蒸汽控制器根据房间的标准换气次数
蒸汽控制器除冷冻水的流量和温度由操作人员人工调节(根据远程监视器显示的系统参数调节冷冻机冷量和冷冻水开度)外,其余参数的采集、逻辑判断、数值计算和执行器动作均为自动实施. 但是, 由于此系统的控制对象较多, 且各对象的控制精度要求较高,各控制因子的耦合性很强, 所以控制模型比较复杂. 加之各参数的波动很大, 不易稳定.故采用一般的控制算法容易使系统产生很大的波动,甚至偏差. 但复杂的算法又使得系统的开发、调试和维护的难度以及工作量大大增加. 故作者在设计中使用了PLC 内部集成的模糊PID 算法函数为控制函数, 对PLC 控制范围的上下限做了限制, 在此范围内仍以PID 算法控制, 一旦控制值超出阈值, 则停在阈值限上,这样大大提高了控制精度和稳定性. 各风阀的上下限阈值均通过在标准运行工况下的测试得到.
蒸汽控制器现以夏季运行工况下某房间的送回风阀上、下限阈值的设定方法为例.
a. 根据房间的标准换气次数, 测量得到对应的回风阀开度, 以此为回风阀的下限阈值Rl,ex(因为房间为负压, 应以回风阀下限为准;如为正压,则应设定送风阀下限), 从而保证房间的最小换气次数;
b. 根据房间设定温度的精度范围设定送风阀的上、下限阈值Sh,t 和Sl,t, 使得在标准送风温度的情况下, 房间温度不会超出GMP 规定的温度范围;
c. 蒸汽控制器根据送风量最小时的最不利情况, 即送风阀处于最小阀位Sl, t 时, 设定回风阀上限阈值Rh,p,使房间在最不利情况下的负压压差小于10 Pa;
d. 根据回风阀的阀位阈值 Rh,p 和Rl,ex, 重新设定送风阀的上下限阀位Sh,p 和Sl,p,使得在回风阀处于最不利情况时, 即回风阀开度为上限或下限阈值时,房间能够保持最低负压压差5 Pa 的压差下限.
于是可以确定, 送风阀的上限阈值Sh=min{Sh, t, Sh,p},下限阈值Sl = max{Sl, t, Sl,p}; 回风阀的上限阈值Rh=Rh,p,下限阈值Rl= Rl,ex.冬季的情况与夏季大致相同, 冬季运行时,只需操作人员在触摸屏上设置季节切换, PID 计算的控制函数将改变为负逻辑, 这样就顺利地完成了季节更替的运行. 在过渡季节, 通过适当调整冷冻水和蒸汽阀, 同样可以使得各控制参数在设定范围内达到用户的要求.
蒸汽控制器本系统在节能方面也采取了一些措施. 生产过程中有些房间的使用是间断性或季节性的, 有些房间是作为临时存储地点而无操作人员驻留的,这些房间及其他夜间不生产的房间(该车间不是三班制, 每天工作时间为16 h)需维持洁净状态和保持湿度, 其要求低于生产时的工况(房间换气次数可减少到只要维持状态要求). 作者在编制程序中预设多种工作模式组合. 操作人员可随时将某房间设置为非占用, 下班以后将整个系统设为夜间模式,使风机、风阀和蒸汽阀等均处于低能耗的工作状态. 使用这种做法大大降低了系统的运行费用,提高了系统运行的节能性.
蒸汽控制器 触摸屏通过RS485总线与PLC通讯,可以实时调整系统的工作模式、季节切换、送风参数、各房间的状态参数设定值和风阀运行的上下限值等.
PLC 的专用通讯模块通过RS232串口通讯与工业控制计算机连接, 连续地将当前的各采样值以及系统运行参数发送到计算机上. 计算机中实时运行的上位机软件对数据进行处理和分析, 并保存在数据库中.
利用工厂内部的局域网, 生产、质量、动力以及管理部门可以实时地得到现场的数据, 进而作出分析和决策.
4 运行效果
4.1 室内环境的保持
工程完成以后运行至今已超过 12 个月, 时间跨越夏季和冬季. 室内环境完全达到用户的要求,符合“药品生产质量管理条例”标准. 且系统软硬件的运行均十分稳定, 除在运行期间对一些控制参数微调以外, 无故障和波动等异常情况. 由于采取了多工作模式组合和变风量的控制方式, 整个空调系统的运行费用也大大降低, 节能超过30%.
以夏季工况下某生产主操作区的房间为例.作出房间的温度、湿度和房间-过渡区的负压差等控制参数随时间变化的曲线, 以及空调系统送风机变频器的日工作时间曲线.
是某主要生产区的温度时间曲线图. 在洁净空调系统中, 由于室内洁净度所要求的换气次数远大于由热负荷所要求的换气次数, 因此, 白天工作时, 当空气经过表冷器去湿后必须用蒸汽加热到一定的送风温度以防止室内的温度过冷超调. 在夜间22 点和第二天早上8 点之前该车间不生产, 所以在这段时间内系统处于最小能耗状态,室内的热负荷较小, 这种情况仍然处于PLC 控制阈值的范围内. 从图中亦可看出, 室内温度较好地与设定温度相符合. 从该车间一天的温度曲线来看, 温度比较平稳, 与设定值的误差在5%以下,完全符合该洁净空调系统的温度控制要求.
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