冷库精密空调设计方案

冷库精密空调设计方案目录方案配置说明一.总体说明二.主要控制要求三.监控功能配置A、监测功能B、控制功能C、保护连锁D、运行工况配置E、风机频率控制F、温湿度控制G、室内压差控制方案配置说明一、总体说明本空调自控系统采用“分散控制，集中监视”的集散型控制系统模式。现场控制器选用西门子最新推出的S71200控制器,根据管理需要可选配上位机监控软件(西门子WINCC7.0SP3中文运行版)。主要软硬件选型说明：序号分项内容说明1自控系统形式集散型控制系统2上位机电脑戴尔OptiPlex7010(可选)3监控软件西门子WINCC7.0SP3中文运行版(可选)4主要硬件产品选型PLC控制器Siemens1200系列1215C风道温湿度传感器ROTRONIC公司HF1-DB风量传感器西特C266+SHIELUR风速测片房间压差变送器西特C266(0-50Pa)初中效滤网压差开关西特C241(0-500Pa)风机前后压差开关西特C241(0-1000Pa)二通冷水电动调节阀西门子VVF31蒸汽加热/加湿调节阀VVF53系列风阀执行器BEILIOSMU24/LMU24系列上述硬件产品的技术规格说明详见《硬件介绍》小节以及设备配置清单说明。1、和DDC空调控制产品相比，工业级PLC控制器对现场环境条件和电磁干扰具有更强的适应性。本方案选用的SIEMENS公司的S71200系列PLC产品属国际公认的著名品牌，且已在很多制药项目有可靠、稳定的运行。2、传感器、阀门等现场设备采用质量可靠，性价比合理，已被行业用户大量选用的品牌。3、合规性、符合GMP认证规范。在GMP规范中，要求自控系统具有电子记录和签名要求。而不是在纸张表格的手写签名，其内容主要有：操作员动作记录维护/保护/可复制性/可检索性访问安全性电子签名本投标方案选用的中央监控软件WinCC提供以下选件和方法来满足GMP法规:访问保护审核与追踪数据归档和检索电子签名电子记录能够满足：电子采集和记录车间各生产区域的温湿度等参数；所有的数据采集和记录存储在一台计算机上，数据可以按照使用人员的要求定时自动备份；根据授权级别，用户可查询相应的历史数据；用户分级授权，不同的操作人员以不同的用户名和密码进入系统进行操作。电子签名，在输出报表和存储记录时，在报表和记录上同时签注当前登录用户账号；操作日志，根据管理员的设置，有相应的系统事情和报警记录，重要的操作在进行操作前强制要求输入注释；4、系统具有可扩展性，扩展灵活方便本次配置的自控系统可以与未来空调自控系统无缝扩展集成，将来二期自控系统不需要额外增加中央站的硬件设备，只需要升级监控软件的监控点数以及增加现场控制器及传感器、阀门、网络交换机等自控设备。5、具有高可靠性，系统整体平均寿命可达15年左右6、系统具有的整体性能指标：集成后的空调自控系统达到如下技术性能参数：序号性能参数分类主要性能参数指标1空调温湿度控制精度温度：≤±1℃相对湿度≤±3%RH2房间压力控制精度±1~2Pa3空调系统节能效果相对于空调机组在额定风量（工频）下运行（50Hz左右），变频（变风量）控制的节能率达45%以上。4中央监控系统数据刷新时间：≤10毫秒系统控制命令传送时间：≤200毫秒系统联动命令传送时间：≤200毫秒系统平均无故障时间：＞50000小时二、主要控制要求1、洁净区域室内温湿度：D级洁净区域：温度：设定点±2℃（设定点：夏季24℃；冬季20℃）相对湿度：设定点±5%（设定点：50~60%rh）2、新风量：满足洁净等级要求的最小换气次数；3、室内压差：洁净区与室外大气静压差大于10Pa,室内保持设计要求的压差梯度（各房间压差值见设计院图纸压差分布图）。4、设置正常运行、值班工况、消毒工况、关机四个工况，各工况能够进行稳定切换控制。5、工艺、保护顺序连锁控制。6、初效,中效、高效过滤器的压差进行显示,当初效过滤器的压差80Pa,中效过滤器的压差120Pa，显示报警信息，提醒相关人员清洗或更换。A01精烘包车间空调自控建议方案三、监控功能配置A、监测功能序号监测功能描述点类型数量监测目的及监测点位置备注一洁净环境参数监测部分1洁净区室内压差参数实时采集显示AI1洁净生产区域的所需监测的环境参数，质量管理的依据之一；可显示相对大气的绝对压力值，也可通过程序换算成房间之间的相对压力值；排风VAV阀调节控制依据；当车间压力参数超过上下限时给出告警信号。安装于各房间彩钢板上，距地面1.3米至1.5米处，测压口一头相对大气。在防爆门斗及精制分离干燥间各设置一个监测点二空调系统运行参数监测部分1送风总风量参数实时采集显示AI1风机变频调节控制依据；判断洁净区换气次数是否符合需求的依据。安装于送风主管母管直管段。2送风总管静压实时采集显示AI1主要保证送风管上的定风量阀及变风量阀前后压差保持在150Pa~750Pa工作压差。此传感器也可以设置在风压降最大处的文丘里阀两侧2排风总管静压实时采集显示AI1排风机变频调节依据之一（排风机和除尘机，精制室与粉碎混合室）。3送风温湿度参数实时采集显示AI2车间温湿度串级控制依据；安装于送风主管母管段。4回、排风温湿度参数实时采集显示AI2与送风温湿度进行比对报警；车间温湿度工艺控制备选依据。安装于回风主管段。5风机运行状态监测DI1用于与其它设备控制连锁.信号取自启动柜6空调机组初、中、高效过滤网DI1当监测的压差超过设定值时报警，提醒工作人员及时更换过滤器。取压管安装于过滤器两侧。(初、中效、高效----数量）设定值可调7风机前后压差监测DI1当监测的压差超过设定值时报警，提示风机皮带断裂或有其他异常设定值可调8新风阀阀位反馈AI1监测新风阀的开度位置，如异常时，信号取新风A01精烘包车间空调自控建议方案序号监测功能描述点类型数量监测目的及监测点位置备注及时提醒人员。阀执行器9风机故障状态监测DI1用于与其它设备控制连锁信号取自启动柜10风机手/自动状态监测DI1判断设备是否处于本地/远程控制模式。信号取自启动柜的风机手/自动转换开关。B、控制功能1）送、排风机、除尘机、风阀、水阀、加湿阀顺序连锁、保护启停；2）手动选择温湿度参考对象（当出现温湿度传感器故障时，可在界面上选择以回风温湿度或送风温湿度为参考对象）；3）控制冷/热阀开度，以保证车间空气温度满足生产要求；4）控制冷水阀、加湿阀的开度，以保证车间空气相对湿度满足生产要求；5）送、排风机、除尘机采用变频调节以保持系统风量平衡；7）工作模式、值班模式、消毒模式稳定切换控制；8）新风阀调节控制，可根据不同工况控制新风阀；9）根据运行工况及房间压差控制各房间内的变风量文丘里阀的开度，以维持室内压差恒定；C、保护连锁1、正常运行模式时单台空调机组与排风机、风阀、水阀、加湿阀的联锁控制。1）当开机指令发出后，先开启新风阀、PLC控制器收到新风阀正确反馈信号后，开启送风机，送风机反馈信号指示运行后，才能开启排风机，停机时则相反。A01精烘包车间空调自控建议方案2）空调机组风机运转正常后，再根据设定的参数和检测的各项参数自动调节各种冷、热水阀、加湿阀的开度。3）风机停止后，表冷阀、加热阀、加湿阀、新风阀全关。停机指令发出后，先关闭冷冻水、蒸汽加热、加湿阀门，运行3～5分钟（时间可调）后停止风机运行，再关闭新风阀，可避免蒸汽残留。4）新风阀开度保护控制。空调机组正常运行后，自动检测新风阀的开度，设定一个下限值，以防止空调箱内负压过大导致空调机组箱体变形，设定一个上限值，以防止洁净区内压差控制基点的正压过大导致门不易开关以及能耗过大。5）当空调机组运行或洁净生产区域发生紧急情况，需要紧急停机时，按下启动柜门上的紧急停机按钮，风机自动停止。6）送风温湿度超限控制，当送风温度大于设定值（如25℃，可调）时，自控系统应保证加热电动阀的开度不再继续开大；当送风相对湿度大于90%RH时，自控系统应保证加湿电动阀的开度不再继续开大，必要时适当关小加湿阀开度。对非干燥季节，设置加湿阀的最大限位开度，保证自控系统不发生超调现象，以防送风中带冷凝水。7、与消防系统的连锁，当所在区域的防火阀动作后，自动停止送、排风机，同时开启排烟风机。D、运行工况配置设置四种不同的运行模式：正常运行模式、值班运行模式（是否可再设子系统，如精制烘干室，其他房间正常运行，精制烘干室为值班运行模式，优先执行精制烘干室的值班模式，再如粉碎混合室）、消毒运行模式、停机工况。运行模式之间的转换由操作人员根据生产的需要通过自控系统的图形管理工作站或PLC控制器上的A01精烘包车间空调自控建议方案触摸屏进行手动切换，在每种运行模式下，系统按照相应的控制逻辑在自动控系统的控制之下自动完成相应的功能。(1)正常运行模式系统正常运行模式是指车间生产过程中为满足空气状态参数要求而进行的空气处理的过程，系统在多数时间运行在正常运行模式。(2)值班运行模式送风机频率设定在维持洁净室微正压所需的风量(手动可设定)，停止C1-1（粉碎混合室除尘机）排风机，降低排风机PF1-1（精制烘干直排风机）的频率，根据排风机频率反馈值来调节新风阀至维持室内正压的开度。冷、热水阀及加湿阀关闭。(3)消毒运行模式消毒运行时，有消毒前准备、消毒熏蒸、消毒排风这三个阶段。当处于消毒模式时，系统先将控制区域温度升到35℃（可手动设定），相对湿度控制在60%，关闭新风阀及消毒排风阀（安装位置?）、停止排风机，调节送风机频率至50HZ,当所有消毒区域的门关闭后，开始启动消毒设备进行熏蒸，熏蒸浓度达到并维持一定时间后（时间可手动设定）自动进入消毒排风状态。A01精烘包车间空调自控建议方案消毒排风时全开新风阀，开启消毒排风阀，开启消毒排风机，根据需要启停工艺排风机，进行消毒排风。(4)停机模式停机时，先关闭排风机，再关闭送风机、延时一段时间后再关闭新风阀、冷水阀、加热阀、加湿阀。（5）火灾事故排风过程除4个运行模式中还有一个特殊的运行过程，就是火灾事故排风过程，这个过程是由消防来完成，空调自控系统参与联动，出现紧急断电，或遇火警、防火阀动作联动停止空调机组。E、风机频率控制送、排风机频率控制：送、排风机频率控制送、排风风量至设定值。当风管风量传感器出现故障时，为了避免风机频率上升至最大频率，造成系统异常，本系统设计了风量传感器故障因对程序，系统每五秒钟监视压力受控情况下的风机频率输出，计算前一分钟共12个采样点的风机平均频率输出作为风机保护频率，当风量传感器出现故障时，风机频率自动切换至保护频率。F、温湿度控制药厂洁净室的温湿度控制具有多变量、非线性、大滞后特性，且温度控制和湿A01精烘包车间空调自控建议方案度控制之间相互影响，温度的升高会引起相对湿度的降低，一般温度每上升１℃，相对湿度下降２％～３％，对于温湿度参数波动与节能要求高的制药厂房，采用单一的PID控制，很难保证系统的稳定性和精度，也不利于节能。一般常规洁净空调温湿度控制策略是：夏季采用湿度优先的方法，冷水阀主要用来除湿，然后通过热水阀的再热，使温湿度达到所要求的值；冬季通过加热器和加湿器来完成升温加湿的空气调节过程。这样的做法虽然能满足设计要求，但在相当多的时候，冷热水阀的共开使能量相互抵消，造成了能源的浪费。为了避免这些问题的发生，我们采用了温湿度解耦控制、串级PID控制、分程控制来满足精度要求高的洁净室恒温恒湿控制。I)、温湿度解耦策略本项目温湿度控制解耦的机理是通过对其空气处理流程分析而得出的，由于蒸汽加湿是一个等温加湿的过程，它只增加送风的绝对湿度，并不增加送风温度，因此与温度并无耦合关系，且一般只在冬季使用。加热器只能加热空气，不能增加空气的含湿量，并且当温度在露点温度以上变化时空气的含湿量并不变化。因此可以利用加热器只影响温度，而不影响绝对湿度以及露点温度以上温度与绝对湿度之间互不影响的这个特点，将控制相对湿度转化为控制绝对湿度，解除温度与相对湿度之间的耦合。升（降）温度调节加（除）湿调节热湿混合温度绝对湿度绝对湿度解耦变换相对湿度为此，引入一个中间变量，含湿量（绝对