藥廠空調(diào)自控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

【摘 要】本文根據(jù)藥廠空調(diào)特點，提出多種空調(diào)自控優(yōu)化設(shè)計。不僅滿足了藥品GMP的各項要求，而且提高了空調(diào)控制水平，保障了企業(yè)效益。

【關(guān)鍵詞】藥廠空調(diào)；自控；優(yōu)化設(shè)計

0.前言

隨著制藥廠貫徹GMP 法規(guī)意識的不斷加強和現(xiàn)代化科技的迅猛發(fā)展， 制藥行業(yè)越來越多的采用自控系統(tǒng)保障潔凈空調(diào)的正常運行。但是許多企業(yè)在設(shè)計應(yīng)用的過程中并沒有考慮藥企空調(diào)的特點而沒有對其系統(tǒng)進行量體裁衣的優(yōu)化設(shè)計，導(dǎo)致空調(diào)自控系統(tǒng)沒有很好的為空調(diào)服務(wù)。因此合理優(yōu)化的空調(diào)自控系統(tǒng)是藥廠空調(diào)實施的堅實保證，通過自動控制可提高空調(diào)質(zhì)量，嚴(yán)控制藥環(huán)境，節(jié)省能量消耗，提高勞動效率。

1.串級PID控制

藥廠空調(diào)項目中，為了使得自控系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能皆能滿足制藥環(huán)境要求，單靠簡單的PID回路控制并不能滿足需要，特別對于采用蒸汽和表冷式的空調(diào)溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言，由于本身設(shè)備的熱容量比較大、送風(fēng)管路長，如果僅采用單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)勢必產(chǎn)生滯后大，超調(diào)量大的不良后果。因此需要在項目中選用改進型PID回路控制——串級PID控制，所謂串級PID控制系統(tǒng)，是采用兩個控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對主被控變量具有更好的控制效果。這樣的控制系統(tǒng)被稱為串級控制系統(tǒng)[1]。

在藥廠空調(diào)溫控設(shè)計方面多采用這種調(diào)節(jié)方式，主要控制方法為：將送風(fēng)干擾納入副環(huán)的送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)，而主環(huán)對象的干擾通過主調(diào)節(jié)器的作用來改變副控制器的給定值，使送風(fēng)溫度的給定值按回風(fēng)溫度的變化進行調(diào)整，以減少回風(fēng)溫度的波動，以利于提高調(diào)節(jié)的質(zhì)量。[2]在這種控制方式中，副回路的對象（送風(fēng)溫度）慣性小，工作頻率高，當(dāng)干擾進入副回路的時候，副回路能夠快速調(diào)整，把干擾在影響到主參數(shù)波動之前消除掉，與單回路PID相比，干擾對于被調(diào)量的影響可以減少很多。

圖1為某藥廠空調(diào)系統(tǒng)冷凍水閥門自動調(diào)節(jié)示意圖。它是由潔凈恒溫室、溫度傳感器、執(zhí)行器、現(xiàn)場控制器（霍尼韋爾公司XL50控制器）和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。其中潔凈室室內(nèi)溫度是被調(diào)參數(shù)。潔凈恒溫室、冷凍水表冷器2個部分組成了調(diào)節(jié)對象。冷凍水副環(huán)調(diào)節(jié)設(shè)備是由現(xiàn)場控制器、送風(fēng)溫度傳感器TE2、電動執(zhí)行器TC和主閥構(gòu)成的，送風(fēng)的溫度信號由送風(fēng)溫度傳感器TE2所感知，它與現(xiàn)場控制器XL50（副調(diào)節(jié)器）的給定值進行比較，XL50輸出信號控制主閥門的開度，使送風(fēng)溫度控制在現(xiàn)場控制器所給定的范圍內(nèi)。而冷凍水主環(huán)調(diào)節(jié)設(shè)備是由XL50和回風(fēng)溫度傳感器TE1構(gòu)成的，回風(fēng)溫度傳感器TE1反饋回風(fēng)溫度用以主調(diào)節(jié)器XL50內(nèi)部調(diào)整送風(fēng)溫度的給定值，繼而影響輸出給電動執(zhí)行器TC的輸出值，使回風(fēng)溫度也在給定范圍內(nèi)。

圖2是冷凍水閥門自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)方塊圖。從方塊圖中可以看出在空調(diào)系統(tǒng)運行中，利用回風(fēng)和送風(fēng)管道溫度傳感器TE2，TE1分別檢測送、回風(fēng)溫度，并通過XL50現(xiàn)場控制器控制冷凍水雙通調(diào)節(jié)閥門執(zhí)行器TC，以實現(xiàn)串級控制，使得回風(fēng)溫度能穩(wěn)定在事先設(shè)定的給定值上。

2.選擇控制

在藥廠空調(diào)自控項目設(shè)計中，經(jīng)常用到選擇控制方式，選擇控制是通過選擇控制器對需要控制的參數(shù)進行邏輯判斷選擇。具體運用于箱體表冷器對于降溫和除濕這兩種參數(shù)的影響：由于某種原因使得潔凈室溫度下降，控制器的輸出信號增加，使得冷凍水閥門關(guān)小，以減少進入表冷器里面的冷凍水水量，從而使?jié)崈羰覂?nèi)的溫度升高。同時，由于表冷器內(nèi)冷凍水量的減少導(dǎo)致其對空氣除濕能力的下降，使得潔凈室內(nèi)的空氣濕度增加。這種情況下，溫度和濕度兩個控制輸出信號均要求冷凍水閥門執(zhí)行器動作，此時控制器就需要根據(jù)實際情況和控制要求，設(shè)計選擇控制——MIN選擇器，讓它選擇相對低信號，即偏差較大者。如果濕度輸出信號低于溫度輸出信號，則通過MIN選擇器選擇冷水閥暫時接收濕度的輸出信號，并進行調(diào)節(jié)，使?jié)穸茸兓呌诮o定值。這樣就能夠同時滿足對具有相互影響的溫濕度的調(diào)節(jié)精度。

3.補償調(diào)節(jié)控制

藥廠空調(diào)系統(tǒng)通常采用回風(fēng)再利用方式，但是也有部分區(qū)域不能采用這種再利用系統(tǒng)，比如動物房潔凈區(qū)域，原因在于這類區(qū)域內(nèi)部的空氣質(zhì)量干擾較大，如動物的糞便、毛發(fā)等?；仫L(fēng)不能夠和新風(fēng)混合后再進入空調(diào)箱體為潔凈區(qū)域送風(fēng)，而是采用全排風(fēng)系統(tǒng)，系統(tǒng)供給的空氣只有新風(fēng)一項。

在這種全排風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，如果僅采用反饋調(diào)節(jié)控制的話，因為偏差時間的存在，在被調(diào)量偏離其給定值之前，反饋調(diào)節(jié)根本無法將干擾克服，會引起調(diào)節(jié)不及時的后果，影響控制質(zhì)量。設(shè)計采用補償調(diào)節(jié)控制方法將有效解決此類問題。圖3為某藥廠動物房空調(diào)系統(tǒng)溫度補償調(diào)節(jié)控制圖。當(dāng)發(fā)生室外新風(fēng)溫度的干擾時，送風(fēng)溫度就會有偏差，因為引入補償調(diào)節(jié)控制，就不用等到新風(fēng)溫度變化反應(yīng)到送風(fēng)溫度后再去控制，而是可以根據(jù)新風(fēng)溫度的變化立即就對閥門執(zhí)行器進行控制，甚至可以在送風(fēng)溫度還沒有變化前就及時將新風(fēng)溫度的干擾補償?shù)簟?/p>

4.結(jié)束語

總而言之，藥廠凈化空調(diào)系統(tǒng)與普通空調(diào)系統(tǒng)具有較大的差異，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況結(jié)合自身特點，采用合適的控制方式優(yōu)化自控系統(tǒng)，保證凈化車間滿足GMP各項要求，保障藥品生產(chǎn)安全可靠。

【參考文獻】

[1]李宗文.PLC在溫度串級PID控制的應(yīng)用[J].硅谷，2012，（6）：120-121.

[2]李金川.空調(diào)運行管理手冊：原理、結(jié)構(gòu)、安裝、維修[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2000.