1、可編程控制器應用于潔凈空調自動控制系統(tǒng)1現狀和發(fā)展趨勢可編程控制器(PLC是基于微處理器的控制器，它將計算機技術、自動控制技術和信息技術相結合)?？煽啃愿?，功能強，開發(fā)容易，維護和擴展容易，成本低。從上世紀60年代開始，它被廣泛應用于冶金、能源、化學、電力和機械等行業(yè)。第一個可編程控制器基于邏輯計算，隨著工業(yè)技術的發(fā)展，可編程控制器的數字計算和分析能力大大提高，可用于更廣泛的領域1。清潔空調系統(tǒng)是一種重要的空調系統(tǒng)分類，目前在醫(yī)藥、電子和化工行業(yè)得到了廣泛應用。從控制和數據分析處理的角度來看，清潔空調控制系統(tǒng)除了一般空調控制系統(tǒng)中的大容量數據、模擬多數、系統(tǒng)運行中斷和需要存儲數據的特性外，還具

2、有較高的控制因素和控制精度。對于典型的清潔空調系統(tǒng)，室內環(huán)境的溫度、濕度、壓差和空氣潔凈度等狀態(tài)參數必須保持在一定的閾值范圍內2。對于這些要求，維護人員的手動操作或傳統(tǒng)的繼電器控制是完全不可能的。引入可編程控制器，為潔凈空調系統(tǒng)的自動控制提供了方便、有效、可靠的解決方案。目前，清潔空調自動控制系統(tǒng)有多種應用方式。除了傳統(tǒng)的單芯片計算機系統(tǒng)外，許多用戶選擇了本地數字直接控制(DDC或分布式控制系統(tǒng)DCS3)，但是PLC的應用還不多。原因主要是現有PLC在邏輯、計數和計時方面有利，但在以模擬為中心的處理對象的空調系統(tǒng)中缺乏足夠的計算和分析能力。近年來，新的PLC在存儲容量和計算方面能力的快速發(fā)展逐

3、漸彌補了這些缺陷。許多PLC制造商在顯著提高PLC硬件級別的同時，開發(fā)了適用于計算和分析的PLC命令集系統(tǒng)，并制造了一系列計算和通信等使用模塊加強這方面的性能。從發(fā)展趨勢來看，PLC系統(tǒng)在計算能力上已經與PC控制系統(tǒng)沒有太大差異，通信能力也有了很大提高，由于其固有的可靠性、可擴展性和價格優(yōu)勢，必將在空調自動控制系統(tǒng)中占有重要地位。2空調系統(tǒng)分析2.1項目概述上海地區(qū)一家制藥廠的生產工廠有5層，每層都有內區(qū)生動產地，每層都有外區(qū)通道、操作員更衣室等連接，構成過渡區(qū)。每個生產地區(qū)的設備負荷差異很大。由于生產工藝的要求，對內外間距和工作場所與外界之間的門開關頻繁，室內環(huán)境波動很大。此外，工廠位于海邊

4、，室外空氣濕度高。2.2空調系統(tǒng)要求根據藥品生產質量管理規(guī)定(藥品生產GMP)，業(yè)主在生產區(qū)域的空氣潔凈度達到30萬級潔凈室標準，溫度在20 26 之間，相對濕度在40%60%之間。差壓由粉末車間設計，過渡區(qū)對室外環(huán)境保持1215 Pa正壓，生產區(qū)對過渡區(qū)保持25 Pa負壓。必須使用PLC自動調節(jié)空調系統(tǒng)。根據季節(jié)和生產過程的變化，觸摸屏可以修改操作參數。室外環(huán)境的氣象數據和室內空調運行狀態(tài)和能源消耗等參數都記錄在計算機中，以供查詢和進一步分析優(yōu)化處理。3空調系統(tǒng)設計3.1空氣處理系統(tǒng)設計這個系統(tǒng)是整個空氣系統(tǒng)，每個房間的氣流組織是上送和下送。冷熱源為2廠冷凍站提供7 9 的冷凍水，熱源是提供

5、給工廠鍋爐房的蒸汽。鼓風機由變頻器控制和通風這臺機器是阻塞控制的?！八惋L總管”通過兩種方法連接到每個生產區(qū)域，這兩種方法在不同的方向連接到過渡區(qū)域。系統(tǒng)采用VAV系統(tǒng)，每個房間的送風閥和通風閥都裝有電動阻尼器執(zhí)行器，用于調整每個房間的返回風量?？諝庋h(huán)回路的新鮮空氣段、通風段和送風段分別裝有初始效果、中間效果和高中效果過濾器。3.2控制系統(tǒng)設計系統(tǒng)的主要控制參數為： a。保持空氣清潔度所需的送風量。b .內外區(qū)域之間的負壓差壓和過渡區(qū)域與環(huán)境之間的正壓差壓；c .室內環(huán)境濕度；d .室內環(huán)境的溫度。空氣潔凈度和溫度可根據各生產地區(qū)的生產工藝要求和藥品生產質量控制規(guī)范，使用PLC，通過安裝在回流

6、空氣閥上的阻尼器執(zhí)行器，改變阻尼器開口程度。差壓控制也根據現場傳感器的采樣數據，使用PLC分析數據，通過輸出控制量控制阻尼器的開口程度，以確保每個地區(qū)的壓差。這家工廠位于海邊，常年濕度大，所以濕度調節(jié)方式以除濕為主，通過調節(jié)冷凍水的流動和溫度可以實現。圖1是清潔空調自動控制系統(tǒng)的控制框圖。冷凍水的流動和溫度由工作人員手動調節(jié)(根據遠程顯示器上顯示的系統(tǒng)參數，除了調整冷水機組的冷水和冷凍水打開度外，還自動實現其馀參數的收集、邏輯判斷、數值計算和執(zhí)行器動作。但是，由于該系統(tǒng)具有大量的控制對象，每個對象的控制精度高，每個控制系數的耦合性強，因此控制模型更加復雜。由于每個參數的波動大、不穩(wěn)定，采用一般

7、的控制算法會使系統(tǒng)發(fā)生很大的波動。甚至偏差。但是，復雜的算法極大地增加了系統(tǒng)開發(fā)、調試和維護的困難和工作量。因此，作者使用PLC內部集成模糊PID算法函數作為控制函數，限制了PLC控制范圍的上限和下限。在此范圍內，仍由PID算法控制，如果控制值超過閾值，將在閾值限制處停止，從而大大提高控制精度和穩(wěn)定性。每個空氣閥的上下閾值在標準運行條件下測試。例如，在夏季運行條件下，如何設置一個房間的回風閥的上下閾值。A.根據房間的標準通風次數，測量了相應回氣閥的閾值Rl，ex(房間是負壓，應優(yōu)先考慮回氣閥的閾值；對于正壓送風系統(tǒng)，應設置送風閥下限，以確保最小房間通風。B.根據房間設置溫度的精度范圍，設置送風

8、閥的上下閾值Sh、t和Sl、t，以確保標準送風溫度的房間溫度不超過GMP規(guī)定的溫度范圍；C.根據送風最大時間的最不利條件，即送風閥在最小閥位置sl處，設置t時換風閥上限閾值Rh，p，以確保在最不利的情況下房間的負壓差壓小于10 PaD.根據換向閥的閥位置閾值Rh、p和Rl、ex，重新配置送風閥的最小-最大閥位置Sh、p和Sl、p，以在換向閥為最大或最小-最大閾值時保持最小聲壓壓差5 Pa的最小壓差降。因此，進氣閥的上限閾值Sh=minSh，t，Sh，p，下限閾值Sl=maxSl，t，Sl，p ；回流空氣閥的上限閾值Rh=Rh，p，下限閾值rl=rl，ex。冬天的情況與夏天幾乎相同，在冬天運行時

9、，只要工人在觸摸屏上設置季節(jié)切換，PID計算的控制功能就會變?yōu)樨撨壿?，從而成功完成季?jié)更換的執(zhí)行。在過渡期季節(jié)，可以適當調整冷卻液和蒸汽閥，以確保每個控制參數在設置范圍內符合用戶的要求。該系統(tǒng)還采取了節(jié)能措施。生產過程中，有些房間是間歇的或季節(jié)性的，有些房間沒有運營人員，用作臨時存儲場所，這些房間和其他夜間非生產房間(不是三班制的車間，每天工作時間16小時保持清潔狀態(tài)和保持濕度，其要求低于生產條件(房間通風只能減少保持狀態(tài)的要求)。作者可以在程序中預設多種工作模式組合。操作員可以隨時將房間設置為未占用，下班后將整個系統(tǒng)設置為夜間模式，使風扇、阻尼器、蒸汽閥等都處于能耗低的運行狀態(tài)。該方法大大降

10、低了系統(tǒng)運行成本，提高了系統(tǒng)運行的能效。觸摸屏通過RS485總線與PLC通信，可以實時調整系統(tǒng)的操作模式、季節(jié)切換、送風參數、每個房間的狀態(tài)參數設置值以及風閥操作的上下限值等。PLC專用通信模塊通過RS232串行通信與工業(yè)控制計算機連接，并繼續(xù)向計算機發(fā)送當前采樣值和系統(tǒng)執(zhí)行參數。在計算機上實時運行的主機軟件處理和分析數據，并將其存儲在數據庫中。使用工廠內部的局域網，生產、質量、電源和管理部門可以實時獲取現場數據，進行分析和決策。4執(zhí)行效果4.1保持室內環(huán)境工程運行了12個月以上，正在度過夏天和冬天。室內環(huán)境完全符合用戶要求，符合藥品生產質量管理規(guī)定標準。而且系統(tǒng)硬件和軟件的運行穩(wěn)定，除了微調

11、一些控制參數外，沒有故障或波動。由于多任務模式組合和VAV控制方法，整體制冷系統(tǒng)運行費用也大幅降低了30%以上，節(jié)能也超過30%。以夏季條件下生產主啟動球的房間為例。創(chuàng)建房間溫度、濕度、房間-過渡區(qū)負壓差等控制參數隨時間變化的曲線、空調系統(tǒng)鼓風機變頻器的日常運行時間曲線。圖2是特定主要生產區(qū)域的溫度時間圖。在干凈的空調系統(tǒng)中，室內清潔度也比熱負荷要求的通風需要更多，所以白天工作時，要通過表面冷卻器加熱空氣，然后加熱到一定的空氣供應溫度，防止室內溫度過度冷卻。晚上22點和第二次上午8點以前沒有生產該車間，因此在此期間，系統(tǒng)處于最低能耗狀態(tài)，并且是室內加熱負荷較小的情況是，此情況仍然是PLC控制閾

12、值的范圍。如圖所示，室內溫度與設置溫度很匹配。從該車間的日溫曲線來看，溫度相對穩(wěn)定，設置誤差小于5%，完全滿足相應清潔空調系統(tǒng)的溫度控制要求。圖3是同一生產區(qū)域中相同時間的濕度時間圖。所有者要求相對濕度為40%到60%，如圖所示，白天生產時該地區(qū)的相對濕度保持在此控制范圍內。夜間送風氣流大幅減少，相對濕度較高，但由于夜間不生產，這種情況仍然符合管理要求。該廠位于沿海地區(qū)，濕度大，季節(jié)變化不大，運行時轉換對表冷卻段冷卻水要求沒有太大變化。根據運行的實際情況，保持一定的冷卻水和溫度基本可以保證系統(tǒng)的濕度要求。圖4是同一生產區(qū)域的差壓時間圖。如圖所示，白天生產期間，內室內部環(huán)境的壓差比較穩(wěn)定，基本滿

13、足清潔空調系統(tǒng)所需的壓差條件。由于這個房間經常搬運東西，外門開關數量多，引起整個工作區(qū)域的壓差波動。但是對過渡地區(qū)的負壓保持不變，并能通過設定的壓力差迅速恢復。圖5是同一時間系統(tǒng)鼓風機變頻器的時間圖。此圖表反映了整個空氣系統(tǒng)的空氣體積波動，也可用作表示系統(tǒng)能耗的指標。周變頻器的波動是由每個工作空間工作模式組合的變化和每個工作空間的室內狀態(tài)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)僅保留保持環(huán)境所需的最低要求。這樣可以大大節(jié)省整體系統(tǒng)運營成本。與上述圖表一起分析表明，周生產中的控制參數很好地滿足了設計時的精度要求。系統(tǒng)通過將在夜間運行模式下工作的風扇的電動機頻率降至最低，大

14、大節(jié)約能源，整個工廠的環(huán)境基本上與白天保持相同的參數條件。4.2利用數據通信和數據保留可編程控制器，通過專用通信模塊、PLC-觸摸屏和PLC-PC之間的通信，可以保持數據穩(wěn)定。整個空調自動控制系統(tǒng)啟動后，操作員實際上可以根據生產調整操作參數數。管理員可以通過企業(yè)局域網隨時遠程查看生產環(huán)境?，F場工業(yè)計算機的數據定期保存在企業(yè)局域網的文件服務器上。通過分析4.3數據運行條件和運行策略分析和預測一年的運行數據，可以重新設置初始空調系統(tǒng)運行參數。更準確、更可靠的運營。用新的風口傳感器獲得的氣象資料可以積累工廠及其他相關部門門研究的資料。生產環(huán)境中的數據與該產品相結合，為質量檢查、產品工藝改進和企業(yè)經營提供了依據。綜上所述，環(huán)境參數和控制參數為企業(yè)的發(fā)展帶來了更大的長期利益。5結論可編程控制器在工程設計、實施和運行方面，在空調系統(tǒng)，特別是清潔空調系統(tǒng)、可靠性要求高的領域，運行良好，開發(fā)難度低，經濟性高。完全可擴展?？删幊炭刂破鞅旧砉?/p>