摘要：為使?jié)崈艨照{(diào)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，達(dá)到溫濕度、壓差、風(fēng)量、節(jié)能等各項(xiàng)指標(biāo)，并在第一時間反應(yīng)給操作人員，使用PLC+上位機(jī)控制，對空調(diào)運(yùn)行的頻率、風(fēng)量、溫濕度、壓差等參數(shù)實(shí)時監(jiān)測，并通過PID調(diào)節(jié)和邏輯關(guān)系運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，從而達(dá)到系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，穩(wěn)定運(yùn)行。 

　前言 

　　潔凈空調(diào)系統(tǒng)，特別是在制藥行業(yè)中，對系統(tǒng)風(fēng)量、溫濕度及壓力有極為苛刻的要求，空調(diào)系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響著生產(chǎn)運(yùn)行管理費(fèi)用的高低，產(chǎn)品品質(zhì)的高低。目前，通過人工進(jìn)行檢測，對不符合溫度和濕度要求的房間進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作的方法費(fèi)時費(fèi)力、效率低下，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機(jī)性大。在實(shí)際執(zhí)行中，已經(jīng)無法滿足國家新版GMP對潔凈空調(diào)的要求。因此采用自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動化管理，系統(tǒng)既可滿足系統(tǒng)對溫濕度、風(fēng)量、壓差的控制要求，又能夠保證在此基礎(chǔ)上的節(jié)省能源、減少人員干預(yù)、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、更好的符合GMP要求，從而降低工廠的運(yùn)行費(fèi)用和提高運(yùn)行管理的智能化水平，并為產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境保證打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 
　　 
　　一、潔凈空調(diào)系統(tǒng)要求 
　　根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ73-84 
　　第5．1．3條潔凈室內(nèi)的計(jì)算溫、溫度、應(yīng)符合下列規(guī)定： 
　　1、滿足生產(chǎn)工藝要求 
　　2、生產(chǎn)工藝無溫、濕度要求時。 
　　第5．1．4條潔凈室內(nèi)應(yīng)保證一定的新鮮空氣量，其數(shù)值頻取下列風(fēng)量中的最大值； 
　　1、亂流潔凈室總送風(fēng)量的10%～30%，層流潔凈室總送風(fēng)量的2～4%。 
　　2、補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)和保持室內(nèi)正壓值所需的新鮮空氣量。 
　　3、保證室內(nèi)每人每小時的新鮮空氣量不小于40立方米。 
　　第5．2．1條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5Pa，潔凈區(qū)與室外的靜壓差，應(yīng)不小于10Pa。 
　　二、系統(tǒng)分析 
　　以制藥行業(yè)萬級環(huán)境系統(tǒng)為例，
　　流程描述：一定量的新風(fēng)經(jīng)過初效、預(yù)熱后，與回風(fēng)混合然后經(jīng)過混風(fēng)段、表冷段、風(fēng)機(jī)段、加熱段、加濕段、中效過濾器、最后通過房間高效送入室內(nèi)，當(dāng)室內(nèi)壓差不在設(shè)定范圍時，啟動排風(fēng)機(jī)組。房間的室內(nèi)參數(shù)要求為：溫度22±2℃濕度55±10%。 
　　空調(diào)機(jī)組為冷水機(jī)組，其中供水7℃，回水12℃，熱源采用空調(diào)熱水加熱，其中供水60℃，回水50℃。 
　　三、自控應(yīng)用及方案 
　　1、控制系統(tǒng)選擇 
　　在自控行業(yè)應(yīng)用中，西門子（SIEMENS）公司的SIMATIC S7中央監(jiān)控及PLC控制器系統(tǒng)，利用了當(dāng)今所有可以運(yùn)用的先進(jìn)科技技術(shù)，將每一個不同層面的裝置設(shè)施結(jié)合起來，具有標(biāo)準(zhǔn)的兼容性、良好的可擴(kuò)展性、全面開放的高度可靠的系統(tǒng)，并能夠提供給用戶有關(guān)能源管理以及設(shè)備診斷的數(shù)據(jù)分析曲線，如此詳細(xì)的各點(diǎn)情況都有助于更好地理解相關(guān)控制功能的實(shí)現(xiàn)過程。 
　　設(shè)備自動化系統(tǒng)由中央操作站、PLC控制器等組成，通過Ethernet網(wǎng)（或Profibus DP網(wǎng)）將中央操作站及PLC控制器主站各節(jié)點(diǎn)連接起來，同時安裝在建筑物各處的PLC控制器智能從站，將通過現(xiàn)場總線（Profibus DP網(wǎng)）連接到PLC控制器主站上，與其它PLC控制器及中央操作站保持緊密聯(lián)系。傳感器及執(zhí)行器等連接至以上各PLC控制器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控和命令執(zhí)行。 
　　 
　　四、潔凈空調(diào)自控控制系統(tǒng)分析 
　　控制程序采用SIEMENS Step7 軟件，通過STL、LAD 梯形圖等編程方式，實(shí)現(xiàn)采集信號的處理、控制回路的處理、邏輯運(yùn)算的處理，對設(shè)備、儀表獲得有效的控制，實(shí)現(xiàn)空調(diào)的模式切換和潔凈室室內(nèi)溫濕度的控制。 
　　系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要各檢測數(shù)據(jù)實(shí)時反饋，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換、PID調(diào)節(jié)和邏輯關(guān)系運(yùn)算，達(dá)到自動控制，實(shí)現(xiàn)最終目的。以下是對自控系統(tǒng)分步分析。 
　　1、新風(fēng)預(yù)熱控制： 
　　空調(diào)系統(tǒng)在冬季運(yùn)行時，當(dāng)新風(fēng)溫度檢測到低于5℃時，應(yīng)啟動新風(fēng)預(yù)熱閥，一方面補(bǔ)充加熱能力，另一方面防止空氣中水滴在過濾器上凝結(jié)成冰，導(dǎo)致過濾器封堵。機(jī)組熱盤管上安裝的防凍開關(guān)，當(dāng)控制系統(tǒng)接收到防凍開關(guān)的信號時報(bào)警，并將預(yù)熱閥門開到最大以提高盤管表面的溫度，防止盤管凍裂。 
　　2、風(fēng)閥控制： 
　　新風(fēng)閥開度首先要滿足房間新風(fēng)需求量，并且是保證房間正壓的關(guān)鍵，所以當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時，新風(fēng)閥有一個最小開度。新/回風(fēng)閥要先于風(fēng)機(jī)開啟，然后根據(jù)溫度反饋信號調(diào)節(jié)冷熱水閥的開度。當(dāng)風(fēng)機(jī)關(guān)閉時，風(fēng)門自動關(guān)閉，防止粉塵進(jìn)入。 
　　新風(fēng)閥應(yīng)具有斷電后彈簧復(fù)位的功能，避免了冬季斷電后，冷空氣通過新風(fēng)閥進(jìn)入空調(diào)機(jī)組內(nèi)凍壞機(jī)組盤管。 
　　各風(fēng)閥安裝有開度反饋，當(dāng)風(fēng)閥執(zhí)行器開度與設(shè)定值偏差過大，就會有報(bào)警提示，通知操作人員風(fēng)閥故障，需要及時處理。 
　　3、系統(tǒng)總風(fēng)量與送風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制 
　　根據(jù)空調(diào)機(jī)組總送風(fēng)管的風(fēng)量來調(diào)整變頻器頻率，保證送風(fēng)風(fēng)量一定： 
　　風(fēng)量測量方式：標(biāo)準(zhǔn)畢托管用兩根不同內(nèi)徑管子同心套接而成，內(nèi)管通直端尾接頭是全壓管，外管通側(cè)接頭是靜壓管 
　　 
　　測量垂直氣流方向的皮托管和外部環(huán)境壓力差計(jì)算而得： 
　　空氣速度(FPM) = 4004.4 x ΔP（inWC) 
　　送風(fēng)量/空氣流量Q（CRM)=FPM x S(sq.ft)(1cfm≈1.7m3/h ) 
　　4、溫度控制方式 
　　根據(jù)安裝在回風(fēng)總管的溫濕度傳感器來調(diào)節(jié)熱水閥、冷水閥的開度，控制如下圖所示： 
　　冬季時，溫度調(diào)節(jié)按照上圖左邊曲線調(diào)節(jié)，即溫度越高則熱水閥開度越小，通過優(yōu)化計(jì)算(PID+前饋控制)保證溫度恒定； 
　　夏季時，溫度調(diào)節(jié)按照上圖右邊曲線調(diào)節(jié)，即溫度越高則冷水閥開度越大，通過優(yōu)化計(jì)算(PID+前饋控制)保證溫度恒定。 
　　控制系統(tǒng)可自動調(diào)整冬季或夏季時新風(fēng)和回風(fēng)的開度比，以達(dá)到節(jié)能的目的。 
　　5、濕度控制方式 
　　控制方式下圖所示 
　　5.2 加濕控制 
　　根據(jù)回風(fēng)濕度進(jìn)行加濕閥比例控制。加濕時，蒸汽閥按照左邊曲線調(diào)節(jié)開度，優(yōu)化計(jì)算(PID+前饋控制)達(dá)到加濕效果； 
　　5.1 除濕控制 
　　根據(jù)濕度對冷水閥比例控制，溫度控制與濕度控制同時操作冷水閥時取大值，確保系統(tǒng)節(jié)能；冷水閥按照右邊曲線調(diào)節(jié)開度，優(yōu)化計(jì)算(PID+前饋控制)達(dá)到除濕效果。 
　　控制系統(tǒng)可自動調(diào)整冬季或夏季時新風(fēng)和回風(fēng)的開度比，以達(dá)到節(jié)能的目的。通過送風(fēng)溫濕度傳感器對濕度進(jìn)行實(shí)時的超限檢測，濕度過高時停止蒸汽加濕閥，保護(hù)高效過濾器。 
　　6、房間壓差與排風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制 
　　6.1對于局部排風(fēng)沒有變化的潔凈空調(diào)機(jī)組采用定回風(fēng)量控制，由于送風(fēng)量保持恒定，當(dāng)房間的排風(fēng)量和新風(fēng)量保證恒定時回風(fēng)量便保持恒定。所以在空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試時檢測出保持房間風(fēng)量和正壓的情況下系統(tǒng)需要的新風(fēng)量，根據(jù)新風(fēng)量大小設(shè)定新風(fēng)閥的開度，新風(fēng)閥開啟與空調(diào)風(fēng)機(jī)連鎖，當(dāng)開啟風(fēng)機(jī)的同時開啟新風(fēng)閥到設(shè)定開度，即能夠保證房間正常壓差； 
　　6.2對于局部排風(fēng)有變化的潔凈空調(diào)機(jī)組采用變回風(fēng)量控制，由于送風(fēng)量保持恒定，當(dāng)房間的排風(fēng)量變化時，新風(fēng)量和回風(fēng)量也要隨著變化。當(dāng)局部排風(fēng)開啟時，排風(fēng)量變大，回風(fēng)量變小，為保證風(fēng)平衡新風(fēng)量也同時變大（新風(fēng)量大于排風(fēng)量才能最終保證房間的正壓）。對于普通空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)機(jī)頻率控制：檢測空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)靜壓，并根據(jù)檢測到的回風(fēng)靜壓控制送風(fēng)機(jī)的頻率，使回風(fēng)靜壓穩(wěn)定在設(shè)定范圍，進(jìn)而保證空調(diào)系統(tǒng)的定回風(fēng)量。 
　　7、趨勢記錄 
　　操作站將安裝Wincc工作站組態(tài)軟件，以生成用戶所需的多種功能圖形、報(bào)警信息處理、數(shù)據(jù)收發(fā)、記錄和曲線、圖表顯示、數(shù)據(jù)存儲和報(bào)表生成、打印輸出等。考慮到報(bào)表打印功能，給整個的過程監(jiān)控層配置打印機(jī)。 
　　8、報(bào)警信息 
　　空調(diào)系統(tǒng)是一個整體，系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障，必須馬上處理解決。自控系統(tǒng)對所有關(guān)鍵點(diǎn)均有監(jiān)控，一但發(fā)生故障，馬上能夠在操作站體現(xiàn)出來。常見故障如下： 
　　1、溫度報(bào)警：溫濕度偏離預(yù)期值；2、濕度報(bào)警：溫濕度偏離預(yù)期值；3壓差報(bào)警：壓差偏離預(yù)期值；4、過濾器壓差報(bào)警：安裝在過濾網(wǎng)兩端的壓差開關(guān)動作；5、風(fēng)機(jī)故障狀態(tài)報(bào)警：風(fēng)機(jī)運(yùn)行；6、風(fēng)閥報(bào)警：風(fēng)閥開度反饋偏離設(shè)定值；7、防火閥報(bào)警：防火閥動作；等等。 
　　報(bào)警信息包含了發(fā)生的日期、時間、事件、狀態(tài)、區(qū)域、報(bào)警類型等內(nèi)容，并生成電子記錄，自動進(jìn)行存儲，以便日后查詢、分析。 
　　9、系統(tǒng)安全設(shè)置 
　　上位機(jī)操作具有三級密碼保護(hù)，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全；控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)安全性，保證緊急狀態(tài)下、系統(tǒng)崩潰恢復(fù)后的數(shù)據(jù)完整性；通過控制系統(tǒng)程序控制，可保證系統(tǒng)安全措施有效可信，能夠在多個層次上實(shí)現(xiàn)安全控制并能保證操作人員人身安全。 
　　結(jié)束語： 
　　采用工業(yè)級的PLC控制系統(tǒng)，可靠的儀表和閥門、成熟控制程序?qū)崿F(xiàn)自控，保證系統(tǒng)既可滿足系統(tǒng)對溫濕度、風(fēng)量、壓差的控制要求，確保本系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，又能保證以后控制系統(tǒng)的擴(kuò)展性。 
　　系統(tǒng)開放性WinCC 提供開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)共享信息資源，提供標(biāo)準(zhǔn)OPC 接口以及多種訪問形式，方便系統(tǒng)接入到SCADA系統(tǒng)之中控制系統(tǒng)按照工藝流程圖編寫上位機(jī)畫面，符合操作習(xí)慣，界面簡潔實(shí)用、參數(shù)修改直觀、菜單清晰明了、易學(xué)易用，符合制藥行業(yè)規(guī)范。 
　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后，能夠滿足《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》各項(xiàng)指控的控制要求。