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​高精度工艺空调系统自动控制

业主卡 2019-09-12 66人围观 ,发现0个评论

高精度工艺空调系统自动控制

生物、制药、医疗、化工、纺织、电子、精密加工、精密仪器仪表和科研试验等领域都用到高精度工艺空调系统。

高精度工艺空调系统属于工业生产和工艺装备的范畴,严格来讲不属于楼宇自动化的控制范围。但这些系统的用户也习惯于选择楼宇自动化工程公司承担高精度工艺空调控制系统的承建工作。

不同行业的高精度工艺空调系统的参数要求虽然有所不同,但共同的特点是对温度、湿度、洁净度、风压/风速等参数要求很高。例如在某一精密仪表车间,对温度的精度要求达到士0.5℃,专用工作间的精度要求甚至达到士0.2℃,相对湿度要求精度士5%;在某一涤纶车间对送风压力的精度要求为士10Pa,否则生产无法正常进行。这些问题与楼宇自动化中所遇到的一般空调控制情况完全不同,无论是空调工艺,还是对传感器、控制器的精度要求都有很大差别。楼宇自动化系统中的传感器、控制器一般无法满足这类系统的控制要求。为了满足工艺要求和控制精度的特殊要求,在高精度工艺空调的控制系统中必须选用高精度的工业用传感器、控制器、调节阀等检测与控制装置。

下面通过一个实例说明高精度工艺空调系统的控制原理与设计方法。

1.工艺要求

某工艺空调机组对参数的控制精度要求如下:>空调区域的温度:(20士0.5)℃。>空调区域相对湿度:(60±5)%。

》通过三级(初效、中效、高效)过滤网保证空调区域空气洁净度。

空调机组的组成与监控原理如图3.19所示。

图3.19高精度空调控制原理图

图3.19高精度空调控制原理图

2.高精度工艺空调系统运行参数与状态监控点/位及常用传感器

>新风温度测量:取自安装在新风口上的温度传感器,采用风管空气温度传感器。>新风湿度测量:取自安装在新风口上的湿度传感器,采用风管空气湿度传感器。>过滤网两侧差压监测:取自安装在过滤网上的压差开关输出,采用压差开关监测过滤网两侧压差。

>表冷器出风侧送风露点温度测量:取自安装在送风管上的露点温度传感器,采用风管露点温度传感器。

>送风温度测量:取自安装在送风管上的温度传感器,采用风管温度传感器。

>送风湿度测量:取自安装在送风管上的湿度传感器,采用风管空气湿度传感器。>送风压力检测:取自安装在送风管出口空气压力传感器,采用风管式空气压力传感器。

>回风压力检测:取自安装在回风管出口空气压力传感器,采用风管式空气压力传感

>送风风速检测:取自送风管上的风速传感器,采用风管式风速传感器。

>空气质量检测:取自安装在回风管上的空气质量传感器,常选用二氧化碳(CO2)传感器。

>空调区域温度检测:取自安装在空调区域的温度传感器,采用室内温度传感器。

>湿度检测:取自安装在空调区域的湿度传感器,采用室内湿度传感器。

>空调区域空气压力检测:取自安装在空调区域空气压力传感器,采用室内空气压力传感器。

>防冻开关状态监测:取自安装在送风管表冷器出风侧的防冻开关输出(只在冬天气温低于0℃的北方地区使用)。

>冷水阀门开度调节:从DDC模拟输出口(AO)输出到冷水二通调节阀阀门驱动器控制输入口。

>电加热器发热量控制(电流/脉宽调节):从DDC模拟输出口(AO)输出到电加热器功率控制口。

>热水/蒸汽阀门开度调节:从DDC模拟输出口(AO)输出到热水/蒸汽二通调节阀阀门驱动器控制输入口。

>加湿阀门开度调节:从DDC模拟输出口(AO)输出到加湿二通调节阀阀门驱动器控制输入口。

>送/回风机运行状态监测:送/回风机配电柜接触器辅助触点,也可通过监测点在风机前后的差压开关监测。

>电加热器工作状态检测:电加热器控制器状态输出口。

>送/回风机故障监测:送/回风机配电柜热机电继电器辅助触点。

>送/回风机启/停控制:从DDC数字输出口(DO)输出到送/回风机配电箱接触器控制回路。

>送/回风机电机转速控制:从DDC模拟输出口(AO)输出到送/回风机电机变频器控制口。

》新风口风门开度控制:从DDC数字输出口(DO)输出到新风口风门驱动器控制输入点。

>回风/排风风门开度控制:从DDC数字输出口(DO)输出到回风/排风风门驱动器控制输入点。

3.系统的连锁控制

电气连锁:新风风门、回风风门与送风风机连锁,排风风门与排风风机连锁;风机停机连锁切断加湿器电源。

空调机组启动顺序控制:新风风门开启一回风风门启动一送风机启动一排风风门开启→

回风机启动→空调冷冻水/热水调节阀开启→(加湿器启动)加湿阀开启。

空调机组停机顺序控制:(加湿器停机)加湿阀关闭→空调冷冻水/热水调节阀关闭一停回风机一排风风门关闭一送风机停机一新风门、排风门关闭、回风门停机。

4.工艺空调系统的运行控制

(1)湿度控制

这里的湿度控制精度要求严格,不但能加湿,还要能除湿,只有这样才能将空调区域的相对湿度控制在工艺要求的精度范围。

当新风和回风相对湿度低于60%时,需要对送风加湿以满足湿度要求。控制系统通过露点温度传感器的测量值,计算出加湿量,对加湿阀门(或加湿器)的开度进行控制,实现对空调区域空气相对湿度的控制;当新风和回风相对湿度高于60%时,控制系统根据空气温度为(2010.5)℃,空气相对湿度为60%时对应的露点温度,控制表冷器的冷冻水阀门开度,将空气温度降低到对应露点温度,使空气中多余的水汽凝结为冷凝水析出,再通过加热将送风温度升高到20℃,这样就将高于60%的相对湿度调节到60%的相对湿度。

(2)温度控制

由于工艺过程对空气温度控制精度要求高,在本系统中通过二级加热实现对温度的精确控制。通过表冷器和加热盘管将新风与回风混合空气的温度控制在18℃~19℃之间,再通过电加热器将送风温度精确控制在(20±0.5)C精度范围内。在高精度工艺空调的温度控制中,简单的控制规律和算法无法满足要求。为了提高控制精度,经常需要采用前馈、串级等复杂的控制规律和算法,以提高控制质量。

(3)室内压力与送回风压力(压差)控制

控制系统通过对空调区域(房间)压力传感器、送/回风压力传感器的检测值、空调区域气压与室外气压之间的压差(正值)要求、空调区域空气流速的要求等参数的计算分析,得出送/回风机转速值,通过对风机转速的调节,将空调区域(房间)的气压(保证与室外气压间的压差)、空气流速控制在工艺要求的精度范围内。

(4)空气质量控制

为保证空调房间的空气质量,选用空气质量传感器,当回风中的CO2、CO浓度升高时,传感器输出信号到控制系统,输出相应的控制信号,控制新风风门开度增加新风量,保证室内空气质量。

(5)过滤器差压报警、机组防冻保护

采用压差开关测量过滤器两端差压,当差压超限时,压差开关报警,表明过滤网两侧压差过大,过滤网积灰积尘、堵塞严重,需要清理、清洗。

采用防霜冻开关监测表冷器出风侧温度,当温度低于5C时报警,表明室外温度过低,应关闭风门,同时关闭风机,使换热器温度不再降低。风门应有良好的气密性,同时要有良

好的保温性以阻止与室外冷空气的传热。

(6)空调机组的定时运行与设备的远程控制

控制系统能够依据预定的运行时间表,实现空调机组的按时启停;中央监控系统应有对工艺空调系统的设备进行远程开/关操作的功能。也就是说,在控制中心能实现对空调机组现场设备的远程控制。

(7)工作方式转换

控制系统能够适应工艺流程的转换对工艺空调系统控制功能的要求。如定期或不定期地对空调区域进行消毒、灭菌的处理过程,与正常生产时的工艺空调系统控制功能是完全不同的工艺流程,控制系统要能够方便地实现相关的控制流程转换。

表3.8是工艺空调系统监测、控制点配置表。

表3.8工艺空调系统监测、控制点配置表

表3.8工艺空调系统监测、控制点配置表

设计与设备选型时应该根据实际情况,统计出设备数量,作为控制系统设计的基本依据。高精度工艺空调系统的参数精度要求很高,控制系统的功能比较复杂。一般楼宇自动化中常用的传感器的精度、执行机构的操作精度、控制器的字长不能满足工艺空调控制的要求。通常在工艺空调控制系统中选用工业级的高精度传感器和控制器,硬件要满足检测、控制的精度要求;另一方面,在楼宇自动化中采用的常规控制规律和算法也不能满足高精度工艺空调系统的控制要求,因此,在高精度工艺空调的控制系统软件设计时,必须采用比较复杂的控制规律和先进的控制算法,以达到高质量的控制效果,满足工艺要求。此外,对这类空调系统结构和工艺比较深刻的理解、与空调系统设计人员进行深入沟通,对控制系统的设计和优化都是非常重要的。

除了高精度工艺空调以外,在工农业生产和科研工作中还有低温、低压等特种空调系统。

这些空调系统的冷源介质可能具有腐蚀性(如盐水、氨水),环境中有有害气体等,因此,在选用传感器、控制器、执行器等设备时,在耐腐蚀性、温度范围以及对环境条件的要求等方面需作全面考虑,以免失误造成损失和工程延误。


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