CN106594920A - 一种洁净车间用空调自控系统 - Google Patents

一种洁净车间用空调自控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种洁净车间空调自控系统,该系统由远程监控管理层、数据传输通讯层、数据采集控制层和终端设备仪表层等四层结构组成。其远程监控管理层通过数据传输通讯层与数据采集控制层进行数据交换,数据传输通讯层具有通讯组网,可将多个数据采集控制层集成到一起,终端设备仪表层由各种电动执行器、变送器、无线温湿度采集子节点、无线温湿度采集路由节点等组成。本发明具有可实现洁净车间恒温恒湿比例积分控制、洁净车间压差梯度比例积分控制、远程启停空调通风设备、与火灾报警系统联锁、空调机及洁净车间滤网堵塞报警等功能,可大幅减少能源消耗和生产管理成本,减少突发事故发生和设备损坏,从而带来潜在经济效益。

Description

一种洁净车间用空调自控系统
技术领域
[0001] 本发明涉及洁净车间领域,具体涉及一种洁净车间用空调自控系统。
背景技术
[0002]随着经济的发展和生活水平的提高,目前在电子、制药、食品、生物工程、医疗等领域对洁净车间的要求越来越高,洁净技术也随之发展起来。它综合了工艺、建筑、装饰、给排水、空气净化、暖通空调等各方面的技术。洁净厂房的空调控制,依照《洁净室施工验收规范》,《洁净厂房设计规范应》,《采通风与空气调节设计规范》等国家标准,需要对温湿度、正压、风速等方面进行控制。现有技术中通常是在空调机组中增加部分的传感器,对温湿度以及出风压力及风速控制,但现有技术中的空调系统的运行模式单一,不利于节能减排;对空调设备的故障监控不足,不能再故障发生时即使维修保养;空调能耗大,不能根据生产过程中的不同情况自动或手动调节空调设备。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种稳定高效,自动化程度高,环保节能效果显著洁净车间用空调自控系统。
[0004] 本发明采取的技术方案为:
一种洁净车间用空调自控系统,包括空调机组和控制系统,所述控制系统包括远程监控管理层、数据传输层、数据采集控制层以及设备仪表层;
所述远程监控管理层包括UPS电源、一台以上的上位机和打印机,打印机连接上位机的输出端,上位机与打印机均由UPS电源供电;
所述数据传输通讯层包括一个或一个以上的通讯控制器,通讯控制器为交换机或通讯转化器;
所述数据采集控制层包括PLC/DCC控制柜以及与通讯控制器电连接的一个或多个无线采集协调器;
所述设备仪表层包括与PLC/DCC控制柜电连接的露点温度变送器、压差变送器、压差开关、风管温湿度变送器、防冻开关、模拟风量阀执行器、开关风力阀执行器、水阀蒸汽阀执行器、风机控制柜、臭氧发生器,以及与采集协调器点连接的无线路由节点、多个无线温湿度子节点。
[0005] 进一步地,所述上位机的界面显示包括空调暖通系统流程图画面、历史数据查询画面、报警查询画面、空调运行参数设置画面、用户管理画面、报表打印画面;所述空调暖通系统流程图画面包含风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差、电动执行器阀位状态、空调生产模式、值班模式、消毒模式切换;空调运行参数设置画面包括风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差设置、空调生产模式、值班模式、消毒模式运行时各风机频率以及风阀开度。
[0006] 进一步地,无线采集协调器自动创建无线网络将无线信号接收范围内具有网络标识符的无线温湿度采集无线路由节点以及子节点加入网络中,并按照设定的采集频率定时广播采集指令,接收来自各子节点的数据后将数据打包通过通讯控制器发送到上位机。
[0007] 进一步地,所述露点温度变送器安装于空调机组的一次表冷器,压差变送器安装于空调机组风管出风口,压差开关安装于空调机组各级过滤器,风管温湿度变送器分别安装于空调机组的新风口、出风口以及回风口,温湿度变送器安装与洁净车间内,防冻开关安装于一次表冷器,模拟量风阀执行器安装于风阀,开关量风阀执行器安装与风阀开关,水阀/蒸汽阀执行器安装与水阀/蒸汽阀,风机控制柜与风机电连接,臭氧发生器安装与空调系统的出风口前端,温湿度无线采集子节点和温湿度无线采集路由节点均布于洁净车间各角落,安装洁净车间温湿度无线采集路由节点。
[0008] 再进一步地,所述PLC/DCC控制柜安装有工业触摸屏作为本地显示和操作,由PLC或DDC作为控制器;控制器程序包括手动控制和自动控制;手动控制状态下,由点击工业触摸屏或上位机控制各执行器和风机;自动控制包括停机模式、生产模式、值班模式以及消毒模式;生产模式和值班模式状态下,PLC/DCC控制柜根据风管温湿度变送器的反馈信号通过PID比例积分微分算法计算后控制空调机组上安装的各执行器及风机;消毒模式状态下,PLC/DCC控制柜通过控制开启臭氧发生器;消毒模式包括消毒循环、消毒密闭、消毒排气三种模式。
[0009] 采取以上技术方案后,本发明的有益效果为:
1、空气净化:一般的洁净间空间系统中,空气化处理采用空气过滤器。通常情况下,安装初效过滤器和中效过滤器后,空气洁净度可以达到10000级。而对于的超净要求的洁净间还应安装高效过滤器。这样,空气洁净度可以达到更高(如100级甚至更高)。过滤器长期使用时,滤料上沉附的灰尘将慢慢增加,这样会增大气流阻力,影响整个空调系统的运行。因此,工程上应对过滤器的气流阻力变力进行自动检测和报警。通常采用差压法测量过滤器前后的压差Pd,并将此差压信号进行显示和根据设定的差压限值报警,以便及时清理或更换。
[0010] 2、温度控制:A、一次加热的控制,空气一次加热又称预加热,是用来加热新风或加热新风与一次回风的混合风。一次加热一般只用于冬季很冷的地区,防止新风与一次回风混合后达到饱和,产生水雾或结冰。一次加热还应用于一次混合不允许变动的超净空调系统中。当采用蒸气或热水进行加热时,一般采用控制蒸气或热水的调节阀开度实现温度控制;当采用电加热时,通过晶闸管电力控制器,控制其加热电功率实现温度控制。B、二次加热与三次加热的控制
空气二次加热通常设在表冷器之后或二次回风混合段后。二次加热的目的是在有相对湿度要求的情况下,为了保证送风温度或空调室内的温度。其控制方式与一次加热的情况基本相同。三次加热又成精加热,通常是在高精度温度控制时,用于温度微调而设置的加热段。其控制应根据具体情况参照上述原理实施。
[0011] 3、湿度控制:A、加湿处理及控制,洁净间空调工程中,加湿操作一般是在冬季或过渡季节空气干燥时进行。空气加湿的方法比较多。通常采用蒸汽加湿器和电加湿器的开关控制或功率调节。蒸汽加湿时,根据湿度控制要求,可通过对电磁阀进行位式控制或采用二通调节阀的连续调节来实现。B、除湿(干燥)处理及控制空气冷却干燥处理常用表冷器来完成。表冷对空气的处理的等湿冷却二种处理过程。采用表冷器进行湿度控制时,是通过调节表冷器的冷媒(如冷冻水)流量来实现。当湿度高于要求的值时,可通过加大冷水阀的开度来加大其流量,实现除湿(即干燥)处理;反之减少流量,实现加湿处理。应该说明的是,由于空气的物理性质,其湿度的控制相对比较复杂,方法也较多。而且,空气的温度和湿度二个参数在调节过程中又相互影响。如某些原因使室内温度升高,引起空气中水蒸汽的饱和分压变化,在绝对含湿量不变的情况下,将使相对湿度减少。因此,对其中某一参数进行调节时,也会引起另一参数的变化。例如在夏季采用表冷器进行除湿调节,开大冷水阀时,在使湿度恢复正常的同时,也使温度降低。因此,在工艺设计和自控方案设计时都应充分考虑到这一特点。
[0012] 4、正压控制:我国国家标准规定,不同级别洁净室之间应大于4.9Pa,洁净区与非洁净区之间应大于9.8Pa。洁净室内的结构等基本确定,在运行过程中,保持正压可以通过控制新风量或回风量来实现。即通过控制新风门或回风门的开度来实现。
[0013] 5、温湿度监视:在大规模洁净厂房中使用传统有线温湿度监控施工繁琐、成本高、增加和调整检测点不便,而使用无线温湿度传感器网络技术弥补了有线传输的不足,可满足大规模洁净厂房里多节点温湿度测量。
[0014] 6、其它控制与空调节能:对洁净车间而言,除上述必需保证的技术指标示,还有一些对于安全与节能等方面的要求。结合多年的工程实践,主要有如下一些方面:A、风机故障报警,通过检测风机的风流状态判断风机是否正常工作。若因电机烧毁或皮带松动等原因导致风机停转,应立即报警;B、风机变频控制
为保持洁净车间内稳定的正压或一定的新风/回风比,可以对机(电机)转数实施变频控制。实践证明,变频控制比单纯的风门开度调节控制效果更佳,而且可大幅度节约电力消耗。因为在空调系统中,新风/回的输送占电能消耗的最大比例。而风门控制实际上是通过节流装置(即风门)来实现气流的改变;C、水栗变频控制,在一栗对一调节系统时,采用变频调速(水栗转数)实现流量控制比采用节流装置(即调节阀)为佳。这种方式不仅体现在控制效果更佳,同时体现在大幅度节约电力消耗上;D、节能程序,由于计算机控制系统的应用,使节能控制成为现实。即除了上述对空调系统工艺特点实施的节能控制手段外,计算机控制还可实现如焓差控制、夜晚循环、夜风净化、最佳启停、零能量区等。当然,对于某个特定的洁净厂房,其节能程序应根据其具体情况进行编制,以达到最佳的节能效果。
附图说明
[0015]图1为本发明控制系统的控制框架图。
具体实施方式
[0016]以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详述:
一种洁净车间空调自控系统,该系统包括空调机组和控制系统,控制系统由远程监控管理层、数据传输通讯层、数据采集控制层和设备仪表层等四层结构组成。其中远程监控管理层包括一个或多个上位机11、打印机12,上位机和打印机都由UPS不间断电源13供电;数据传输层包括一个或多个交换机或通讯转换器21;数据采集控制层包括一台或多台PLC/DDC控制柜31,一个或多个洁净车间温湿度无线采集系统协调器32,且控制柜31可按需求配备工业触摸屏;设备仪表层可按需求配置露点温度变送器401、洁净室压差变送器402、空调机组初中效和洁净车间高效压差开关403、空调系统风管温湿度变送器404、洁净车间房间温湿度变送器405、空调机表冷盘管防冻开关406、空调机新风模拟量风阀执行器407、空调系统密闭阀开关量风阀执行器408、空调机表冷/加热/加湿段电动水阀/蒸汽阀执行器409、空调机送风机/排风机风机控制柜410、洁净车间消毒用臭氧发生器411、洁净车间温湿度无线采集子节点412、洁净车间温湿度无线采集路由节点413。
[0017] 上位机11具有洁净车间空调暖通系统流程图画面、历史数据查询画面、报警查询画面、空调运行参数设置画面、用户管理画面、报表打印画面等;所述上位机11流程图画面具有风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差数据实时显示,电动执行器阀位状态显示和控制,空调生产模式、值班模式、消毒模式切换等功能。上位机11空调运行参数设置画面具有风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差设置,空调生产模式、值班模式、消毒模式运行时各风机频率、风阀开度设置。
[0018] 控制柜31由PLC或DDC作为控制器,工业触摸屏作为本地显示和操作;控制器程序分为手动控制、自动控制两部分。手动控制时可由操作人员通过触摸屏或者上位机独立控制各个执行器和风机。自动控制时控制器程序由用户选择的空调运行模式和设置好的各个模式对应参数自动运行;控制器31自动控制程序分为停机模式、生产模式、值班模式、消毒模式。生产模式时满足洁净车间生产运行时需要的换气次数、房间压差梯度、温湿度等要求;值班模式时在满足洁净车间洁净度要求的房间压差梯度下,适当降低风量减少换气次数,达到节能效果;消毒模式时通过消毒使洁净车间洁净度满足生产要求。其中消毒模式又分为消毒循环、消毒密闭、消毒排气三种模式;停机模式时所有风机处于停止状态,所有电动执行器处于关闭位置;生产模式时先打开该模式下应打开的风阀,当控制器获得风阀开到位信号时再开启该模式下需要开启风机,并按设定频率运行;值班模式与生产模式相同;消毒循环、密闭、排气模式与生产模式相同,切换到消毒模式时,系统先进入消毒循环,循环计时时间到后,进入消毒密闭模式,密闭计时时间到后,进入消毒排气模式,排气计时时间到后进入生产模式;空调生产模式时根据回风温湿度通过PID比例积分微分算法调节表冷阀、加热阀、加湿阀开度使洁净室温湿度满足生产要求。
[0019] 温湿度无线采集协调器32负责整个无线传感器网络的运营,在上电后自动创建无线网络并将无线信号接收范围内具有网络标识符的洁净车间温湿度采集无线路由节点413和子节点412加入网络中。按照用户设定的采集频率定时广播采集指令,并等待接收来自各子节点的数据,接收完毕后,协调器将数据打包发送到上位机。
[0020] 空调机组安装露点温度变送器401用于检测一次表冷后温度调节一次表冷阀达到新风露点除湿功能,系统上安装压差变送器402用于检测洁净车间房间压差值、风管静压值,安装压差开关403用于检测空调机初效/中效、洁净室高效等过滤器堵塞报警、风机缺风报警,安装风管温湿度传感器404用于检测新风温湿度、回风温湿度、送风温湿度,安装房间温湿度变送器405用于检测洁净车间温湿度,安装防冻开关406用于检测一次表冷器温度,安装模拟量风阀执行器407用于调节风阀开度,安装开关量风阀执行器408用于控制风阀开关,安装水阀/蒸汽阀执行器409用于控制水阀/蒸汽阀开度,安装风机控制柜410用于控制变频或普通风机,安装臭氧发生器411用于消毒模式时设备联动,安装洁净车间温湿度无线采集子节点412用于采集洁净车间温湿度和无线传输数据,安装洁净车间温湿度无线采集路由节点413用于增加无线数据传输距离。

Claims (5)

1.一种洁净车间用空调自控系统,包括空调机组和控制系统,所述控制系统包括远程监控管理层、数据传输层、数据采集控制层以及设备仪表层; 所述远程监控管理层包括UPS电源、一台以上的上位机和打印机,打印机连接上位机的输出端,上位机与打印机均由UPS电源供电; 所述数据传输通讯层包括一个或一个以上的通讯控制器,通讯控制器为交换机或通讯转化器; 所述数据采集控制层包括PLC/DCC控制柜以及与通讯控制器电连接的一个或多个无线采集协调器; 所述设备仪表层包括与PLC/DCC控制柜电连接的露点温度变送器、压差变送器、压差开关、风管温湿度变送器、防冻开关、模拟风量阀执行器、开关风力阀执行器、水阀蒸汽阀执行器、风机控制柜、臭氧发生器,以及与采集协调器点连接的无线路由节点、多个无线温湿度子节点。
2.根据权利要求1所述的一种洁净车间用空调自控系统,其特征在于,所述上位机的界面显示包括空调暖通系统流程图画面、历史数据查询画面、报警查询画面、空调运行参数设置画面、用户管理画面、报表打印画面;所述空调暖通系统流程图画面包含风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差、电动执行器阀位状态、空调生产模式、值班模式、消毒模式切换;空调运行参数设置画面包括风管及洁净车间温湿度、洁净车间压差设置、空调生产模式、值班模式、消毒模式运行时各风机频率以及风阀开度。
3.根据权利要求1所述的一种洁净车间用空调自控系统,其特征在于,无线采集协调器自动创建无线网络将无线信号接收范围内具有网络标识符的无线温湿度采集无线路由节点以及子节点加入网络中,并按照设定的采集频率定时广播采集指令,接收来自各子节点的数据后将数据打包通过通讯控制器发送到上位机。
4.根据权利要求1所述的一种洁净车间用空调自控系统,其特征在于,所述露点温度变送器安装于空调机组的一次表冷器,压差变送器安装于空调机组风管出风口,压差开关安装于空调机组各级过滤器,风管温湿度变送器分别安装于空调机组的新风口、出风口以及回风口,温湿度变送器安装与洁净车间内,防冻开关安装于一次表冷器,模拟量风阀执行器安装于风阀,开关量风阀执行器安装与风阀开关,水阀/蒸汽阀执行器安装与水阀/蒸汽阀,风机控制柜与风机电连接,臭氧发生器安装与空调系统的出风口前端,温湿度无线采集子节点和温湿度无线采集路由节点均布于洁净车间各角落,安装洁净车间温湿度无线采集路由节点。
5.根据权利要求1所述的一种洁净车间用空调自控系统,其特征在于,所述PLC/DCC控制柜安装有工业触摸屏作为本地显示和操作,由PLC或DDC作为控制器;控制器程序包括手动控制和自动控制;手动控制状态下,由点击工业触摸屏或上位机控制各执行器和风机;自动控制包括停机模式、生产模式、值班模式以及消毒模式;生产模式和值班模式状态下,PLC/DCC控制柜根据风管温湿度变送器的反馈信号通过PID比例积分微分算法计算后控制空调机组上安装的各执行器及风机;消毒模式状态下,PLC/DCC控制柜通过控制开启臭氧发生器;消毒模式包括消毒循环、消毒密闭、消毒排气三种模式。
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