藥廠空調自控系統優化設計

【摘 要】本文根據藥廠空調特點，提出多種空調自控優化設計。不僅滿足了藥品GMP的各項要求，而且提高了空調控制水平，保障了企業效益。

【關鍵詞】藥廠空調；自控；優化設計

0.前言

隨著制藥廠貫徹GMP 法規意識的不斷加強和現代化科技的迅猛發展， 制藥行業越來越多的采用自控系統保障潔凈空調的正常運行。但是許多企業在設計應用的過程中并沒有考慮藥企空調的特點而沒有對其系統進行量體裁衣的優化設計，導致空調自控系統沒有很好的為空調服務。因此合理優化的空調自控系統是藥廠空調實施的堅實保證，通過自動控制可提高空調質量，嚴控制藥環境，節省能量消耗，提高勞動效率。

1.串級PID控制

藥廠空調項目中，為了使得自控系統的靜態和動態性能皆能滿足制藥環境要求，單靠簡單的PID回路控制并不能滿足需要，特別對于采用蒸汽和表冷式的空調溫濕度調節系統而言，由于本身設備的熱容量比較大、送風管路長，如果僅采用單回路反饋調節系統勢必產生滯后大，超調量大的不良后果。因此需要在項目中選用改進型PID回路控制——串級PID控制，所謂串級PID控制系統，是采用兩個控制器串聯工作，主控制器的輸出作為副控制器的設定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的控制效果。這樣的控制系統被稱為串級控制系統[1]。

在藥廠空調溫控設計方面多采用這種調節方式，主要控制方法為：將送風干擾納入副環的送風溫度調節系統內，而主環對象的干擾通過主調節器的作用來改變副控制器的給定值，使送風溫度的給定值按回風溫度的變化進行調整，以減少回風溫度的波動，以利于提高調節的質量。[2]在這種控制方式中，副回路的對象（送風溫度）慣性小，工作頻率高，當干擾進入副回路的時候，副回路能夠快速調整，把干擾在影響到主參數波動之前消除掉，與單回路PID相比，干擾對于被調量的影響可以減少很多。

圖1為某藥廠空調系統冷凍水閥門自動調節示意圖。它是由潔凈恒溫室、溫度傳感器、執行器、現場控制器（霍尼韋爾公司XL50控制器）和調節機構組成。其中潔凈室室內溫度是被調參數。潔凈恒溫室、冷凍水表冷器2個部分組成了調節對象。冷凍水副環調節設備是由現場控制器、送風溫度傳感器TE2、電動執行器TC和主閥構成的，送風的溫度信號由送風溫度傳感器TE2所感知，它與現場控制器XL50（副調節器）的給定值進行比較，XL50輸出信號控制主閥門的開度，使送風溫度控制在現場控制器所給定的范圍內。而冷凍水主環調節設備是由XL50和回風溫度傳感器TE1構成的，回風溫度傳感器TE1反饋回風溫度用以主調節器XL50內部調整送風溫度的給定值，繼而影響輸出給電動執行器TC的輸出值，使回風溫度也在給定范圍內。

圖2是冷凍水閥門自動調節系統方塊圖。從方塊圖中可以看出在空調系統運行中，利用回風和送風管道溫度傳感器TE2，TE1分別檢測送、回風溫度，并通過XL50現場控制器控制冷凍水雙通調節閥門執行器TC，以實現串級控制，使得回風溫度能穩定在事先設定的給定值上。

2.選擇控制

在藥廠空調自控項目設計中，經常用到選擇控制方式，選擇控制是通過選擇控制器對需要控制的參數進行邏輯判斷選擇。具體運用于箱體表冷器對于降溫和除濕這兩種參數的影響：由于某種原因使得潔凈室溫度下降，控制器的輸出信號增加，使得冷凍水閥門關小，以減少進入表冷器里面的冷凍水水量，從而使潔凈室內的溫度升高。同時，由于表冷器內冷凍水量的減少導致其對空氣除濕能力的下降，使得潔凈室內的空氣濕度增加。這種情況下，溫度和濕度兩個控制輸出信號均要求冷凍水閥門執行器動作，此時控制器就需要根據實際情況和控制要求，設計選擇控制——MIN選擇器，讓它選擇相對低信號，即偏差較大者。如果濕度輸出信號低于溫度輸出信號，則通過MIN選擇器選擇冷水閥暫時接收濕度的輸出信號，并進行調節，使濕度變化趨于給定值。這樣就能夠同時滿足對具有相互影響的溫濕度的調節精度。

3.補償調節控制

藥廠空調系統通常采用回風再利用方式，但是也有部分區域不能采用這種再利用系統，比如動物房潔凈區域，原因在于這類區域內部的空氣質量干擾較大，如動物的糞便、毛發等。回風不能夠和新風混合后再進入空調箱體為潔凈區域送風，而是采用全排風系統，系統供給的空氣只有新風一項。

在這種全排風空調系統中，如果僅采用反饋調節控制的話，因為偏差時間的存在，在被調量偏離其給定值之前，反饋調節根本無法將干擾克服，會引起調節不及時的后果，影響控制質量。設計采用補償調節控制方法將有效解決此類問題。圖3為某藥廠動物房空調系統溫度補償調節控制圖。當發生室外新風溫度的干擾時，送風溫度就會有偏差，因為引入補償調節控制，就不用等到新風溫度變化反應到送風溫度后再去控制，而是可以根據新風溫度的變化立即就對閥門執行器進行控制，甚至可以在送風溫度還沒有變化前就及時將新風溫度的干擾補償掉。

4.結束語

總而言之，藥廠凈化空調系統與普通空調系統具有較大的差異，需根據現場實際情況結合自身特點，采用合適的控制方式優化自控系統，保證凈化車間滿足GMP各項要求，保障藥品生產安全可靠。

【參考文獻】

[1]李宗文.PLC在溫度串級PID控制的應用[J].硅谷，2012，（6）：120-121.

[2]李金川.空調運行管理手冊：原理、結構、安裝、維修[M].上海：上海交通大學出版社，2000.