潔凈車間自控系統解決方案(電子、制藥、食品、生物凈化工程)

一、潔凈車間規范
1.1潔凈車間空調系統相關規范
隨著經濟的發展和生活水平的提高，目前在電子、制藥、食品、生物工程、醫療等領域對潔凈間的要求越來越高，潔凈技術也隨之發展起來。它綜合了工藝、建筑、裝飾、給排水、空氣凈化、暖通空調等各方面的技術。按標準《潔凈廠房設計規范》，其與空調系統相關的主要技術指標為：

1. 潔凈車間空氣潔凈度：
等級 每M3空氣中≥0.5微米塵粒數 每M3空氣中≥0.5微米塵粒數
100級 ≤35×100
1000級 ≤35×1000 ≤250
10000級 ≤35×10000 ≤2500
100000級 ≤35×100000 ≤25000

2. 潔凈車間溫、濕度：
(1) 滿足生產要求;
(2) 生產工藝無溫、濕度要求時，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。不同等級的潔凈室以及潔凈區與非潔凈區之間的靜壓差，應不小于4.9Pa，潔凈區與室外的靜壓差，應不于9.8Pa.。
此外，還有對于風量，風速等的技術要求。總之，潔凈間的各項指標都非常嚴格，因此，對其進行精確的控制就成為必須。

1. 2潔凈車間空調自控的意義
在現代商業及工業樓宇中，空調系統設備較多，自動化管理是使其安全工作并良好運行的重要保證。同時，空調的能源消耗一般占總能源消耗的40%以上，因此空調節能是節能的重要手段。對潔凈間而言，更是如此。采用空調自控產品，會產生下列一系列好處：
首先，由于空調系統實現自動化監控，可以使系統能夠更安全的運行，并zui大限度的提高舒適程度。對潔凈間來說，更成為保證生產所必須的條件。
此外，由于實現了自動化監控，可以在滿足系統安全運行及保證系統的各種技術指標的同時，大限度的實現節能控制，符合日益突出的節能和環保需要。有關資料表明，采用空調自控系統后，可節約空調系統設備年度運行費用的10%。更樂觀的估計認為可達15%-30%。而空調自控產品的投資占整個樓宇或廠房總投資的不到0.5%，收回投資時間短。
同時，由于實現設備的自動控制和管理，可縮減人員維護，節約人員開支，提高綜合管理水平，減少突發事故的發生和設備損壞，從而帶來潛在效益。

1. 3潔凈車間空調控制系統功能簡價
中文版控制器是美國5000控制器中的一員。特別適合應用于潔凈間如手術室，潔凈廠房的空調控制，依照《潔凈室施工驗收規范》，《潔凈廠房設計規范應》，《采通風與空氣調節設計規范》等標準，并綜合考慮各系統的內在，我們以為核心構建了較完整的潔
凈間空調自控系統，它具備以下特點：
1. 恒溫恒濕比例積分控制
2. 室內遠程啟停空調
3. 室內溫度設定
4. 關鍵故障(火災)報警及聯鎖
5. 非關鍵故障(濾網堵塞/送風過熱)報警及聯鎖
6. 夏季防止送風凝露/冬季防凍
7. 開機順序和聯鎖等。
8. 自定義啟停時間程序等。
下面，對其構成、工作原理等作詳細介紹。

二.潔凈間空調自控系統構成
2. 1模擬儀表自動控制
由模擬控制器(又稱模擬控制儀表)、傳感器、執行器與被控對象組成的自控系統見圖2-1，這是單回路控制系統框圖。由于其理論成熟、結構簡單、投資少、易于調整等因素，過去在空調、冷熱源及給排水等系統中得到廣泛應用。
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，在調整、投運過程中比較簡單。其組成一般為單回路控制系統，只能適用于小規模空調系統。從發展趨勢來說，己經較少采用，在此不作進一步說明。

2.2計算機控制系統
由于計算機枝術、控制技術、通信技工及圖像技術的發展，使微計算機控制技術在制冷空調自動控制的應用愈來愈普遍。傳統控制系統在引人微計算機后，就可以充分利用計算機的強大算術運算、邏輯　運算及記憶等功能，運用微機指令系統，編制出符合控制規律的軟件。微機執行這些程序，就能實現被控參數的控制與管理，如數據采集和數據處理等。
計算機的控制過程可歸納為實時數據采集、實時決策和實時控制三個步驟。這三個步驟不斷地重復進行就會使整個系統按照給定的規律進行控制、調節。同時，也對被控變量及設備運行狀態、故障等進行監測、超限報警和保護，記錄歷史數據等。
應該說，計算機控制在控制功能如精度、實時性、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，由于計算機的引入而帶來的管理功能(如報警管理，歷史記錄等)的增強更是模擬控制器根本無法實現的。因此，近年來，在制冷空調自動控制的應用上，尤其在大中型空調系統的自動控制中，計算機控制已經占主導地位。

2.2.1直接數字控制
所謂在接數字控制是以微處理機動為基礎、不借助模擬儀表而將系統中的傳感器或變送器或的輸出信號直接輸入到微型計算機中，經微型計機按預先編制的程序計算處理直接驅動執行器的控制方式，簡稱DDC，這種計算機稱為直接數字控制器，簡稱DDC控制器。
DDC控制器中的CPU運行速度很快，并且其配置的輸入出端口(I/0)般較多。因此，它可以同時控制多個回路，相當于多個模擬價格比高等特點。
2.2.2集散型控制系統
集散型控制系統縮寫為TDS。與過去傳統的計算機控制方法相比，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、現場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。它分散于整個系統各被控設備的現場，與現場的傳感器及執行器等直接連接，實現對現場設備的檢測與控制。中央站實現集中監控和管理功能，如集中監視、集中啟停控制、集中參數修改、報警及記錄處理等。可以年看出，集散型控制系統的集中管理功能由中央站完成，而控制與調節功能由分站即DDC控制器完成。

二、 潔凈車間空調自控系統的實現
3. 1空氣凈化
一般的潔凈間空間系統中，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，空氣潔凈度可以達到10000級。而對于的超凈要求的潔凈間還應安裝高效過濾器。這樣，空氣潔凈度可以達到更高(如100級甚至更高)。
過濾器長期使用時，濾料上沉附的灰塵將慢慢增加，這樣會增大氣流阻力，影響整個空調系統的運行。因此，工程上應對過濾器的氣流阻力變力進行自動檢測和報警。通常采用差壓法測量過濾器前后的壓差Pd,并將此差壓信號進行顯示和根據設定的差壓限值報警，以便及時清理或更換。

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加熱，是用來加熱新風或加熱新風與一次回風的混合風。一次加熱一般只用于冬季很冷的地區，防止新風與一次回風混合后達到飽和，產生水霧或結冰。一次加熱還應用于一次混合不允許變動的超凈空調系統中。
當采用蒸氣或熱水進行加熱時，一般采用控制蒸氣或熱水的調節閥開度實現溫度控制;當采用電加熱時，通過晶閘管電力控制器，控制其加熱電功率實現溫度控制。

3.2.2二次加熱與三次加熱的控制
空氣二次加熱通常設在表冷器之后或二次回風混合段后。二次加熱的目的是在有相對濕度要求的情況下，為了保證送風溫度或空調室內的溫度。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，用于溫度微調而設置的加熱段。其控制應根據具體情況參照上述原理實施。

3.3濕度控制
3.3.1加濕處理及控制
潔凈間空調工程中，加濕操作一般是在冬季或過渡季節空氣干燥時進行。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控制或功率調節。蒸汽加濕時，根據濕度控制要求，可通過對電磁閥進行位式控制或采用二通調節閥的連續調節來實現。

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。表冷對空氣的處理的等濕冷卻二種處理過程。采用表冷器進行濕度控制時，是通過調節表冷器的冷媒(如冷凍水)流量來實現。當濕度高于要求的值時，可通過加大冷水閥的開度來加大其流量，實現除濕(即干燥)處理;反之減少流量，實現加濕處理。
應該說明的是，由于空氣的物理性質，其濕度的控制相對比較復雜，方法也較多。而且，空氣的溫度和濕度二個參數在調節過程中又相互影響。如某些原因使室內溫度升高，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，將使相對濕度減少。因此，對其中某一參數進行調節時，也會引起另一參數的變化。例如在夏季采用表冷器進行除濕調節，開大冷水閥時，在使濕度恢復正常的同時，也使溫度降低。因此，在工藝設計和自控方案設計時都應充分考慮到這一特點。

3.4正壓控制
標準規定，不同級別潔凈室之間應大于4.9Pa,潔凈區與之間應大于9.8Pa。潔凈室內的結構等基本確定，在運行過程中，保持正壓可以通過控制新風量或回風量來實現。即通過控制新風門或回風門的開度來實現。
3.5其它控制與空調節能
對潔凈間而言，除上述必需保證的技術指標示，還有一些對于安全與節能等方面的要求。結合多年的工程實踐，主要有如下一些方面。

3.5.1風機故障報警
通過檢測風機的風流狀態判斷風機是否正常工作。若因電機燒毀或皮帶松動等原因導致風機停轉，應立即報警?3.5.2風機變頻控制
為保持潔凈間內穩定的正壓或一定的新風/回風比，可以對機(電機)轉數實施變頻控制。實踐證明，變頻控制比單純的風門開度調節控制效果更佳，而且可大幅度節約電力消耗。因為在空調系統中，新風/回的輸送占電能消耗的大比例。而風門控制實際上是通過節流裝置(即風門)來實現氣流的改變。

3.5.3水泵變頻控制
在一泵對一調節系統時，采用變頻調速(水泵轉數)實現流量控制比采用節流裝置(即調節閥)為佳。這種方式不僅體現在控制效果更佳，同時體現在大幅度節約電力消耗上。
3.5.4節能程序
由于計算機控制系統的應用，使節能控制成為現實。即除了上述對空調系統工藝特點實施的節能控制手段外，計算機控制還可實現如焓差控制、夜晚循環、夜風凈化、啟停、零能量區等。當然，對于某個特定的潔凈廠房，其節能程序應根據其具體情況進行編制，以達的節能效果。
四、 空調控制系統的設備配置
實現空調自動控制系統的設備有控制器、傳感器及執行器等。如前的主流控制系統己以從模擬控制轉變為計算機控制，在此，主要對實現直接數字控制既DDC控制的設備作簡單介紹。

4. 1DDC控制器
電源：24;耗電：45防護標準：后備電池：3V鋰電池;液晶顯示：4行×16安符
EPROM中駐有標準程序;Excel能型DDC控制器，是中國國家標準規定的DCP智能型分站。每臺控制器之編程均貯存在自己的記憶體內。Excel 20含有16位微處理器i80186可控制16個物理點，(即可聯接16個探測器，開關，執行器)。
它由基本的CPU模塊及電源模塊作為基礎，再任意按照實際需要由軟件置以下功能模塊：
類比輸和入模塊(AL)：7個點，0~1VDC，2~10VDC，420MA;
類比輸出模塊(AO)：3個點，210VDC;
數字輸入模塊(DI)：2點，干接點;
數字輸出模塊(DI):4個繼電器輸出
開關量的啟/停可以通過時間計劃表來控制其何時啟停。彈性時間計劃zui長可達1年.

4.2溫度傳感器
室內溫度傳器T7412，設定點可調,有效溫度范圍：-20℃到50℃，zui大傳輸距離:200米;,NTC20K。環境要求:–35℃到60℃,5%RH到95%RH，電氣接線:2X1.5MM2,應與線電源屏蔽，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，環境要求:-35℃到60℃,5%RH到95%RH，電氣接線:2×1.5MM2,應與線電源屏蔽，風道式溫度傳感器C7031C，有效溫度范圍:-20℃-50℃，大傳輸距離:200米
4.4冷熱水閥及驅動器，比例積分電動閥
其中包括：閥門V5011，等百分比特性，電閥門執行器ML7984或M7421，選配不同閥體,適用于冷凍水,熱水介質，DN25-150各格供選擇
4.5蒸汽加熱/加濕閥及驅動器
閥門V5011，線性特性，電動閥門執行
器M7421，選配不同閥體,適用于蒸汽介質，DN25-150各規格供選擇

4.6電動風門驅動器
電動新風閥ML6184，風門執行器ML6XXX,ML7XXX,ML8XXX，適用于0.75M2-15M2面積的風門，有開關型/斷續型/連續型供選擇
4.7空氣壓差開關
DPS400，壓力范圍:40-400Pa，保護級:IP54，開關容量:1.5A/250VAC
4.8空氣壓差表及壓差變送器
1. 微壓差表2000系列:
現場顯示:指針顯示;測量范圍:zui小節0-60 Pa;
2. 微壓差變送器MODT30
測量范圍:小0-25 Pa輸出信號:4-20MA輸入信號:空氣壓差，工作電源:10-35VDC
4.9其它檢測、校驗儀器
1. 便攜式數字溫/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. 便攜式數字風速表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. 便攜式數字粒子計數器:
手持式,電池操作;以0.1FM(立方英尺/分鐘)計算0.3或0.5微米粒子;
5種計算模式;
存儲數據:200組;RS232/RS485輸出;顯示:4行液晶顯示,7位計算結果;