潔凈廠房空調機組自控設計探討

趙宏偉

摘要：文章中針對潔凈廠房空調機組自控設計，對潔凈廠房工業空調機組控制系統設計進行了詳細的探討，文中結合作者的工程實踐，對潔凈廠房的控制策略分別進行了詳細的說明。對工業空調機組具體的控制方式，軟件設計都有詳細的描述。并對控制系統的儀表的特點也做了相關的設計說明。對BMS系統的空調機組的控制有一定的參考價值。

關鍵詞：空調控制系統;溫濕度;壓差;變風量;控制策略

中圖分類號：TB657

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0130-02

0引言

空調系統主要的控制指標有溫濕度，壓力，壓差，風速，風量等;通過調整空調機組的送風機頻率，輸出合適的風量給到車間;通過單獨調整工藝房間的變風量閥，使得房間壓差滿足規定要求;通過調整新風和回風的比例，補充合適的新風量;在空調機箱處配備熱水、冷凍水、通過調整冷熱水的流量對用風進行溫度調控，以滿足車間溫度要求;一般在空調機組處設蒸汽加濕，冬季對用新風進行濕度調控，在夏季可以通過調整冷水盤管的流量進行除濕，一般機組都是以濕度調節優先于溫度調節。

控制方式有手自動操作模式;對一般的舒適性空調基于節能考慮自動控制模式主要為冬季、夏季兩種工作模式，根據各自要求，自動實現相關設備的控制，以達到要求的車間溫濕度范圍;對一些工藝車間的空調是不分工作模式的，因為它無論在什么情況下，都要保證工藝生產的環境要求。同時安全方面與消防系統進行連鎖。

溫度的調整范圍為2°C～26°C，濕度的調整范圍為35%～.75%。具體根據工藝要求。

1機組主要控制策略介紹

1.1機組的組控（組啟組停）控制

一般空調機組的啟動流程見圖1所示。

機組的停止流程和啟動流程邏輯時序反過來即可”。

1.2機組的溫度控制

設定值小于實時回風溫度持續Ot后強制加熱管道調節閥開度設定為0%，同時激活PID1;實時回風溫度高于等于30°C（環境空氣質量設計要求溫度上限）時立即強制加熱管道調節閥開度設定為0%，同時激活PID1。

設定值大于實時值持續△t后強制表冷器調節閥開度設定為0%，同時激活PID2，實時回風溫度低于等于15C（環境空氣質量設計要求溫度下限）時立即強制表冷器調節閥開度設定為0%，同時激活PID2。

冬季北方機組為保證防凍，熱水閥要保定一定最低開度;同時在一些機組還具備兩級加熱模式，第一級作為預熱用，第二級作為調節用。

1.3機組的濕度控制

檢測新風的濕度足夠低時，啟動蒸汽閥加濕模式，通過送回風母管（若有回風采用回風母管）的濕度與設定濕度的比較進行PID調節蒸汽閥的開度。

當檢測新風的濕度足夠高時，啟動表冷器除濕模式，通過送回風母管（若有回風采用回風母管）的濕度與設定濕度的比較進行PID調節冷水閥的開度。

除濕模式優先于溫度調節模式，也就是冷水閥優先響應除濕模式的PID調節，若濕度滿足要求后溫度低于設定值，可以通過PID控制熱水閥的開度進行等濕加溫。

1.4機組的送風風量控制

送風母管風量實際值與設定值比較后，進行PID調節來控制送風風機的頻率，從而實現送風風量的穩定給定。對于一般的藥廠工藝車間是不允許風機隨意停機的，對于一般性故障，采用降頻報警的形式。對于消防連鎖采用故障停機模式。

1.5機組的排風風量控制

排風母管風量實際值與設定值比較后，進行PID調節來控制排風風機的頻率，從而實現排風風量的穩定排出。

BMS的排風依據排出氣體特性的不同需要不同的排風機進行處理，如消毒排風。

對有壓差控制要求的房間，需要對其排風機的排風風量（風壓）進行控制，所以需要進行變頻調節來實現。

1.6系統房間壓差控制介紹

利用定風量閥和變風量閥自動控制潔凈區各個房間的壓差，保證系統回風，同時來防止潔凈區污染和交叉污染。定風量閥用在對房間壓差保持一定的房間使用，通過固定的風量保證壓差即可。變風量閥應用在對一些工藝生產要求的房間依據工藝要求對壓差值有不同的要求的房間應用。通過定風量閥和變風量閥的控制來控制房間的壓差是目前BMS系統最重要的控制方式。

無論是定風量閥還是變風量閥閥體自身都有單獨的控制器（采用末端控制方式），BMS系統只是對變風量閥設定壓差值，同時得到閥體控制器反饋得壓差值。BMS系統會做差異報警（同時要注意房間房門開啟的壓差變化）。對定風量閥系統一般只讀反饋值，不做任何控制。

1.7如何加強機組的控制精度

空調系統熱惰性大，滯后大。房間溫度控制主要擾量有新風溫度擾動、夏季表冷器制冷量不穩定擾動、表冷器除濕量改變引起送風溫度擾動、房間熱擾動等。

（1）選用正確的空調系統，選取合適的控制策略，完全可在大范圍內、大面積實現溫度控制精度士0.5"C，濕度控制精度土5%RH要求。

（2）空調系統熱惰性大，滯后大，溫度&濕度控制可以采用前饋控制或串級控制（比如可以將送風和回風進行組合）。

（3）對濕度要求高的系統應選用高精度加濕器，加濕器應反應速度快，滯后小。

2BMS系統儀表特點

（1）儀表電壓等級復雜，一般BMS自動系統自身都需要配置變壓器。至少應該能提供交直流24V電源輸出。

（2）儀表自身接線比較復雜，空調暖通的儀表接線一般有兩種方式，一種是按信號的不同及一個信號一根電纜。一種是按設備的不同及一個設備走一個電纜（當然是在該設備的儀表電壓等級一致的情況或不會造成信號間的干擾）。根據我們在執行中的經驗大部分業主因為經濟原因會選擇后者。也就是多個儀表信號共用一根電纜的模式。

（3）無論是采用哪種布纜方式，在空調自控系統中的交直流24v負端是要連通的，這也是儀表自身的特點決定的，主要是一些模擬量水閥和風閥的接線。

（4）BMS.系統的儀表一般的選擇要選擇暖通空調專用系列的產品。因為這種儀表是針對暖通空調系統的特點做了一些特定的處理方式。比如對環境，安裝方式等方面的考慮。

針對于以上的這些特點，我們作為自動工程師若參與儀表選型應盡量堅持以下的一些原則：

（1）盡量統一儀表的信號給定及反饋方式，比如盡量選擇4到20ma，少選擇電壓反饋信號（受干擾大，另外模擬量電壓輸入模塊的通道隔離是必須的，如果沒有通道隔離建議選擇隔離器）。

（2）從系統自身角度我們不推薦按儀表設備布纜，還是推薦按信號方式布纜，這樣便于調試和維護，故障影響范圍也會相應的縮小。

（3）若我們參與選型工作一定要選擇暖通空調專用系列的產品。

（4）常用的一些具備這種專門的暖通空調系列的儀表廠家有西門子，E+E，KIMO（法國），BELIMO，德國妥思，Dwyer，Setra，橫河等。

3結束語

綜上所述，實現文中所描述的控制方式，控制目標一般采用DDC或者PLC的方式，目前新建廠房一般都會選擇大型的PLC控制模式，現場配備觸摸屏，同時一般的廠房設計都有中控室，中控室內配備有相關的SCADA控制軟件。目前的主流的控制系統一般有西門子，施耐德，AB等廠家。

參考文獻

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