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| 可編程節(jié)制器操息于干凈空調(diào)主動節(jié)制系統(tǒng) |
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可編程節(jié)制器操息于干凈空調(diào)主動節(jié)制系統(tǒng)
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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.
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www.shengjie-jh, 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.
本系統(tǒng)還有一些問題有待解決. 主要在于資料的不足, 一是程序方面以往沒有太多可供復用的程序代碼; 另一方面, 目前通用的DCS 系統(tǒng)一般都對用戶封閉了內(nèi)部的控制算法,而PLC 廠商很少有專用的應用于空調(diào)系統(tǒng)的專用模塊, 所以研發(fā)人員沒有太多的算法資料和控制參數(shù).
3.2 控制系統(tǒng)設計
4.1 室內(nèi)環(huán)境的保持
b. 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;
綜上所述, 可編程控制器在潔凈空調(diào)系統(tǒng)領域中有較廣的應用性,但對工程的實施、控制算法的選取、系統(tǒng)的合理化等方面還可作進一步深入的研究. |
3 空調(diào)系統(tǒng)設計
4 運行效果
2 空調(diào)系統(tǒng)分析
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.
c. 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10 Pa;
1 現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
2.1 工程概況
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.
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www.shengjie-jh, 溫度在20~26℃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12~15 Pa 的正壓,生產(chǎn)區(qū)對過渡區(qū)保持2~5 Pa 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.
于是可以確定, 送風閥的上限閾值Sh=min{Sh, t, Sh,p},下限閾值Sl = max{Sl, t, Sl,p}; 回風閥的上限閾值Rh=Rh,p,下限閾值Rl= Rl,ex.冬季的情況與夏季大致相同, 冬季運行時,只需操作人員在觸摸屏上設置季節(jié)切換, PID 計算的控制函數(shù)將改變?yōu)樨撨壿? 這樣就順利地完成了季節(jié)更替的運行. 在過渡季節(jié), 通過適當調(diào)整冷凍水和蒸汽閥, 同樣可以使得各控制參數(shù)在設定范圍內(nèi)達到用戶的要求.
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.
5 結論
d. 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5 Pa 的壓差下限.
目前, 潔凈空調(diào)自動控制系統(tǒng)的應用有多種方式. 除了傳統(tǒng)的單片(板)機系統(tǒng)以外,很多用戶選用了局部數(shù)字直接控制(DDC)或是集散控制系統(tǒng)(DCS)[3] ,而PLC 的應用還不是很多. 其原因主要是傳統(tǒng)的PLC 在邏輯、計數(shù)和計時方面有優(yōu)勢,但在以模擬量為主要處理對象的空調(diào)系統(tǒng)中,缺乏足夠的計算和分析能力. 近年來, 隨著新型PLC 在存儲容量和運算能力方面的迅速發(fā)展, 這一缺陷逐漸得到彌補. 許多PLC 生產(chǎn)廠家在PLC硬件水平大幅提升的同時, 又開發(fā)出適于運算和分析的PLC 指令集系統(tǒng),并制造了一系列運算和通訊等專用模塊來強化這方面的性能. 從發(fā)展趨向來看, PLC 系統(tǒng)在運算能力上已經(jīng)與PC 控制系統(tǒng)差別不大, 通訊能力也大為提高, 加上其固有的可靠性、擴展性和價格優(yōu)勢, 必將在空調(diào)自控系統(tǒng)中占據(jù)重要地位.
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.
可編程控制器應用于潔凈空調(diào)自動控制系統(tǒng)
圖1 為潔凈空調(diào)自動控制系統(tǒng)的控制框圖.
4.2 數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)保存
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16 h)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). 作者在編制程序中預設多種工作模式組合. 操作人員可隨時將某房間設置為非占用, 下班以后將整個系統(tǒng)設為夜間模式,使風機、風閥和蒸汽閥等均處于低能耗的工作狀態(tài). 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.
以夏季工況下某生產(chǎn)主操作區(qū)的房間為例風淋 .作出房間的溫度、濕度和房間-過渡區(qū)的負壓差等控制參數(shù)隨時間變化的曲線, 以及空調(diào)系統(tǒng)送風機變頻器的日工作時間曲線.
3.1 空氣處理系統(tǒng)設計
上海地區(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.
觸摸屏通過RS485總線與PLC通訊,可以實時調(diào)整系統(tǒng)的工作模式、季節(jié)切換、送風參數(shù)、各房間的狀態(tài)參數(shù)設定值和風閥運行的上下限值等.
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.
利用可編程控制器的專用通訊模塊, PLC—觸摸屏以及PLC—PC 之間的通訊可以穩(wěn)定持續(xù)地保持數(shù)據(jù)通暢. 整套空調(diào)自控系統(tǒng)投入運行以后,操作人員可根據(jù)生產(chǎn)實際調(diào)節(jié)運行參數(shù); 管理人員可隨時通過企業(yè)局域網(wǎng)遠程查看生產(chǎn)的環(huán)境;現(xiàn)場工控機里的數(shù)據(jù)定期地保存到企業(yè)局域網(wǎng)的文件服務器里.
可編程控制器(PLC)是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和信息技術的一種控制器. 它具有可靠性高、功能性強、開發(fā)簡便、易于維護和擴展且成本較低等特點, 自上個世紀六七十年代被研制出來以后, 就廣泛應用于冶金、能源、化工、電力和機械等工業(yè)領域. 最初的可編程控制器是基于邏輯計算的, 隨著工業(yè)技術的發(fā)展, 可編程控制器的數(shù)字運算和分析能力大大增強,可以運用于更為廣泛的領域中[1].
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%.
PLC 的專用通訊模塊通過RS232串口通訊與工業(yè)控制計算機連接, 連續(xù)地將當前的各采樣值以及系統(tǒng)運行參數(shù)發(fā)送到計算機上. 計算機中實時運行的上位機軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析, 并保存在數(shù)據(jù)庫中.
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7~9℃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.
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.
2.2 空調(diào)系統(tǒng)要求
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)[2]. 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. 而可編程控制器的引入, 則為潔凈空調(diào)系統(tǒng)的自動控制提供了一種便捷、有效而可靠的解決方案.
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.
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)定性、低成本和廣泛的通用性, 它完全可以像在其他工業(yè)控制領域一樣在空調(diào)系統(tǒng)控制方面占據(jù)重要的地位.
a. 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);
4.3 數(shù)據(jù)對工況和運行策略的分析和預測 特別注意：本站所有轉載文章言論不代表本站觀點， www.or72.com
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