一、前言
1、潔凈廠房空調(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)。按照中華人民共和國(guó)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：
A、空氣潔凈度
B、溫、濕度
C、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)之間的壓差，應(yīng)不小于5Pa，潔凈區(qū)與室外的壓差，應(yīng)不于10Pa。此外，還有對(duì)于風(fēng)量，風(fēng)速等的技術(shù)要求。總之，潔凈間的各項(xiàng)指標(biāo)都非常嚴(yán)格，因此，對(duì)其進(jìn)行的控制就成為必要。
2、潔凈室空調(diào)自控的意義
在現(xiàn)代工業(yè)廠房中，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)潔凈室而言，更是如此。采用空調(diào)自控產(chǎn)品，會(huì)產(chǎn)生下列一系列優(yōu)點(diǎn)：
A、先進(jìn)性和實(shí)用性
空調(diào)自控管理系統(tǒng)建設(shè)于信息時(shí)代，系統(tǒng)方案與當(dāng)前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的潮流相吻合。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)定位于高起點(diǎn)、開放式、模塊化，從而建設(shè)一個(gè)可擴(kuò)展的平臺(tái)，保護(hù)前期工程與后續(xù)技術(shù)的銜接。
液晶觸摸屏顯示，可以顯示溫度、濕度、蒸汽及冷凝水溫度，壓差顯示。并且可以直接在屏幕上做調(diào)解及各項(xiàng)設(shè)置，方便快捷。
B、可靠性
系統(tǒng)每天24小時(shí)連續(xù)工作，局部設(shè)備故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也不會(huì)影響其它智能化子系統(tǒng)的正常運(yùn)行。關(guān)鍵的系統(tǒng)部件對(duì)故障容錯(cuò)和數(shù)據(jù)備份應(yīng)提供相應(yīng)的解決措施。
C、經(jīng)濟(jì)性
系統(tǒng)選用的設(shè)備及其系統(tǒng)，是以現(xiàn)有成熟的設(shè)備和系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以總體目標(biāo)為方向，局部服從全局，力求系統(tǒng)在初次投入和整個(gè)運(yùn)行生命周期內(nèi)獲得*的性能價(jià)格比。
D、易維護(hù)性
系統(tǒng)中需要監(jiān)視和監(jiān)控的設(shè)備品種繁多，而且位置分散，要保證日常系統(tǒng)正常工作、可靠運(yùn)行，系統(tǒng)必須具有高度可靠的可維護(hù)性和易維護(hù)性。做到所需人員少，維護(hù)工作量小，維護(hù)強(qiáng)度弱，維護(hù)費(fèi)用低。
E、開放性和可擴(kuò)展性
系統(tǒng)采用國(guó)家和標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，兼容不同廠家、不同協(xié)議的設(shè)備和系統(tǒng)。采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形系統(tǒng)。各子系統(tǒng)可方便進(jìn)出總系統(tǒng)，同時(shí)具有開放接口，以便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。
3、潔凈室空調(diào)控制系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介
按照本項(xiàng)目，本次以美國(guó)HONEYWELL公司生產(chǎn)的Excel5000控制器為例，做設(shè)計(jì)分析。美國(guó)HONEYWELL公司生產(chǎn)的Excel5000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》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，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)，它具備恒溫恒濕比例積分控制、室內(nèi)遠(yuǎn)程啟停空調(diào)、室內(nèi)溫度設(shè)定、關(guān)鍵故障（火災(zāi)）報(bào)警及聯(lián)鎖、非關(guān)鍵故障（濾網(wǎng)堵塞/送風(fēng)過熱）報(bào)警及聯(lián)鎖、夏季防止送風(fēng)凝露/冬季防凍、開機(jī)順序和連鎖、自定義啟停時(shí)間程序等特點(diǎn)。
二、潔凈間空調(diào)自控系統(tǒng)構(gòu)成
1、模擬儀表自動(dòng)控制
模擬控制儀表由于其理論成熟、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)模空調(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、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)在引入微計(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*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。
A、直接數(shù)字控制
所謂直接數(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)算機(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（Direct Digital Control），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）一般較多。因此，它可以同時(shí)控制多個(gè)回路，相當(dāng)于多個(gè)模擬系統(tǒng)，具有價(jià)格比高等特點(diǎn)。
B、集散型控制系統(tǒng)
集散型控制系統(tǒng)Total Distributed System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。分站就是上述以微處理為核心的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、集中啟停控制、集中參數(shù)修改、報(bào)警及記錄處理等。可以看出，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。
三、潔凈室空調(diào)自控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
1、空氣凈化
一般的潔凈室空間系統(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100000級(jí)。而對(duì)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(dá)到更高（如100級(jí)甚至更高）。過濾器長(zhǎng)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。
2、溫度控制
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、濕度控制
A、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。空氣加濕的方法比較多。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)。
B、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)。
4、正壓控制
我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不同級(jí)別潔凈室之間應(yīng)大于5Pa,潔凈區(qū)與之間應(yīng)大于10Pa。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)。
5、其它控制與空調(diào)節(jié)能
對(duì)潔凈室而言，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。
A、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。
B、風(fēng)機(jī)變頻控制
為保持潔凈室內(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/回風(fēng)的輸送占電能消耗的zui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。
C、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。
D、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)到*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。當(dāng)前的主流控制系統(tǒng)己從模擬控制轉(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。
1、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(guó)國(guó)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)。Excel20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(zhǎng)可達(dá)1年。
2、溫度傳感器
有效溫度范圍：-20℃到50℃ zui大傳輸距離：200米。
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。
3、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、電動(dòng)閥門執(zhí)行器ML7984或M7421、選配不同閥體適用于冷凍水和熱水介質(zhì)、DN25-150各格供選擇。
4、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。
5、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./250VAC 6、空氣壓差表及壓差變送器 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)0-60Pa； 微壓差變送器MODT30 測(cè)量范圍：zui小0-25Pa 輸出信號(hào)：4-20MA 輸入信號(hào)：空氣壓差 工作電源：10-35VDC。
6、其它檢測(cè)、校驗(yàn)儀器
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(zhǎng)度：219mm（485-2型）。
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。
便攜式數(shù)字風(fēng)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。
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。