XXX 制药厂空调自控方案

一、概述：

根据工艺及暖通专业设计，本工程净化空调系统设计如下：

空调概况：塑瓶输液车间设有净化空调送风机组、对应的消毒排风机、自循环空调机组、新风空调机组、洁净区排风机。

二、设计依据：

结构、建筑、工艺、暖通、给排水、电气等相关专业提供的图纸、资料及要求；

《药品生产质量管理规范》    2010年修订版

《医药工业洁净厂房设计规范》 GB50457-2008

《洁净厂房设计规范》     GB50073-2013

《洁净室施工及验收规范》    GB50591-2010

《民用建筑电气设计规范》    JGJ/T16-2008

《自动化仪表工程施工及质量验收规范》   GB50093-2013

《综合布线系统工程设计规范》    GB50311-2007

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》    GB50736-2012

《采暖通风与空气调节设计规范》  GB50019-2012

《通风与空调工程施工质量验收规范》     GB50243-2002

《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》     GB50274-2010

《机械设备安装工程施工及验收通用规范》    GB50231-2009

《工业设备及管道绝热工程设计规范》     GB50264-97

《工业设备及管道绝热工程施工规范》     GB50126-2008

《建筑设计防火规范》     GB50016-2006

《火灾自动报警系统设计规范》    GB50116-2013

其他相关的国家及部颁设计规范及地方标准。

三、基本监控要求:

1 、净化空调系统每套空调机组均要求温湿度及洁净区压差控制，房间内对应的自循环风机要求温度控制，吹瓶室新风空调机组要求吹瓶室温湿度及压差控制。空调送风机总送风量均为变频控制，工作时间保持送风量恒定，夜间风机进入值班状态。

2 、控制参数：根据工艺及暖通设计要求，净化空调系统 JK1～4 控制房间温度 为 20～26℃、相对湿度45%～65%RH、房间正压梯度控制。

四、控制系统及仪表选型：

1 、控制系统应具有较高的先进性，符合 GMP 认证标准，技术上不低于同行业现应用设备技术水平，且3～5年不落后。设计上使用由中央管理站、通讯系统、可编程控制器(PLC)及二次仪表构成的 DCS 厂房环境设备分布式控制系统。

现场控制系统推荐采用柏斯顿公司厂房环境设备控制分系统（IBS-5000）。该系统产品在北京同仁堂制药厂（1～5 期）、天津达仁堂制药厂、沈阳东北制药总厂（1～2 期）、北京北大维信制药厂、北京京精医疗、贵州仙灵制药厂、四川美大康药业、四川国嘉制药、四川川投药业有限责任公司（成都）、四川制药有限责任公司（成都）、 四川川力制药有限责任公司（成都）、重庆信谊东方制药厂（重庆）、湖南嘉彩药业、湖南百草药业、江西江中制药、河南金域胶囊厂、山西安生胶囊厂、石家庄中润药业（一期、二期）等四十余家药厂或相关行业中应用，效果良好。硬件可靠，并配有成熟的净化空调控制组态软件。

2 、为了满足甲方系统高性能价格比要求，本着安全、可靠、先进、实用的原则， 本系统现场检测设备（室内温湿度传感器、新风、送风温度传感器等）、其它二次仪表（微差压变送器）及执行设备（电动水阀、蒸汽阀、电动风阀执行器等）选用与美国 BESTON 合资生产产品。

3 、可编程控制器（PLC）及显示功能：

本工程共选用6台 PLC 控制器，PLC1 控制JK1系统，PLC2控制XF1及 XF2 系统，PLC3控制JK2 系统，PLC4 控制JK3系统，PLC5控制 XH1、XH2 及 XH3 系统，PLC6 控制 JK4系统及SK3、SK4 系统。每套系统均由 1台独立的 PLC 控制仪表柜控制。

柏斯顿公司系列控制器是为厂房净化及工艺空调控制专门设计的多功能可编程 控制器。其具有I/O 功能点多且可方便的扩充，软件组态灵活等特点。既可与液晶显示操作面板（文本显示器）连接，也可以触摸屏相连，液晶显示面板具有大屏幕液晶中文显示器及软手动操作键，非常方便用户进行现场操作。每台控制器均可在脱离主站的情况下独立完成空调系统的全部监测与控制功能，达到监控方面的全部 设计指标要求。本工程因现场有中央站操作，因此每台仪表箱配显示屏有些浪费， 为便于现场调试与维护，配一台触摸屏，做为现场手操器，实时显示各仪表箱数据。

4 、通讯功能：XX公司厂房环境设备控制分系统的中央管理站通讯系统采用与国际产品接轨的RS-485通讯接口及 MODBUS通讯协议，有效通讯距离1.2kM。通讯线上可直接挂接SIEMENS、ABB 等公司产品设备。

5 、中央管理软件采用 WINXP、2000、NT下的实时多任务操作系统。全中文界面。高中以上学历的运行人员，经简单培训即可熟练掌握。

6 、为保证系统具有高度的可靠性，在多种意外情况发生时系统仍能正常工作， 本公司系统产品设计有三级手动功能。第一级为面板软手动操作，在自动控制功能达不到要求时，可在触摸屏面板上直接控制风机启停及调节冷热水阀开度；第二级为仪表柜手动操作，可在仪表柜处利用调节旋钮分别调节阀门开度或操作风机、水泵等设备启停；第三级为现场级手动操作，可在现场安装的电动阀门上使用手柄直接调节阀门开度。充分的保证了用户的使用要求。

7 、每台空调系统动力柜旁各配有一台仪表柜，分别安置于空调机房机组旁。可 编程控制器及相应接口电路安装在控制柜上，实现就地控制。柜上设有冷水阀、加热阀、加湿阀的手/自动转换开关，放在手动位置，可以由操作人员手动调节现场设备开度；放到自动位置，则能实现全自动连续运行，根据设定值自动调节控制点温度、湿度，不需要人为干预。每台机柜盘面布置完全一致。风机的手自动转换开关及启停按钮安装于各自动力柜的盘面上，便于现场人员紧急操作。

五、净化空调系统控制净化空调系统，该空调控制的范围是洁净走廊、注塑室、称量室、外消缓冲室、粒料暂存及上料室及其他辅助房间。

1 、监控点内容：

（1）新风温度、送风风速监测；

（2）露点温度、送风温度、送风压差监测与控制；

（3）空调初、中效过滤器堵塞状态监测；

（4）洁净走廊高效过滤器堵塞压差监测；

（5）洁净走廊及各房间温湿度及压差监测与控制；

（6）系统手/自动状态、火警状态、送回风防火阀状态、故障报警监测；

（7）系统消毒状态监测与启停控制；

（8）空调送风机启停控制及状态监测；

（9）空调送风机变频器频率监测与控制；

（10）XP消毒排风机启停控制及状态监测；

（11）XP消毒排风机变频器频率监测与控制；

（12）新风、回风电动阀开度调节；

（13）冷水阀的阀位开度控制；

（14）蒸汽加热阀的阀位开度控制；

（15）蒸汽加湿阀的阀位开度控制；

（16）JP排风机的运行状态监测；

（17）JP排风机启停控制;

（18）外消缓冲室排风机启停控制；

（19）外消缓冲室物料消毒监测与控制；

（20）外消缓冲室房间压差监测与控制；

（21）外消缓冲室送风电动阀开度调节;

（22）物料消毒信号、完成信号监测及启停控制;

2 、控制措施：

（1）系统温度控制：根据系统特点，选择洁净走廊的温度为控制点，该点不受房间设备启停的影响，但能体现空调大环境变化的温度，满足大多数房间的温度要求。根据控制点温度、设定控制的目标温度，控制冷水阀、蒸汽加热阀开度。

（2）系统湿度控制

选择走廊湿度为控制点。根据控制点的湿度、设定控制的目标湿度，控制冷水阀、蒸汽加湿阀的开度。

（3）房间正压控制：各房间安装有常规的指针式压力表，指示房间与洁净走廊的压差。选择洁净走廊正压，各房间的正压也就可以方便的控制了。由洁净走廊正压及设定正压控制新风阀的开度。在消毒排风时，房间正压由回风阀控制。

（4）风量控制：由送风管上的送风压差传感器控制送风机频率。

（5）洁净区排风机控制：与主空调送风机联锁，同时启停。当系统消毒时，所有排风机均停止。称量和称炭两台排风机不得同时运行。

（6）外消缓冲室排风机控制

（a）外消缓冲室是一个物料消毒的房间，设有排风机（手/自动控制）、送风 电动调节阀（自控控制）、回风电动阀（电气控制）、排风电动阀（电气控制）。

（b）流程如下：正常运行→物料消毒→消毒稀释→正常运行。

（c）“正常运行”时，送风电动阀、回风电动阀打开，排风电动阀关闭，排 风机停止运行。

（d）“物料消毒”时，回风电动阀、排风电动阀关闭，排风机停止运行，根 据房间正压关小送风电动阀，消毒器运行。消毒时间由自控设定。

（e）消毒时间到后，进入“消毒稀释”，关闭回风电动阀，送风电动阀、排 风电动阀打开，启动排风机。稀释时间由自控设定。稀释完成后，停止排风机，进入“正常运行”状态。

六、新风净化空调系统控制:

新风净化空调系统，该空调控制的范围是吹瓶室。

1 、监控点内容：

（1） 新风温度、送风风速监测；

（2） 露点温度、送风温度、送风压差监测与控制；

（3） 空调初、中、高中、高效过滤器堵塞压差监测；

（4） 吹瓶室房间温湿度及压差监测与控制；

（5） 系统手/自动状态、故障报警监测；

（6） 送风机启停控制及状态监测；

（7） 送风机变频器频率监测与控制；

（8） 新风电动阀开度调节；

（9） 冷水阀的阀位开度控制；

（10）蒸汽加热阀的阀位开度控制；

（11）蒸汽加湿阀的阀位开度控制；

（12）JP系列排风机的运行状态监测。

2 、控制措施：

（1）系统温度控制：根据系统特点，选择吹瓶室的温度为控制点。根据控制点温度、设定控制的目标温度，控制冷水阀、蒸汽加热阀开度。

（2）系统湿度控制：根据系统特点，选择吹瓶室的湿度为控制点。根据控制点湿度、设定控制的目标湿度，控制冷水阀、蒸汽加湿阀开度。

（3）房间正压控制：根据吹瓶室正压及设定正压控制新风阀的开度。在消毒排风时，新风电动阀关闭。房间正压在满足绝对正压的同时亦必须满足对洁净走廊的相对正压。

（4）风量控制：由送风管上的送风压差传感器控制送风机频率。

（5）吹瓶排风机控制由吹瓶机自身控制启停。

七、内循环净化空调系统控制：

内循环净化空调系统，该空调控制的范围是房间内温度。

1 、监控点内容：

（1）空调中效过滤器堵塞压差监测；

（3）房间温湿度监测与控制；

（4）故障报警监测；

（5）空调送风机状态监测；

（6）空调送风机变频器频率监测与控制；

（7）冷水阀的阀位开度控制；

2 、控制措施：

（1）系统温度控制：根据系统特点，选择室内的温度为控制点。根据控制点温度、设定控制的目标温度，控制冷水阀开度。

（2）风量控制：送风机设最低运行频率，根据需要，通过风机变频器控制送风机运行频率。

八、空调控制过程：

1 、空调系统运行状态划分：空调系统分为五种运行状态，分别为“工作运行”、“系统消毒”、“消毒稀释”、“过渡季节”和“值班运行”。

2、自动开机过程

按下“运行”键，PLC 自动将表冷阀（夏季）、加热阀（冬季）预置一定开度，并将新风阀预置一定开度，延时 30 秒后自动启动风机。

3 、自动调节过程

（1）工况转换：根据净化空调特点、地区气候及设计单位的工况分区要求，本系统只设冬、夏季两种工况。通过中央站直接设定工况转换或根据混风（新风）温度自动判定工况。鉴于以上控制过程在对于夏冬季工作状态的切换在风温（混风）温度波动在12.5℃时过于频繁，可根据工艺要求设置温度回滞带例如2℃或由人工通过电脑设置夏冬季之工作状态。其控制过程的判断和控制回路的调节依旧通过实际物理量进行优化。

（2）变频及房间正压控制：

根据测得的送风压力与设定值的比较调节送风机的变频输出，使总送风管的送

风量恒定在设计风量，值班时送风量为设计风量的 1/3。新风阀预置一定开度，根据控制点正压及设定正压调节新风阀的开度，正压过小时，新风阀开度加大；正压 过大时，新风阀开度减小。

（3）温湿度控制：

夏季：采用定露点结合变露点的控制来实现房间温湿度的控制。在室内负荷中

显热负荷变化，湿负荷变化不大时，一般可用固定露点，调节再热量的方法实现。室内湿负荷变化不大时，则需要用改变露点，调节再热量的方法来满足室内要求。车间空调机组要求在夏季运行时控制温度为 23±3℃，相对湿度为 45～65%RH；冬季运行时控制温度为 23±3℃，相对湿度为 55±10%RH。所以，当夏季温度为 23℃，波动范围±3℃，湿度 55%RH，波动范围±10%RH时，可以得到此时的露点温度为15.77℃，波动范围约±3.2℃，当冬季温度为 23℃，波动范围±3℃，湿度55%RH，波动范围±10%RH时，可以得到此时的露点温度为 9.28℃，波动范围约±3.3℃。（采用定露点温度，根据温度的设定范围可以查表得出露点温度值）。冷冻水进水温度7℃，回水温度12℃。由此，我们为节省能源设定当室外温度大于 12.5℃时，系统运行在夏季状态，当室外温度小于12.5℃时，系统自动切换到冬季状态或由手工设定。当新风温度（或混风温度）＞12.5℃时，如果此时进风露点＞18.97℃，那么首先调节一次冷水盘管，使表冷出风温度稳定在15.77℃，此刻时表冷出风湿度为100%RH，再通过再热盘管调整风温，当其达到 23℃时，送风温湿度分别为 23℃、55%RH。室内温度的串扰通过再热盘管调整，湿度的串扰通过改变露点由一次冷盘管调节。当新风温度（或混风温度）＞12.5℃时，如果此时进风露点＜12.57℃。当风温＞23℃，那么首先调节一次冷水盘管，使表冷出风温度稳定在23℃，此时表冷出风湿度＜55%RH，在通过蒸汽加湿调整湿度至55%RH。室内温度的串扰通过一次冷盘管调整；当风温＜23℃，那么只调节再热盘管，控制温度在23℃，再通过蒸汽加湿 来保证湿度。当新风温度（或混风温度）＞12.5℃时，如果此时 18.97℃>进风露点＞12.57℃，那么关闭加湿阀组，以湿度优先原则进行控制。露点以 15.77℃为基准，温度以 23℃为基准。露点每比15.77提高一度，控制温度至比23 高一度即 24℃。露点每比15.77少一度，控制温度比23 少一度即 22℃。

冬季：当风温（混风温度）＜12.5℃时，如果此时 12.57℃＞露点＞5.98℃，那么关闭加湿阀组，以湿度优先原则进行控制。露点以9.28℃为基准，温度以 23℃为基准。露点每比9.28 提高一度，控制温度比23高一度即 24℃。露点每比 9.28 少一度，控制温度比 23少一度即 22℃。当风温（混风温度）＜12.5℃时，如果此时露点＜5.98℃,通过再热盘管调整温度为 23℃。调整加湿阀使其湿度符合标准。

4 、自动关机过程

收到关机命令后，自动关闭加热阀、加湿阀、表冷阀，延时30秒后关闭送风机，同时关闭新风阀。

5 、对大惯性系统控制对象的解决方案：

当控制对象为大惯性系统时，控制参数往往不能按设计时间达到目标值。排除设计不配套的因素，在确认控制比例带合适的前提下，通过精调 PID 参数，往往就能达到较好的效果。

九、灌装室 FFU 状态监控：

灌装室设有FFU组群。在灌装室设1台触摸屏，通过专业的软件编程及调试， 能在中央管理站（上位机）及灌装室触摸屏上直观地监测与控制 FFU，包括 FFU 启停控制、运行状态、故障报警、转速档位调节等。

十、中控室（中央管理站）功能：

中央管理站可放置于网络分布所达到的任何一点。一般放置在控制室内。中央 管理站可集中显示洁净室内、空调风道新风、送风、回风口的温度、湿度、压差等所有测控量以及阀门开度等所有重要信息。中央管理站可连续记录温度、相对湿度、压差等重要参数，并保留其数据不少于壹个月。以上记录可以曲线图、趋势图、数据表等各种方式显示及打印。

系统实行“集中管理、分散控制”的分布式系统结构。中央管理站除上述功能，还可实现对指定PLC的开机、关机、修改设定参数（多级密码准入）功能。但全部控制过程均可在PLC级完成。中央站故障或通讯故障不影响现场控制功能。

时间控制：机组的启/停控制可按预定的工作时间表及节假日休息时间表自动完成。时间表的设定可在中央管理站完成。

中央管理站预留有以太网接口，可方便用户连接其他管理系统。

十一、自动控制系统细化方案：

( 一) 要点：

1  压力控制：

各房间压力梯度控制。以洁净走廊为基准，洁净走廊保证对非洁净区25Pa 正压。浓配相对走廊负压，稀配室只需相对走廊正压控制，注塑间相对走廊保持正压，吹瓶相对注塑间正压控制。灌装间相对其他所有房间最高正压控制。（不同现场因房间位置不同，相对要求也不一样，请参照甲方设计图纸。）

2   工况划分：

大系统工况分为三种：正常工况、消毒内循环工况（臭氧消毒）、消毒稀释工况（消毒排风）。这三种工况针对 JK1~JK4 同时切换，切换方式为上位机软手动设定。设定到某种工况后，4 台空调同时进入相对应的工况。

( 二) 细化方案

1 各工况空调机组运行状态：

正常工况：新风阀开，回风阀全开，送风机启动，消毒排风停止；消毒内循环工况：新风阀全关，回风阀全开，送风机启动，消毒排风停止；消毒稀释工况：新风全开，回风全关，送风机启动，消毒排风机启动；

2 状态转换：当控制器接受到消毒状态信号时，进入消毒状态，当消毒时间达 到消毒时间设定时，进入消毒稀释状态，当消毒稀释时间达到消毒稀释时间设定时，回复到正常工况。或者直接通过中央站手动设置。

( 三) 控制流程

1  开机过程：按照不同的系统工况的要求，打开新风回风阀门，根据冬夏季不同情况在开机过程中打开30%冷水阀或热水阀进行预处理。延时30秒后，打开送风机并按照设定值确定送风机频率。如果系统处于消毒排风工况状态下，在检测到送风机正常运行状态之后，按照设定频率打开消毒排风机。

2  自动控制过程：检测到进入自动控制阶段。系统采用定露点控制温湿度，根据露点温度及其设定值对冷水阀进行PID 控制。根据室内温度及其设定对热水阀进行 PID 控制调节室内温度。根据室内湿度及其设定对加湿阀进行 PID 控制调节室内湿度。送风机变频调节送风压力，使其稳定在设定值范围。当系统运行环境发生变化（比如：室内全排小风机开启、过滤器不通畅等情况）造成送风压力在送风机变频器上限工作仍不能达到要求时，通过调节新风阀，保证风量补偿值，以达到送风压力平衡。对新风阀最大开度最小开度在程序中进行设定，使自动控制风阀的时候开度不超过限定值。

针对JK-2 吹瓶间压力控制：当吹瓶排风机开时：回风开40%，送风机变频控制送风压力，根据室内的压力对新风阀进行调节（新风阀开度控制在20%~60%）。当吹瓶排风机关时，回风开100%，变频控制送风压力，当变频调节未达到上限时，新风阀按照设定值打开；当变频达到上限时，根据送风压力调节新风阀开度（新风阀开度控制在 20%~40%）。

预加热控制：根据预加热后温度对预加热阀进行 PID 控制调节，保证预加热后温度稳定在设定值。

3 关机过程：

关闭排风机，关闭冷水阀加热阀加湿阀。延时30秒后停止送风机并且关闭新风阀门。