洁净厂房空调机组自控设计探讨

赵宏伟

摘要：文章中针对洁净厂房空调机组自控设计，对洁净厂房工业空调机组控制系统设计进行了详细的探讨，文中结合作者的工程实践，对洁净厂房的控制策略分别进行了详细的说明。对工业空调机组具体的控制方式，软件设计都有详细的描述。并对控制系统的仪表的特点也做了相关的设计说明。对BMS系统的空调机组的控制有一定的参考价值。

关键词：空调控制系统;温湿度;压差;变风量;控制策略

中图分类号：TB657

文献标识码：A

文章编号：2095-6487（2019）03-0130-02

0引言

空调系统主要的控制指标有温湿度，压力，压差，风速，风量等;通过调整空调机组的送风机频率，输出合适的风量给到车间;通过单独调整工艺房间的变风量阀，使得房间压差满足规定要求;通过调整新风和回风的比例，补充合适的新风量;在空调机箱处配备热水、冷冻水、通过调整冷热水的流量对用风进行温度调控，以满足车间温度要求;一般在空调机组处设蒸汽加湿，冬季对用新风进行湿度调控，在夏季可以通过调整冷水盘管的流量进行除湿，一般机组都是以湿度调节优先于温度调节。

控制方式有手自动操作模式;对一般的舒适性空调基于节能考虑自动控制模式主要为冬季、夏季两种工作模式，根据各自要求，自动实现相关设备的控制，以达到要求的车间温湿度范围;对一些工艺车间的空调是不分工作模式的，因为它无论在什么情况下，都要保证工艺生产的环境要求。同时安全方面与消防系统进行连锁。

温度的调整范围为2°C～26°C，湿度的调整范围为35%～.75%。具体根据工艺要求。

1機组主要控制策略介绍

1.1机组的组控（组启组停）控制

一般空调机组的启动流程见图1所示。

机组的停止流程和启动流程逻辑时序反过来即可”。

1.2机组的温度控制

设定值小于实时回风温度持续Ot后强制加热管道调节阀开度设定为0%，同时激活PID1;实时回风温度高于等于30°C（环境空气质量设计要求温度上限）时立即强制加热管道调节阀开度设定为0%，同时激活PID1。

设定值大于实时值持续△t后强制表冷器调节阀开度设定为0%，同时激活PID2，实时回风温度低于等于15C（环境空气质量设计要求温度下限）时立即强制表冷器调节阀开度设定为0%，同时激活PID2。

冬季北方机组为保证防冻，热水阀要保定一定最低开度;同时在一些机组还具备两级加热模式，第一级作为预热用，第二级作为调节用。

1.3机组的湿度控制

检测新风的湿度足够低时，启动蒸汽阀加湿模式，通过送回风母管（若有回风采用回风母管）的湿度与设定湿度的比较进行PID调节蒸汽阀的开度。

当检测新风的湿度足够高时，启动表冷器除湿模式，通过送回风母管（若有回风采用回风母管）的湿度与设定湿度的比较进行PID调节冷水阀的开度。

除湿模式优先于温度调节模式，也就是冷水阀优先响应除湿模式的PID调节，若湿度满足要求后温度低于设定值，可以通过PID控制热水阀的开度进行等湿加温。

1.4机组的送风风量控制

送风母管风量实际值与设定值比较后，进行PID调节来控制送风风机的频率，从而实现送风风量的稳定给定。对于一般的药厂工艺车间是不允许风机随意停机的，对于一般性故障，采用降频报警的形式。对于消防连锁采用故障停机模式。

1.5机组的排风风量控制

排风母管风量实际值与设定值比较后，进行PID调节来控制排风风机的频率，从而实现排风风量的稳定排出。

BMS的排风依据排出气体特性的不同需要不同的排风机进行处理，如消毒排风。

对有压差控制要求的房间，需要对其排风机的排风风量（风压）进行控制，所以需要进行变频调节来实现。

1.6系统房间压差控制介绍

利用定风量阀和变风量阀自动控制洁净区各个房间的压差，保证系统回风，同时来防止洁净区污染和交叉污染。定风量阀用在对房间压差保持一定的房间使用，通过固定的风量保证压差即可。变风量阀应用在对一些工艺生产要求的房间依据工艺要求对压差值有不同的要求的房间应用。通过定风量阀和变风量阀的控制来控制房间的压差是目前BMS系统最重要的控制方式。

无论是定风量阀还是变风量阀阀体自身都有单独的控制器（采用末端控制方式），BMS系统只是对变风量阀设定压差值，同时得到阀体控制器反馈得压差值。BMS系统会做差异报警（同时要注意房间房门开启的压差变化）。对定风量阀系统一般只读反馈值，不做任何控制。

1.7如何加强机组的控制精度

空调系统热惰性大，滞后大。房间温度控制主要扰量有新风温度扰动、夏季表冷器制冷量不稳定扰动、表冷器除湿量改变引起送风温度扰动、房间热扰动等。

（1）选用正确的空调系统，选取合适的控制策略，完全可在大范围内、大面积实现温度控制精度士0.5"C，湿度控制精度土5%RH要求。

（2）空调系统热惰性大，滞后大，温度&湿度控制可以采用前馈控制或串级控制（比如可以将送风和回风进行组合）。

（3）对湿度要求高的系统应选用高精度加湿器，加湿器应反应速度快，滞后小。

2BMS系统仪表特点

（1）仪表电压等级复杂，一般BMS自动系统自身都需要配置变压器。至少应该能提供交直流24V电源输出。

（2）仪表自身接线比较复杂，空调暖通的仪表接线一般有两种方式，一种是按信号的不同及一个信号一根电缆。一种是按设备的不同及一个设备走一个电缆（当然是在该设备的仪表电压等级一致的情况或不会造成信号间的干扰）。根据我们在执行中的经验大部分业主因为经济原因会选择后者。也就是多个仪表信号共用一根电缆的模式。

（3）无论是采用哪种布缆方式，在空调自控系统中的交直流24v负端是要连通的，这也是仪表自身的特点决定的，主要是一些模拟量水阀和风阀的接线。

（4）BMS.系统的仪表一般的选择要选择暖通空调专用系列的产品。因为这种仪表是针对暖通空调系统的特点做了一些特定的处理方式。比如对环境，安装方式等方面的考虑。

针对于以上的这些特点，我们作为自动工程师若参与仪表选型应尽量坚持以下的一些原则：

（1）尽量统一仪表的信号给定及反馈方式，比如尽量选择4到20ma，少选择电压反馈信号（受干扰大，另外模拟量电压输入模块的通道隔离是必须的，如果没有通道隔离建议选择隔离器）。

（2）从系统自身角度我们不推荐按仪表设备布缆，还是推荐按信号方式布缆，这样便于调试和维护，故障影响范围也会相应的缩小。

（3）若我们参与选型工作一定要选择暖通空调专用系列的产品。

（4）常用的一些具备这种专门的暖通空调系列的仪表厂家有西门子，E+E，KIMO（法国），BELIMO，德国妥思，Dwyer，Setra，横河等。

3结束语

综上所述，实现文中所描述的控制方式，控制目标一般采用DDC或者PLC的方式，目前新建厂房一般都会选择大型的PLC控制模式，现场配备触摸屏，同时一般的厂房设计都有中控室，中控室内配备有相关的SCADA控制软件。目前的主流的控制系统一般有西门子，施耐德，AB等厂家。

参考文献

[1]陈霖新.洁净厂房的设计与施工[D].北京：化学工业出版社，2003.

[2]冯树根.空气洁净技术与工程应用[D].北京：机械工业出版社，2010.

[3]李蔚.空调自动控制系统设计例析[J].建筑电气，2004（Z1）：143-146.