空氣潔凈技術(shù)

潔凈空調(diào)自動(dòng)控制摘要：潔凈空調(diào)系統(tǒng)作為一種重要的空調(diào)系統(tǒng)分類,目前在醫(yī)藥、電子和化工等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛.從控制和數(shù)據(jù)分析處理的角度來看,潔凈空調(diào)控制系統(tǒng)除了具有普通空調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量大、模擬量多、系統(tǒng)運(yùn)行不間斷和數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)等特點(diǎn)以外,還帶有控制因素多和控制精度高等特點(diǎn).通常的潔凈空調(diào)系統(tǒng)要求室內(nèi)環(huán)境中的溫度、濕度、壓差和空氣潔凈度等狀態(tài)參數(shù)均保持在一定的閾值范圍內(nèi).對(duì)這種要求,靠維護(hù)人員的手工操作或者傳統(tǒng)的繼電器控制是根本無法實(shí)現(xiàn)的.關(guān)鍵詞：潔凈、空調(diào)、控制潔凈空調(diào)系統(tǒng)作為一種重要的空調(diào)系統(tǒng)分類,目前在醫(yī)藥、電子和化工等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛.從控制和數(shù)據(jù)分析處理的角度來看,潔凈空調(diào)控制系統(tǒng)除了具有普通空調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量大、模擬量多、系統(tǒng)運(yùn)行不間斷和數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)等特點(diǎn)以外,還帶有控制因素多和控制精度高等特點(diǎn).通常的潔凈空調(diào)系統(tǒng)要求室內(nèi)環(huán)境中的溫度、濕度、壓差和空氣潔凈度等狀態(tài)參數(shù)均保持在一定的閾值范圍內(nèi).對(duì)這種要求,靠維護(hù)人員的手工操作或者傳統(tǒng)的繼電器控制是根本無法實(shí)現(xiàn)的.一、空調(diào)系統(tǒng)分析工程概況某地區(qū)某制藥廠的生產(chǎn)車間有五層樓,每層樓的內(nèi)區(qū)為生產(chǎn)區(qū),各層樓的外區(qū)通道、操作人員更衣室等連通,構(gòu)成過渡區(qū).各生產(chǎn)區(qū)域的設(shè)備負(fù)荷差異較大.因?yàn)樯a(chǎn)工藝的要求,內(nèi)外區(qū)間以及車間與外界之間的門開關(guān)頻繁,造成室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)波動(dòng)較大.而且該工廠地處海邊,室外空氣濕度較大.空調(diào)系統(tǒng)要求根據(jù)“藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理?xiàng)l例”（藥品生產(chǎn)GMP）,業(yè)主要求生產(chǎn)區(qū)的空氣潔凈度達(dá)到30萬級(jí)潔凈室標(biāo)準(zhǔn)，溫度在20~26°C之間，相對(duì)濕度在40%~60%之間.壓差按粉劑車間要求設(shè)計(jì),過渡區(qū)對(duì)室外環(huán)境保持12~15Pa的正壓,生產(chǎn)區(qū)對(duì)過渡區(qū)保持2~5Pa的負(fù)壓.要求利用PLC自動(dòng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制.可根據(jù)季節(jié)不同和生產(chǎn)工藝的改變，通過觸摸屏對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改.室外環(huán)境的氣象資料和室內(nèi)空調(diào)運(yùn)行的狀態(tài)和能耗等參數(shù)記錄在計(jì)算機(jī)內(nèi)以供查詢和進(jìn)一步的分析優(yōu)化處理.二、 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1空氣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)為全空氣系統(tǒng)，各個(gè)房間的氣流組織均為上側(cè)送、下側(cè)回.冷源為兩臺(tái)工廠冷凍站提供的7~9C的冷凍水，熱源為工廠鍋爐房提供的蒸汽.送風(fēng)機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)控制，回風(fēng)機(jī)則為開停控制.送風(fēng)總管分為兩路，一路通向各生產(chǎn)區(qū)，另一路向過渡區(qū)送風(fēng).系統(tǒng)采用變風(fēng)量系統(tǒng)，各個(gè)房間的送風(fēng)閥和回風(fēng)閥均裝有電動(dòng)風(fēng)閥執(zhí)行器用來調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度，以調(diào)節(jié)各個(gè)房間的送回風(fēng)量.空氣循環(huán)回路的新風(fēng)段、一次回風(fēng)段和送風(fēng)段分別裝有初效、中效和高中效過濾器.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要控制參數(shù)為:a.保持空氣潔凈度必須的送風(fēng)量;b.內(nèi)外區(qū)之間的負(fù)壓壓差和過渡區(qū)與環(huán)境間的正壓壓差;c.室內(nèi)環(huán)境的濕度;d.室內(nèi)環(huán)境的溫度.空氣潔凈度和溫度可根據(jù)各生產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)工藝要求和“藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范”的規(guī)定,利用PLC調(diào)節(jié)裝在送回風(fēng)閥上的風(fēng)閥執(zhí)行器來改變風(fēng)門開度;壓差的控制同樣是根據(jù)現(xiàn)場傳感器的采樣數(shù)據(jù),利用PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,輸出控制量來控制風(fēng)閥的開度以保證各區(qū)域的壓差;因該工廠地處海邊,常年濕度較大,所以濕度控制方式以去濕為主,可通過調(diào)節(jié)冷凍水的流量和溫度來實(shí)現(xiàn).圖1為潔凈空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制框圖.除冷凍水的流量和溫度由操作人員人工調(diào)節(jié)（根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)視器顯示的系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)冷凍機(jī)冷量和冷凍水開度）外,其余參數(shù)的采集、邏輯判斷、數(shù)值計(jì)算和執(zhí)行器動(dòng)作均為自動(dòng)實(shí)施.但是,由于此系統(tǒng)的控制對(duì)象較多,且各對(duì)象的控制精度要求較高,各控制因子的耦合性很強(qiáng),所以控制模型比較復(fù)雜.加之各參數(shù)的波動(dòng)很大,不易穩(wěn)定.故采用一般的控制算法容易使系統(tǒng)產(chǎn)生很大的波動(dòng),甚至偏差.但復(fù)雜的算法又使得系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)的難度以及工作量大大增加.故作者在設(shè)計(jì)中使用了PLC內(nèi)部集成的模糊PID算法函數(shù)為控制函數(shù)，對(duì)PLC控制范圍的上下限做了限制，在此范圍內(nèi)仍以PID算法控制，一旦控制值超出閾值，則停在閾值限上，這樣大大提高了控制精度和穩(wěn)定性.各風(fēng)閥的上下限閾值均通過在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行工況下的測試得到.現(xiàn)以夏季運(yùn)行工況下某房間的送回風(fēng)閥上、下限閾值的設(shè)定方法為例.根據(jù)房間的標(biāo)準(zhǔn)換氣次數(shù)，測量得到對(duì)應(yīng)的回風(fēng)閥開度，以此為回風(fēng)閥的下限閾值Rl,ex（因?yàn)榉块g為負(fù)壓，應(yīng)以回風(fēng)閥下限為準(zhǔn);如為正壓，則應(yīng)設(shè)定送風(fēng)閥下限），從而保證房間的最小換氣次數(shù);根據(jù)房間設(shè)定溫度的精度范圍設(shè)定送風(fēng)閥的上、下限閾值Sh，t和Sl，t,使得在標(biāo)準(zhǔn)送風(fēng)溫度的情況下，房間溫度不會(huì)超出GMP規(guī)定的溫度范圍;根據(jù)送風(fēng)量最小時(shí)的最不利情況，即送風(fēng)閥處于最小閥位Sl，t時(shí)，設(shè)定回風(fēng)閥上限閾值Rh,p,使房間在最不利情況下的負(fù)壓壓差小于10Pa;根據(jù)回風(fēng)閥的閥位閾值Rh,p和Rl,ex,重新設(shè)定送風(fēng)閥的上下限閥位Sh,p和Sl,p,使得在回風(fēng)閥處于最不利情況時(shí)，即回風(fēng)閥開度為上限或下限閾值時(shí),房間能夠保持最低負(fù)壓壓差5Pa的壓差下限.本系統(tǒng)在節(jié)能方面也采取了一些措施.生產(chǎn)過程中有些房間的使用是間斷性或季節(jié)性的,有些房間是作為臨時(shí)存儲(chǔ)地點(diǎn)而無操作人員駐留的,這些房間及其他夜間不生產(chǎn)的房間（該車間不是三班制，每天工作時(shí)間為16h）需維持潔凈

狀態(tài)和保持濕度,其要求低于生產(chǎn)時(shí)的工況（房間換氣次數(shù)可減少到只要維持狀態(tài)要求）.使用這種做法大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用,提高了系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能性.利用工廠內(nèi)部的局域網(wǎng),生產(chǎn)、質(zhì)量、動(dòng)力以及管理部門可以實(shí)時(shí)地得到現(xiàn)場的數(shù)據(jù),進(jìn)而作出分析和決策.三、 運(yùn)行效果3.1室內(nèi)環(huán)境的保持工程完成以后運(yùn)行至今已超過12個(gè)月,時(shí)間跨越夏季和冬季.室內(nèi)環(huán)境完全達(dá)到用戶的要求,符合“藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理?xiàng)l例”標(biāo)準(zhǔn).且系統(tǒng)軟硬件的運(yùn)行均十分穩(wěn)定,除在運(yùn)行期間對(duì)一些控制參數(shù)微調(diào)以外,無故障和波動(dòng)等異常情況.由于采取了多工作模式組合和變風(fēng)量的控制方式,整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也大大降低,節(jié)能超過30%.Jr二teaJr二tea??-!■-■」2

?ul40i30201mJ圖設(shè)定風(fēng)度23弋—采樣溫度3 6 9 12 15Ifi21 24時(shí)闔亍弘更季工況下某生產(chǎn)區(qū)的溫度時(shí)間曲線圖2是某主要生產(chǎn)區(qū)的溫度時(shí)間曲線圖.在潔凈空調(diào)系統(tǒng)中,由于室內(nèi)潔凈度所要求的換氣次數(shù)遠(yuǎn)大于由熱負(fù)荷所要求的換氣次數(shù),因此,白天工作時(shí)當(dāng)空氣經(jīng)過表冷器去濕后必須用蒸汽加熱到一定的送風(fēng)溫度以防止室內(nèi)的溫度過冷超調(diào).在夜間22點(diǎn)和第二天早上8點(diǎn)之前該車間不生產(chǎn),所以在這段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)處于最小能耗狀態(tài),室內(nèi)的熱負(fù)荷較小,這種情況仍然處于PLC控制閾值的范圍內(nèi).從圖中亦可看出,室內(nèi)溫度較好地與設(shè)定溫度相符合.從該車間一天的溫度曲線來看,溫度比較平穩(wěn),與設(shè)定值的誤差在5%以下,完全符合該潔凈空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制要求.ioo< 諛宦柏対濕咳別帰30ioo< 諛宦柏対濕咳別帰30r —釆崢棚對(duì)淀虢40-206 9U15 13 21 24時(shí)間TFh圖3具爭工況下某生產(chǎn)區(qū)的魄度時(shí)闔曲線圖3是同一生產(chǎn)區(qū)同一時(shí)間的濕度時(shí)間曲線圖.業(yè)主要求相對(duì)濕度為40%~60%,從圖中可以看到,白天生產(chǎn)時(shí)該區(qū)的相對(duì)濕度保持在此控制范圍內(nèi).夜間送風(fēng)量大大減少,相對(duì)濕度處于比較高的水平,但由于夜間不生產(chǎn),此種情況仍滿足控制要求.因該廠地處濱海地區(qū),濕度較大,季節(jié)性變化不大,所以,運(yùn)行時(shí)季節(jié)變換對(duì)表冷段冷凍水的要求沒有太大的波動(dòng).根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況保持恒定的冷凍水量和溫度基本可以保證系統(tǒng)的濕度要求.圖4是同一生產(chǎn)區(qū)的壓差時(shí)間曲線圖.從圖中可看出,在白天生產(chǎn)期內(nèi)室內(nèi)環(huán)境壓差比較穩(wěn)定,基本符合潔凈空調(diào)系統(tǒng)必需的壓差條件.因該房間經(jīng)常搬運(yùn)貨物,外門開關(guān)次數(shù)較多,造成了整個(gè)工作區(qū)的壓差波動(dòng).但仍能保持對(duì)過渡區(qū)的負(fù)壓并很快恢復(fù)到設(shè)定的壓差值.宀卓宀卓M祥老也腸屢時(shí)間tAl閨,夏季工況下空調(diào)系統(tǒng)送鳳機(jī)的頻率時(shí)間曲線圖5為同一時(shí)間系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)變頻器的時(shí)間曲線圖.該圖反映了整個(gè)空氣系統(tǒng)的風(fēng)量變化,同樣也可作為反映系統(tǒng)能耗的指標(biāo).白天變頻器的波動(dòng)是由各工作區(qū)工作模式組合的變化以及各工作區(qū)室內(nèi)狀態(tài)的變化共同作用引起的.進(jìn)入夜間,系統(tǒng)處于最低能耗階段——夜間模式,系統(tǒng)僅維持環(huán)境必需的最低要求這樣大大節(jié)約了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用.結(jié)合以上圖線進(jìn)行分析可以看出,在白天生產(chǎn)期間被控參數(shù)均很好地達(dá)到了設(shè)計(jì)時(shí)的精度要求.系統(tǒng)在夜間運(yùn)行模式下,值班風(fēng)機(jī)的電機(jī)頻率降至最低值,大大節(jié)約了能量,整個(gè)車間的環(huán)境基本上能保持與白天相同的參數(shù)條件.數(shù)據(jù)對(duì)工況和運(yùn)行策略的分析和預(yù)測通過對(duì)運(yùn)行一年來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以重新對(duì)初設(shè)的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,使之運(yùn)行更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定.利用新風(fēng)口的傳感器得到的氣象資料可為工廠以及其他相關(guān)部門的研究積累數(shù)據(jù).生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)據(jù)與相應(yīng)的產(chǎn)品相聯(lián)系,為質(zhì)量檢驗(yàn)、產(chǎn)品工藝改進(jìn)和企業(yè)管理等方面提供了依據(jù).從綜合方面來說環(huán)境參數(shù)和控制參數(shù)的保存給企業(yè)的發(fā)展帶來更大的長遠(yuǎn)利益.四、凈化空調(diào)的運(yùn)行管理的日常工作對(duì)凈化空調(diào)系統(tǒng)、潔凈室的運(yùn)行管理主要應(yīng)做好以下幾項(xiàng)工作：保證潔凈室內(nèi)要求的空氣溫度和相對(duì)濕度；保證潔凈室內(nèi)潔凈度；制定嚴(yán)格的管理規(guī)章制度。1、保證潔凈內(nèi)要求的空氣溫度和相對(duì)濕度在潔凈室內(nèi)，如果空氣溫度過低，不便于工作的正常進(jìn)行；如果溫度過高，則會(huì)使室內(nèi)工作人員產(chǎn)生過多的汗液，汗液揮發(fā)成微小粒子進(jìn)入空氣中，從而增加了潔凈室內(nèi)空氣中含塵粒子數(shù)，進(jìn)而使其潔凈度級(jí)別有所下降，無法保證工藝條件的要求。因此，保證潔凈室內(nèi)要求的空氣溫度和相對(duì)濕度是空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行的必要條件。2、保證潔凈室內(nèi)潔凈度的措施要保證潔凈室內(nèi)要求的潔凈度，對(duì)正常運(yùn)行的凈化空調(diào)系統(tǒng)、潔凈室，必須做到進(jìn)入潔凈室內(nèi)的空氣是清潔的，進(jìn)入潔凈室內(nèi)的人和物品就應(yīng)該經(jīng)過必要的凈化處理，盡量減少人和物帶入潔凈室內(nèi)的灰塵量。要保證潔凈室內(nèi)的潔凈度應(yīng)采取以下主要措施：保證人凈的措施；保證進(jìn)入潔凈室物料的凈化；保證進(jìn)入潔凈室內(nèi)的空氣是潔凈的；保證凈化空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量；按要求保證潔凈室內(nèi)的正靜壓值；盡量減少潔凈室的產(chǎn)塵量；保證對(duì)潔凈室內(nèi)的定期清掃。五、結(jié)論從工程的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)以及運(yùn)行的情況來看,可編程控制器在空調(diào)系統(tǒng)特別是潔凈空調(diào)系統(tǒng)這種控制精度、穩(wěn)定性要求高的領(lǐng)域中應(yīng)用的效果很好,開發(fā)難度比較低,經(jīng)濟(jì)性較高,完全可以推廣使用.由于可編程控制器本身固有的高穩(wěn)