体情况进行编制，以达到最佳的节能效果。
四、空调控制系统的设备配置
实现空调自动控制系统的设备有控制器、传感器及执行器等。如前的主流控制系统己以从模拟控制转变为计算机控制，在此，主要对实现直接数字控制既DDC控制的设备作简单介绍。
1、DDC控制器
电源：24
耗电：45
防护标准：
后备电池：3V锂电池
液晶显示：4行×16安符
EPROM中驻有标准程序
Excel能型DDC控制器，是中国国家标准规定的DCP智能型分站。每台控制器之编程均贮存在自己的记忆体内。Excel20含有16位微处理器i80186可控制16个物理点，（即可联接16个探测器，开关，执行器）。
它由基本的CPU模块及电源模块作为基础，再任意按照实际需要由软件置以下功能模块：类比输和入模块（AL）：7个点，0~1VDC，2~10VDC，420MA；类比输出模块（AO）：3个点，210VDC；数字输入模块（DI）：2点，干接点；数字输出模块（DI）：4个继电器输出；开关量的启/停可以通过时间计划表来控制其何时启停；弹性时间计划最长可达1年。
2、温度传感器
有效温度范围：-20℃到50℃
最大传输距离：200米
环境要求：-35℃到60℃、5％RH到95％RH
电气接线：2×1.5MM2，应与线电源屏蔽
3、冷热水阀及驱动器
比例积分电动阀。其中包括：阀门V5011、等百分比特性、电动阀门执行器ML7984或M7421、选配不同阀体适用于冷冻水和热水介质、DN25-150各格供选择。
4、蒸汽加热/加湿阀及驱动器
阀门V5011、线性特性、电动阀门执行器M7421、选配不同阀体,适用于蒸汽介质、DN25-150各规格供选择、4.6电动风门驱动器、电动新风阀ML6184、风门执行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX、适用于0.75M2-15M2面积的风门、有开关型/断续型/连续型供选择。
5、空气压差开关
DPS400
压力范围：40-400Pa
保护级：IP54
开关容量：1.5A/250VAC
6、空气压差表及压差变送器
微压差表2000系列：
现场显示：指针显示；
测量范围：最小节0-60Pa；
微压差变送器MODT30
测量范围：最小0-25Pa
输出信号：4-20MA
输入信号：空气压差
工作电源：10-35VDC
7、其它检测、校验仪器
便携式数字温/湿度表485-1/2：量程：温度-30-85℃、湿度0-100％RH；精度：温度±0.5℃、温度±2％RH；供电：9V碱性电池；探头长度：219mm（485-2型）。
便携式数字压力/压差表477型（带温度显示）：量程：最小0-1000Pa；工作温度：0-50℃；精度：50％FS；供电：9V碱性电池；
便携式数字风速表471型（带温度显示）：量程：最小0-1000Pa；工作温度：0-40℃；精度：±3％FS；供电：9V碱性电池。
便携式数字粒子计数器：手持式、电池操作；以0.1FM（立方英尺/分钟）计算0.3或0.5微米粒子；5种计算模式；存储数据：200组；RS232/RS485输出；显示：4行液晶显示、7位计算结果
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