摘要：為使潔凈空調系統能夠正常運行，達到溫濕度、壓差、風量、節能等各項指標，并在第一時間反應給操作人員，使用PLC+上位機控制，對空調運行的頻率、風量、溫濕度、壓差等參數實時監測，并通過PID調節和邏輯關系運算，實現對各執行機構的控制，從而達到系統自動調節，穩定運行。 

　前言 

　　潔凈空調系統，特別是在制藥行業中，對系統風量、溫濕度及壓力有極為苛刻的要求，空調系統能否正常穩定運行，直接影響著生產運行管理費用的高低，產品品質的高低。目前，通過人工進行檢測，對不符合溫度和濕度要求的房間進行通風、去濕和降溫等工作的方法費時費力、效率低下，且測試的溫度及濕度誤差大，隨機性大。在實際執行中，已經無法滿足國家新版GMP對潔凈空調的要求。因此采用自控系統，實現自動化管理，系統既可滿足系統對溫濕度、風量、壓差的控制要求，又能夠保證在此基礎上的節省能源、減少人員干預、提高系統穩定性、更好的符合GMP要求，從而降低工廠的運行費用和提高運行管理的智能化水平，并為產品生產環境保證打下堅實基礎。 
　　 
　　一、潔凈空調系統要求 
　　根據《中華人民共和國國家標準潔凈廠房設計規范》GBJ73-84 
　　第5．1．3條潔凈室內的計算溫、溫度、應符合下列規定： 
　　1、滿足生產工藝要求 
　　2、生產工藝無溫、濕度要求時。 
　　第5．1．4條潔凈室內應保證一定的新鮮空氣量，其數值頻取下列風量中的最大值； 
　　1、亂流潔凈室總送風量的10%～30%，層流潔凈室總送風量的2～4%。 
　　2、補償室內排風和保持室內正壓值所需的新鮮空氣量。 
　　3、保證室內每人每小時的新鮮空氣量不小于40立方米。 
　　第5．2．1條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5Pa，潔凈區與室外的靜壓差，應不小于10Pa。 
　　二、系統分析 
　　以制藥行業萬級環境系統為例，
　　流程描述：一定量的新風經過初效、預熱后，與回風混合然后經過混風段、表冷段、風機段、加熱段、加濕段、中效過濾器、最后通過房間高效送入室內，當室內壓差不在設定范圍時，啟動排風機組。房間的室內參數要求為：溫度22±2℃濕度55±10%。 
　　空調機組為冷水機組，其中供水7℃，回水12℃，熱源采用空調熱水加熱，其中供水60℃，回水50℃。 
　　三、自控應用及方案 
　　1、控制系統選擇 
　　在自控行業應用中，西門子（SIEMENS）公司的SIMATIC S7中央監控及PLC控制器系統，利用了當今所有可以運用的先進科技技術，將每一個不同層面的裝置設施結合起來，具有標準的兼容性、良好的可擴展性、全面開放的高度可靠的系統，并能夠提供給用戶有關能源管理以及設備診斷的數據分析曲線，如此詳細的各點情況都有助于更好地理解相關控制功能的實現過程。 
　　設備自動化系統由中央操作站、PLC控制器等組成，通過Ethernet網（或Profibus DP網）將中央操作站及PLC控制器主站各節點連接起來，同時安裝在建筑物各處的PLC控制器智能從站，將通過現場總線（Profibus DP網）連接到PLC控制器主站上，與其它PLC控制器及中央操作站保持緊密聯系。傳感器及執行器等連接至以上各PLC控制器內，實現實時監控和命令執行。 
　　 
　　四、潔凈空調自控控制系統分析 
　　控制程序采用SIEMENS Step7 軟件，通過STL、LAD 梯形圖等編程方式，實現采集信號的處理、控制回路的處理、邏輯運算的處理，對設備、儀表獲得有效的控制，實現空調的模式切換和潔凈室室內溫濕度的控制。 
　　系統的正常運行，需要各檢測數據實時反饋，通過模數轉換、PID調節和邏輯關系運算，達到自動控制，實現最終目的。以下是對自控系統分步分析。 
　　1、新風預熱控制： 
　　空調系統在冬季運行時，當新風溫度檢測到低于5℃時，應啟動新風預熱閥，一方面補充加熱能力，另一方面防止空氣中水滴在過濾器上凝結成冰，導致過濾器封堵。機組熱盤管上安裝的防凍開關，當控制系統接收到防凍開關的信號時報警，并將預熱閥門開到最大以提高盤管表面的溫度，防止盤管凍裂。 
　　2、風閥控制： 
　　新風閥開度首先要滿足房間新風需求量，并且是保證房間正壓的關鍵，所以當空調系統運行時，新風閥有一個最小開度。新/回風閥要先于風機開啟，然后根據溫度反饋信號調節冷熱水閥的開度。當風機關閉時，風門自動關閉，防止粉塵進入。 
　　新風閥應具有斷電后彈簧復位的功能，避免了冬季斷電后，冷空氣通過新風閥進入空調機組內凍壞機組盤管。 
　　各風閥安裝有開度反饋，當風閥執行器開度與設定值偏差過大，就會有報警提示，通知操作人員風閥故障，需要及時處理。 
　　3、系統總風量與送風機運行控制 
　　根據空調機組總送風管的風量來調整變頻器頻率，保證送風風量一定： 
　　風量測量方式：標準畢托管用兩根不同內徑管子同心套接而成，內管通直端尾接頭是全壓管，外管通側接頭是靜壓管 
　　 
　　測量垂直氣流方向的皮托管和外部環境壓力差計算而得： 
　　空氣速度(FPM) = 4004.4 x ΔP（inWC) 
　　送風量/空氣流量Q（CRM)=FPM x S(sq.ft)(1cfm≈1.7m3/h ) 
　　4、溫度控制方式 
　　根據安裝在回風總管的溫濕度傳感器來調節熱水閥、冷水閥的開度，控制如下圖所示： 
　　冬季時，溫度調節按照上圖左邊曲線調節，即溫度越高則熱水閥開度越小，通過優化計算(PID+前饋控制)保證溫度恒定； 
　　夏季時，溫度調節按照上圖右邊曲線調節，即溫度越高則冷水閥開度越大，通過優化計算(PID+前饋控制)保證溫度恒定。 
　　控制系統可自動調整冬季或夏季時新風和回風的開度比，以達到節能的目的。 
　　5、濕度控制方式 
　　控制方式下圖所示 
　　5.2 加濕控制 
　　根據回風濕度進行加濕閥比例控制。加濕時，蒸汽閥按照左邊曲線調節開度，優化計算(PID+前饋控制)達到加濕效果； 
　　5.1 除濕控制 
　　根據濕度對冷水閥比例控制，溫度控制與濕度控制同時操作冷水閥時取大值，確保系統節能；冷水閥按照右邊曲線調節開度，優化計算(PID+前饋控制)達到除濕效果。 
　　控制系統可自動調整冬季或夏季時新風和回風的開度比，以達到節能的目的。通過送風溫濕度傳感器對濕度進行實時的超限檢測，濕度過高時停止蒸汽加濕閥，保護高效過濾器。 
　　6、房間壓差與排風機運行控制 
　　6.1對于局部排風沒有變化的潔凈空調機組采用定回風量控制，由于送風量保持恒定，當房間的排風量和新風量保證恒定時回風量便保持恒定。所以在空調系統調試時檢測出保持房間風量和正壓的情況下系統需要的新風量，根據新風量大小設定新風閥的開度，新風閥開啟與空調風機連鎖，當開啟風機的同時開啟新風閥到設定開度，即能夠保證房間正常壓差； 
　　6.2對于局部排風有變化的潔凈空調機組采用變回風量控制，由于送風量保持恒定，當房間的排風量變化時，新風量和回風量也要隨著變化。當局部排風開啟時，排風量變大，回風量變小，為保證風平衡新風量也同時變大（新風量大于排風量才能最終保證房間的正壓）。對于普通空調機組的回風機頻率控制：檢測空調機組的回風靜壓，并根據檢測到的回風靜壓控制送風機的頻率，使回風靜壓穩定在設定范圍，進而保證空調系統的定回風量。 
　　7、趨勢記錄 
　　操作站將安裝Wincc工作站組態軟件，以生成用戶所需的多種功能圖形、報警信息處理、數據收發、記錄和曲線、圖表顯示、數據存儲和報表生成、打印輸出等。考慮到報表打印功能，給整個的過程監控層配置打印機。 
　　8、報警信息 
　　空調系統是一個整體，系統某一部分發生故障，必須馬上處理解決。自控系統對所有關鍵點均有監控，一但發生故障，馬上能夠在操作站體現出來。常見故障如下： 
　　1、溫度報警：溫濕度偏離預期值；2、濕度報警：溫濕度偏離預期值；3壓差報警：壓差偏離預期值；4、過濾器壓差報警：安裝在過濾網兩端的壓差開關動作；5、風機故障狀態報警：風機運行；6、風閥報警：風閥開度反饋偏離設定值；7、防火閥報警：防火閥動作；等等。 
　　報警信息包含了發生的日期、時間、事件、狀態、區域、報警類型等內容，并生成電子記錄，自動進行存儲，以便日后查詢、分析。 
　　9、系統安全設置 
　　上位機操作具有三級密碼保護，確保系統運行安全；控制系統具有數據安全性，保證緊急狀態下、系統崩潰恢復后的數據完整性；通過控制系統程序控制，可保證系統安全措施有效可信，能夠在多個層次上實現安全控制并能保證操作人員人身安全。 
　　結束語： 
　　采用工業級的PLC控制系統，可靠的儀表和閥門、成熟控制程序實現自控，保證系統既可滿足系統對溫濕度、風量、壓差的控制要求，確保本系統的穩定運行，又能保證以后控制系統的擴展性。 
　　系統開放性WinCC 提供開放的數據結構，可實現共享信息資源，提供標準OPC 接口以及多種訪問形式，方便系統接入到SCADA系統之中控制系統按照工藝流程圖編寫上位機畫面，符合操作習慣，界面簡潔實用、參數修改直觀、菜單清晰明了、易學易用，符合制藥行業規范。 
　　系統實現后，能夠滿足《中華人民共和國國家標準潔凈廠房設計規范》各項指控的控制要求。