空氣潔凈技術

潔凈空調(diào)自動控制摘要：潔凈空調(diào)系統(tǒng)作為一種重要的空調(diào)系統(tǒng)分類,目前在醫(yī)藥、電子和化工等行業(yè)應用十分廣泛.從控制和數(shù)據(jù)分析處理的角度來看,潔凈空調(diào)控制系統(tǒng)除了具有普通空調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量大、模擬量多、系統(tǒng)運行不間斷和數(shù)據(jù)需要存儲等特點以外,還帶有控制因素多和控制精度高等特點.通常的潔凈空調(diào)系統(tǒng)要求室內(nèi)環(huán)境中的溫度、濕度、壓差和空氣潔凈度等狀態(tài)參數(shù)均保持在一定的閾值范圍內(nèi).對這種要求,靠維護人員的手工操作或者傳統(tǒng)的繼電器控制是根本無法實現(xiàn)的.關鍵詞：潔凈、空調(diào)、控制潔凈空調(diào)系統(tǒng)作為一種重要的空調(diào)系統(tǒng)分類,目前在醫(yī)藥、電子和化工等行業(yè)應用十分廣泛.從控制和數(shù)據(jù)分析處理的角度來看,潔凈空調(diào)控制系統(tǒng)除了具有普通空調(diào)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量大、模擬量多、系統(tǒng)運行不間斷和數(shù)據(jù)需要存儲等特點以外,還帶有控制因素多和控制精度高等特點.通常的潔凈空調(diào)系統(tǒng)要求室內(nèi)環(huán)境中的溫度、濕度、壓差和空氣潔凈度等狀態(tài)參數(shù)均保持在一定的閾值范圍內(nèi).對這種要求,靠維護人員的手工操作或者傳統(tǒng)的繼電器控制是根本無法實現(xiàn)的.一、空調(diào)系統(tǒng)分析工程概況某地區(qū)某制藥廠的生產(chǎn)車間有五層樓,每層樓的內(nèi)區(qū)為生產(chǎn)區(qū),各層樓的外區(qū)通道、操作人員更衣室等連通,構成過渡區(qū).各生產(chǎn)區(qū)域的設備負荷差異較大.因為生產(chǎn)工藝的要求,內(nèi)外區(qū)間以及車間與外界之間的門開關頻繁,造成室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)波動較大.而且該工廠地處海邊,室外空氣濕度較大.空調(diào)系統(tǒng)要求根據(jù)“藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理條例”（藥品生產(chǎn)GMP）,業(yè)主要求生產(chǎn)區(qū)的空氣潔凈度達到30萬級潔凈室標準，溫度在20~26°C之間，相對濕度在40%~60%之間.壓差按粉劑車間要求設計,過渡區(qū)對室外環(huán)境保持12~15Pa的正壓,生產(chǎn)區(qū)對過渡區(qū)保持2~5Pa的負壓.要求利用PLC自動對空調(diào)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)控制.可根據(jù)季節(jié)不同和生產(chǎn)工藝的改變，通過觸摸屏對運行參數(shù)進行修改.室外環(huán)境的氣象資料和室內(nèi)空調(diào)運行的狀態(tài)和能耗等參數(shù)記錄在計算機內(nèi)以供查詢和進一步的分析優(yōu)化處理.二、 空調(diào)系統(tǒng)設計2.1空氣處理系統(tǒng)設計系統(tǒng)為全空氣系統(tǒng)，各個房間的氣流組織均為上側送、下側回.冷源為兩臺工廠冷凍站提供的7~9C的冷凍水，熱源為工廠鍋爐房提供的蒸汽.送風機由變頻器驅(qū)動控制，回風機則為開?？刂?送風總管分為兩路，一路通向各生產(chǎn)區(qū)，另一路向過渡區(qū)送風.系統(tǒng)采用變風量系統(tǒng)，各個房間的送風閥和回風閥均裝有電動風閥執(zhí)行器用來調(diào)節(jié)風閥開度，以調(diào)節(jié)各個房間的送回風量.空氣循環(huán)回路的新風段、一次回風段和送風段分別裝有初效、中效和高中效過濾器.控制系統(tǒng)設計系統(tǒng)的主要控制參數(shù)為:a.保持空氣潔凈度必須的送風量;b.內(nèi)外區(qū)之間的負壓壓差和過渡區(qū)與環(huán)境間的正壓壓差;c.室內(nèi)環(huán)境的濕度;d.室內(nèi)環(huán)境的溫度.空氣潔凈度和溫度可根據(jù)各生產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)工藝要求和“藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范”的規(guī)定,利用PLC調(diào)節(jié)裝在送回風閥上的風閥執(zhí)行器來改變風門開度;壓差的控制同樣是根據(jù)現(xiàn)場傳感器的采樣數(shù)據(jù),利用PLC對數(shù)據(jù)進行分析,輸出控制量來控制風閥的開度以保證各區(qū)域的壓差;因該工廠地處海邊,常年濕度較大,所以濕度控制方式以去濕為主,可通過調(diào)節(jié)冷凍水的流量和溫度來實現(xiàn).圖1為潔凈空調(diào)自動控制系統(tǒng)的控制框圖.除冷凍水的流量和溫度由操作人員人工調(diào)節(jié)（根據(jù)遠程監(jiān)視器顯示的系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)冷凍機冷量和冷凍水開度）外,其余參數(shù)的采集、邏輯判斷、數(shù)值計算和執(zhí)行器動作均為自動實施.但是,由于此系統(tǒng)的控制對象較多,且各對象的控制精度要求較高,各控制因子的耦合性很強,所以控制模型比較復雜.加之各參數(shù)的波動很大,不易穩(wěn)定.故采用一般的控制算法容易使系統(tǒng)產(chǎn)生很大的波動,甚至偏差.但復雜的算法又使得系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試和維護的難度以及工作量大大增加.故作者在設計中使用了PLC內(nèi)部集成的模糊PID算法函數(shù)為控制函數(shù)，對PLC控制范圍的上下限做了限制，在此范圍內(nèi)仍以PID算法控制，一旦控制值超出閾值，則停在閾值限上，這樣大大提高了控制精度和穩(wěn)定性.各風閥的上下限閾值均通過在標準運行工況下的測試得到.現(xiàn)以夏季運行工況下某房間的送回風閥上、下限閾值的設定方法為例.根據(jù)房間的標準換氣次數(shù)，測量得到對應的回風閥開度，以此為回風閥的下限閾值Rl,ex（因為房間為負壓，應以回風閥下限為準;如為正壓，則應設定送風閥下限），從而保證房間的最小換氣次數(shù);根據(jù)房間設定溫度的精度范圍設定送風閥的上、下限閾值Sh，t和Sl，t,使得在標準送風溫度的情況下，房間溫度不會超出GMP規(guī)定的溫度范圍;根據(jù)送風量最小時的最不利情況，即送風閥處于最小閥位Sl，t時，設定回風閥上限閾值Rh,p,使房間在最不利情況下的負壓壓差小于10Pa;根據(jù)回風閥的閥位閾值Rh,p和Rl,ex,重新設定送風閥的上下限閥位Sh,p和Sl,p,使得在回風閥處于最不利情況時，即回風閥開度為上限或下限閾值時,房間能夠保持最低負壓壓差5Pa的壓差下限.本系統(tǒng)在節(jié)能方面也采取了一些措施.生產(chǎn)過程中有些房間的使用是間斷性或季節(jié)性的,有些房間是作為臨時存儲地點而無操作人員駐留的,這些房間及其他夜間不生產(chǎn)的房間（該車間不是三班制，每天工作時間為16h）需維持潔凈

狀態(tài)和保持濕度,其要求低于生產(chǎn)時的工況（房間換氣次數(shù)可減少到只要維持狀態(tài)要求）.使用這種做法大大降低了系統(tǒng)的運行費用,提高了系統(tǒng)運行的節(jié)能性.利用工廠內(nèi)部的局域網(wǎng),生產(chǎn)、質(zhì)量、動力以及管理部門可以實時地得到現(xiàn)場的數(shù)據(jù),進而作出分析和決策.三、 運行效果3.1室內(nèi)環(huán)境的保持工程完成以后運行至今已超過12個月,時間跨越夏季和冬季.室內(nèi)環(huán)境完全達到用戶的要求,符合“藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理條例”標準.且系統(tǒng)軟硬件的運行均十分穩(wěn)定,除在運行期間對一些控制參數(shù)微調(diào)以外,無故障和波動等異常情況.由于采取了多工作模式組合和變風量的控制方式,整個空調(diào)系統(tǒng)的運行費用也大大降低,節(jié)能超過30%.Jr二teaJr二tea??-!■-■」2

?ul40i30201mJ圖設定風度23弋—采樣溫度3 6 9 12 15Ifi21 24時闔亍弘更季工況下某生產(chǎn)區(qū)的溫度時間曲線圖2是某主要生產(chǎn)區(qū)的溫度時間曲線圖.在潔凈空調(diào)系統(tǒng)中,由于室內(nèi)潔凈度所要求的換氣次數(shù)遠大于由熱負荷所要求的換氣次數(shù),因此,白天工作時當空氣經(jīng)過表冷器去濕后必須用蒸汽加熱到一定的送風溫度以防止室內(nèi)的溫度過冷超調(diào).在夜間22點和第二天早上8點之前該車間不生產(chǎn),所以在這段時間內(nèi)系統(tǒng)處于最小能耗狀態(tài),室內(nèi)的熱負荷較小,這種情況仍然處于PLC控制閾值的范圍內(nèi).從圖中亦可看出,室內(nèi)溫度較好地與設定溫度相符合.從該車間一天的溫度曲線來看,溫度比較平穩(wěn),與設定值的誤差在5%以下,完全符合該潔凈空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制要求.ioo< 諛宦柏対濕咳別帰30ioo< 諛宦柏対濕咳別帰30r —釆崢棚對淀虢40-206 9U15 13 21 24時間TFh圖3具爭工況下某生產(chǎn)區(qū)的魄度時闔曲線圖3是同一生產(chǎn)區(qū)同一時間的濕度時間曲線圖.業(yè)主要求相對濕度為40%~60%,從圖中可以看到,白天生產(chǎn)時該區(qū)的相對濕度保持在此控制范圍內(nèi).夜間送風量大大減少,相對濕度處于比較高的水平,但由于夜間不生產(chǎn),此種情況仍滿足控制要求.因該廠地處濱海地區(qū),濕度較大,季節(jié)性變化不大,所以,運行時季節(jié)變換對表冷段冷凍水的要求沒有太大的波動.根據(jù)運行的實際情況保持恒定的冷凍水量和溫度基本可以保證系統(tǒng)的濕度要求.圖4是同一生產(chǎn)區(qū)的壓差時間曲線圖.從圖中可看出,在白天生產(chǎn)期內(nèi)室內(nèi)環(huán)境壓差比較穩(wěn)定,基本符合潔凈空調(diào)系統(tǒng)必需的壓差條件.因該房間經(jīng)常搬運貨物,外門開關次數(shù)較多,造成了整個工作區(qū)的壓差波動.但仍能保持對過渡區(qū)的負壓并很快恢復到設定的壓差值.宀卓宀卓M祥老也腸屢時間tAl閨,夏季工況下空調(diào)系統(tǒng)送鳳機的頻率時間曲線圖5為同一時間系統(tǒng)送風機變頻器的時間曲線圖.該圖反映了整個空氣系統(tǒng)的風量變化,同樣也可作為反映系統(tǒng)能耗的指標.白天變頻器的波動是由各工作區(qū)工作模式組合的變化以及各工作區(qū)室內(nèi)狀態(tài)的變化共同作用引起的.進入夜間,系統(tǒng)處于最低能耗階段——夜間模式,系統(tǒng)僅維持環(huán)境必需的最低要求這樣大大節(jié)約了整個系統(tǒng)的運行費用.結合以上圖線進行分析可以看出,在白天生產(chǎn)期間被控參數(shù)均很好地達到了設計時的精度要求.系統(tǒng)在夜間運行模式下,值班風機的電機頻率降至最低值,大大節(jié)約了能量,整個車間的環(huán)境基本上能保持與白天相同的參數(shù)條件.數(shù)據(jù)對工況和運行策略的分析和預測通過對運行一年來的數(shù)據(jù)進行分析,可以重新對初設的空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù)進行設定,使之運行更加準確和穩(wěn)定.利用新風口的傳感器得到的氣象資料可為工廠以及其他相關部門的研究積累數(shù)據(jù).生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)據(jù)與相應的產(chǎn)品相聯(lián)系,為質(zhì)量檢驗、產(chǎn)品工藝改進和企業(yè)管理等方面提供了依據(jù).從綜合方面來說環(huán)境參數(shù)和控制參數(shù)的保存給企業(yè)的發(fā)展帶來更大的長遠利益.四、凈化空調(diào)的運行管理的日常工作對凈化空調(diào)系統(tǒng)、潔凈室的運行管理主要應做好以下幾項工作：保證潔凈室內(nèi)要求的空氣溫度和相對濕度；保證潔凈室內(nèi)潔凈度；制定嚴格的管理規(guī)章制度。1、保證潔凈內(nèi)要求的空氣溫度和相對濕度在潔凈室內(nèi)，如果空氣溫度過低，不便于工作的正常進行；如果溫度過高，則會使室內(nèi)工作人員產(chǎn)生過多的汗液，汗液揮發(fā)成微小粒子進入空氣中，從而增加了潔凈室內(nèi)空氣中含塵粒子數(shù)，進而使其潔凈度級別有所下降，無法保證工藝條件的要求。因此，保證潔凈室內(nèi)要求的空氣溫度和相對濕度是空調(diào)系統(tǒng)進行的必要條件。2、保證潔凈室內(nèi)潔凈度的措施要保證潔凈室內(nèi)要求的潔凈度，對正常運行的凈化空調(diào)系統(tǒng)、潔凈室，必須做到進入潔凈室內(nèi)的空氣是清潔的，進入潔凈室內(nèi)的人和物品就應該經(jīng)過必要的凈化處理，盡量減少人和物帶入潔凈室內(nèi)的灰塵量。要保證潔凈室內(nèi)的潔凈度應采取以下主要措施：保證人凈的措施；保證進入潔凈室物料的凈化；保證進入潔凈室內(nèi)的空氣是潔凈的；保證凈化空調(diào)系統(tǒng)的送風量；按要求保證潔凈室內(nèi)的正靜壓值；盡量減少潔凈室的產(chǎn)塵量；保證對潔凈室內(nèi)的定期清掃。五、結論從工程的設計、實現(xiàn)以及運行的情況來看,可編程控制器在空調(diào)系統(tǒng)特別是潔凈空調(diào)系統(tǒng)這種控制精度、穩(wěn)定性要求高的領域中應用的效果很好,開發(fā)難度比較低,經(jīng)濟性較高,完全可以推廣使用.由于可編程控制器本身固有的高穩(wěn)