2019年6月30日  星期日
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某衛星基地衛星整流罩恒溫恒濕空調自控系統

引言:某衛星發射中心xxx建筑衛星整流罩恒溫恒濕空調系統由重慶太和空調自控有限公司二次設計,并完成暖通、自控系統成套、安裝和調試全部工作,系統采用太和公司擁有自主知識產權的控制器產品及全套的網絡和控制軟件。交付使用以來,系統運行穩定可靠,成功完成了包括嫦娥1號在內的數十次發射保障任務。本文為項目實施前的設計方案,版權歸重慶太和空調自控有限公司所有,轉貼請注明出處。

 

                            XXX建筑整流罩恒溫恒濕空調自控設計方案

一、    工程概況 
     XXX建筑物整流罩空調自控工程是某衛星發射基地重點建設項目。為了保證衛星發射工藝要求,按設計要求配置空調自控系統。本控制系統包含對1臺乙二醇溶

液冷水機組及附屬設備、2臺空調機組及1臺轉輪除濕機的自動控制。 


    1、室外氣象參數: 
     根據國家《采暖通風與空氣調節設計規范》(GBJ19-87),西昌市空調室外設計參數為:
     夏季:干球溫度29℃          濕球溫度21℃
     冬季:干球溫度-2℃           相對濕度56%
     該地區夏季極端最高溫度為33.1℃,冬季極端最低溫度為-9.5℃。


    2、設計依據
     《信息技術互連國標標準》                 (ISO/IEC  11801-95) 
     《民用建筑電氣設計規范》                 (JGJ/T16-92)
     《工業企業通信設計規范》                 (GBJ42-814)
     《電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》       (GBJ232-92) 
     《采暖通風與空氣調節設計規范》           (GBJ19-87)
     《智能建筑設計標準》                     (GB/T 50314-2000)
     《分散型控制系統設計規定》               (HG/T 20573)
     《工業自動化儀表工程施工及驗收規范》     (GBJ93-86) 
      用戶的工藝要求

    3、方案設計范圍
      本工程設計范圍為XXX建筑物整流罩空調自控系統。


    4、空調自控工藝指標:
       整流罩送風:設計干球溫度  t=X~X℃
                   設計露點溫度  t=X~X℃
                   控制精度:溫度±1℃
                   露點溫度:±1.5℃


二、    控制系統概述
    本系統由一套集散結構的上、下位計算機系統構成。空調下位機系統由1臺空調PLC控制器組成。空調PLC控制器分別完成對冷水機組、空調機及除濕機的控制、調節功

能。上位機中央操作站完成全部被控設備的數據顯示、管理、存貯、打印、報警處理,運行參數設定及修改等任務;上下位機之間靠通訊網絡連接。空調PLC控制器還通過通訊線路獲取整流罩內的溫濕度實時數據。

三、    空調自控部分
  一)簡述 
    冷水機組、空調機與除濕機設一個PLC控制器,該控制器專門為工業廠房恒溫恒濕控制系統設計,內建有大量專門的控制模型,它完成 檢測、控制、積算等實時任務;系統的控制目標為被控區域的溫、濕度及露點溫度,即恒溫、恒濕、恒露點控制,同時還必須實施防止風道凝水的控制的措施。


  二)被控設備及被監測控制點
    1、冷水機組1臺、總循環泵(冷水泵)2臺、預處理循環泵2臺、補給水泵2臺、膨脹水箱1個、空調機組2臺,轉輪除濕機1臺
       被控設備及檢測點情況見空調控制原理圖。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


    2、模擬量輸入(AI)
       空調系統空氣溫、濕度及露點測點共38個。
       各表冷器進出口水溫測點共4個。
       空調電加熱器電流檢測共12個。 
       冷水機組冷水進出口水溫測點共2個。
       冷水機組冷卻水進出口水溫測點共2個。
       水泵電機電流檢測點6個。
       風機電機電流檢測點2個。
       風機變頻器頻率檢測點2個。
       閥位檢測點17個。 
       送風風量測點1個(選件)。
       各個模擬量輸入信號可分別在控制器中進行數字濾波及在線校正,使其達到最佳精度。


    3、開關輸入(DI)
       每臺風機電機的狀態、故障、就地/遠方信號各三個,共2×3 =6個點。
       每臺水泵電機的狀態、故障、就地/遠方信號各三個,共6×3 =18個點。
       冷水機組的狀態、故障、就地/遠方信號、冷水泵運行,共4個點。
       空調機電加熱可控硅的狀態、故障,共4個點。
       風管電加熱可控硅的狀態、故障,共2個點。
       空調機電熱加濕器的狀態、故障,共2個點。
       空調機的防火閥檢測輸入信號1個。
       膨脹水箱高低水位檢測共2個。


    4、模擬輸出量(AO)
       空調系統的加熱可控硅控制、電熱加濕器控制、風機變頻器頻率控制、再生電加熱器控制、冷水三通閥、風門共24個點。


    5、開關輸出量(DO)
       各風機一個啟/停控制,共2×1=2個點。
       各水泵一個啟/停控制,共6×1=6個點。
       冷水機組一個啟/停控制,共1個點。
       冷水機組與冷水泵聯鎖,共1個點。
       再生電加熱器分級控制,共3點。
       轉輪除濕機啟/停控制,1個點。
       電磁閥控制,1個點。 
       空調系統一個火警輸出(用于基地獨立的火警檢測系統)共1個點。
       空調機電加熱器啟停控制共5個點。
       風管電加熱器啟停控制共1個點。
       塔上送風溫濕度及露點傳感器電源開關共1個點。
       塔上電動風閥電源開關共1個點。
       聲光報警共1個點。


   三)控制器選擇
       控制器選用可編程控制器(西門子/太和)。
       控制器程序可以通過上位機對其進行編寫、修改。
       控制器為了解決其它樓宇控制器在工業環境應用中出現干擾問題,在設計時特別采用了諸如DC-DC變換;輸入、輸出光隔;

 數字濾波  等抗干擾措施。


   四)空調運行參數控制
     1、溫、濕度及露點溫度檢測 
        塔上送風管設置8個溫濕度及露點傳感器,整流罩內自帶溫濕度傳感器,并能采用通訊方式傳送溫濕度實時數據給PLC控制器。新風管及送風管均設溫濕度及露點傳感器以檢測新風及送風溫濕度及露點溫度值,可用于了解新風與送風的情況及對空調機進行過熱保護及防凝水控制。在表冷器進出口設溫度檢測,以便了解表冷器的工作狀況及恒定表冷器供水溫度。  傳感器是系統的關鍵元件,故所有溫濕度及露點傳感器選用進口原裝維薩拉公司產品,溫度傳感器選用進口原裝西門子公司產品。

     2、電動閥閥位檢測 
        各種電動調節閥是恒溫恒濕空調系統中最重要的執行元件,系統就是靠它們不斷地開大或關小來調節制冷量(除濕量)。由于它們長時間地在惡劣環境中工作,較容易出現故障。水中的異物,也容易將其卡住。電動閥的安裝位置大都是在維修人員不易到達或觀察不便的地方,這對維修人員掌握電動閥運行狀態十分不利。一般樓宇系統由于沒有檢測閥位,而是將控制程序中計算所得的閥位控制值或手動設定值顯示在計算機屏幕上。這些理想閥位值不能真實顯示閥門的開度值,所以當閥門出現異常時操作人員無法發現問題。
        我公司承建的空調系統全部檢測真實閥位,這樣給系統的檢修保養帶來極大的方便。


     3、風機電流檢測 
        風機的運行電流的大小可以反映風機的運行情況,比如電流偏小可能是風道不暢如過濾器堵塞或者是風機皮帶過松,反之電流  大則可能是皮帶過緊或者是機械傳動摩擦過大、電機故障,電流不穩則可能是風機軸承不良,如果計算機系統檢測電流值同時存貯電流的歷史曲線;加上對電流時的運行上、下限進行報警判斷則可以有效地分析風機運行狀態。空調操作人員就可以根據電流檢測值及其歷史變化曲線判斷出用哪臺風機需要調、更換皮帶;需要清洗過濾網;需要更換軸承;哪臺空調機的風門或防火閥有問題。


     4、水泵電流檢測 
        水泵的運行電流的大小可以反映水泵的運行情況,比如電流偏小可能是水管不暢如過濾器堵塞,反之電流過大則可能是流量過大或機械傳動摩擦過大、電機故障,電流不穩則可能是水泵軸承不良,如果計算機系統檢測電流值同時存貯電流的歷史曲線;加上對電流時的運行上、下限進行報警判斷則可以有效地分析水泵運行狀態。空調操作人員就可以根據電流檢測值及其歷史變化曲線判斷出用哪臺水泵需要調整;需要清洗過濾器;需要更換軸承。


     5、空調電加熱器電流檢測 
       在電加熱器上設置了電流傳感器,以便實現斷絲及缺相保護。


     6、執行機構 
        控制溫、濕度的執行機構為電動調節閥、電加熱器、電熱加濕器,分別起加熱、制冷、加濕、減濕的作用。 
        風門由電動風門執行器帶動,并根據系統的自動調節控制風門開大、關小。 
        所有風閥及電動調節閥執行器均為西門子產品,其中除風閥執行器外的執行器為液壓執行器,這種執行器具有掉電自動復位的功

  能,更加安全可靠。 

     7、電加熱器高溫保護 
        由送風溫度傳感器檢測送風溫度,并將送風溫度信號送至PLC控制器。由PLC控制器與設定值加以比較,如超過設定值,PLC控制器將關閉電加熱器以減小送風溫度,保證電加熱器運行安全。


     8、送風風量檢測 
        檢測送風量并以此來調節風機變頻器頻率及排風及送風分支管電動風門,可以穩定整流罩空調送風量。


     9、膨脹水箱水位檢測 
        在膨脹水箱中安有水位控制儀以檢測高低水位。


     10、與冷水機組通訊 
        制冷機都帶有通訊接口,控制器可以通過聯網通訊方式讀取制冷機的內部數據。在中央控制室內就可以觀察到全部制冷機組的運  行參數,通過電腦上的彩色動畫流程圖可以直觀地了解制冷機的運行情況,并有全部的報警,維修等參數,真正實現制冷機的遠程  (中央控制室)監控。通過通訊接口可讀取冷凝壓力、蒸發壓力、油溫、各工作點的溫度、電流、壓縮機工作時間、啟停次數、各種運行信號、報警信號、維修數據等。并可以將這些運行參數保存2年,隨時可以用趨勢曲線調閱任何時候的全部運行參數。這些  數據及狀態對分析制冷機的工作狀況、制冷能力及設備的維護保養有著十分重要的意義,極大地提高了制冷設備的運行管理水平。
      11、與風機變頻器通訊 
         變頻器通訊接口能與PLC控制器直接通訊,通過網絡讀取變頻器的如下數據:頻率、電壓、電流、轉速、轉矩、設定等運行參數  和故障、報警、運行狀態等信號。 
 
  五)控制方法
    第一種控制方法,可按設計研究所提出的控制方案實施。
    第二種控制方法,可按以下方案實施:
       A、狀態轉換
         1、系統兩臺風機均為變頻調節,據不同產品的需要對系統成品風量在1980m3/h~3300 m3/h、最大可達4500 m3/h進行調節。
         2、固定塔上有兩條送風管路,當產品需要風量≤2000 m3/h時,只開一條管路送風;當產品需要風量>2000 m3/h時,開兩條管路送風。開通送風管路的選擇均通過安裝在固定塔9.65米高度的兩個電動密閉風閥開關來實現。
         3、整流罩空調送風口有XX米、XX米、XX米和XX米共四層,每層南北兩個風口,據任務的不同需要每次只開一層的一個或兩個風口,其余風口均須關閉嚴密。開閉使用層的使用送風口均通過安裝在各個送風口處的電動密閉風閥來實現。
         4、空調系統的開停平時在空調機房進行;此時排空管路上的電動密閉風閥和手動密閉風閥均須關閉嚴密。在火箭發射前撤離現場時,須將系統排空管上的手動密閉風閥打開,同時將機房內總送風管上的電動密閉風閥和排空管上的電動密閉風閥的控制開關轉換到場區總控制室內控制。為保護除濕機不受損害和系統不受外界污染,接到停機指令時空調系統仍繼續運行;此時在場區控制室內將機房內總送風管上的電動密閉風閥部分關閉,排空管上的電動密閉風閥打開,空調系統仍1/3的風量送到系統末端以維持系統正壓。待火箭發射完畢空調人員回到機房后,先將固定塔上所有開作的電動密閉風閥關閉嚴密后,空調系統再按規定的先后秩序停機。當系統風機停后即排空管上的電動密閉風閥、手動密閉風閥和新風管上的手動密閉風閥關閉嚴密,再將機房內送風管上的電動密閉風閥打開。 
       B、空調系統控制
        1、夏季工況控制(電動風閥F6開,電動風閥F7關)
         1)冷水機組冷水溫度控制:常溫工況冷水機組冷水出水溫度為 1℃,低溫工況冷水機組冷水出水溫度為-3℃。 
         2)補給水泵、總循環水泵和預冷循環水泵均為用一備一。
         3)補給水泵的開停由安裝在機房內底標高3.50米的膨脹水箱上的水位信號控制。即當膨脹水箱最低水位時補給水泵運行向冷凍水系統內補水,當膨脹水箱到一定水位時,關閉補給水泵停止補水。
         4)冷水機組與循環水泵連鎖。
         5)低溫工況時,冷水機組供給-3℃的冷水;預處理空調機出口送風溫度送1~5℃的低溫空氣。預處理循環水泵運行,預處理冷水進水溫度信號控制F2電動三通閥調節進預處理空調機的冷水水溫為1±0.5℃。
         6)常溫工況時,冷水機組供給1℃的冷水;預處理空調機出口送風溫度送不小于5℃的低溫空氣。預處理循環水泵停運,預處理冷水進水電磁閥F1打開。 
         7)室內溫濕度控制 
           通過檢測預處理空調機表冷器后的送風溫度,與設定值加以比較產生偏差信號來控制預處理空調機表冷器冷水閥F3,保證預冷后的送風溫度為設定值。
         通過檢測整流罩內溫度與設定值加以比較,產生偏差信號來控制空調機表冷器冷水閥F4,保證整流罩內溫度為設定值。
         通過檢測整流罩內露點溫度(濕度),與設定值加以比較產生偏差信號來控制轉輪除濕機再生電加熱器或電熱加濕器,保證整流罩內露點溫度為設定值。
2、冬季工況:(冷水系統、除濕機不工作,電動風閥F6關,電動風閥F7開。)
  通過檢測整流罩內溫度,與設定值加以比較,產生偏差信號來控制空調機電加熱器及風管電加熱器,保證整流罩內溫度為設定值。
  通過檢測整流罩內露點溫度(濕度)與設定值加以比較,產生偏差信號來控制空調機電熱加濕器,保證整流罩內露點溫度(濕度)為設定值。
3、安全聯鎖
1)    系統開機須在送風系統與整流罩對接之后、燃料加注之前。先將固定塔上所需管路電動閥門打開之后即可開機投入運行。投入運行之后(特別是在燃料加注過程中以及加注以后),固定塔上所有電動閥門斷電,直到火箭發射成功以后方可關閉電動閥門。
2)    系統新風機、送風機與安裝在送風管上的防火閥連鎖。即當送風管內氣流溫度高到70℃防火閥關閉時,系統新風機、送風機均須停止運行(注:再生電加熱器斷電,轉輪除濕機轉輪和再生風機繼續運行半小時以上)。此時須有聲光信號報警。
3)    新風預處理系統的轉輪除濕機用再生電加熱器與新風預處理風機、再生風機和轉輪連鎖。即新風預處理風機、再生風機、除濕機轉輪開時,再生電加熱器才能根據需要運行;新風預處理風機、再生風機、除濕機轉輪停時,再生電加熱器不能運行。新風預處理系統的轉輪除濕機停時,必須先停再生電加熱器半小時以上才能停轉輪除濕機的轉輪和再生風機。
4)    空調機組內的電加熱器、電加濕器和送風管上的控制用電加熱器須與空調機組內送風機連鎖,即送風機開時,電加熱、電加濕設備才能據需要運行;送風機停時,電加熱、電加濕設備不能運行。
5)    XXX#固定塔上所有溫度、濕度、露點溫度傳感器均為防爆型。

C、工況轉換:
  當所有表冷器電動調節閥關閉的情況下,整流罩內溫度(送風溫度)測量值低于下限設定值,轉入冬季工況。
  當空調機電加熱器關閉,整流罩內溫度(送風溫度)測量值高于上限設定值,轉入夏季工況。

D、比例式防凝水控制
控制器根據程序判斷送風接近凝水的程度,當送風接近凝水區域時,控制器進行凝水偏差計算,然后根據此偏差對電熱加濕器進行串級調節,保證在不凝水的情況下最大地發揮加濕器的加濕能力。這種連續式的串級調節比簡單地限制加濕量來防止凝水的效果好得多。

E、空調機的起、停
  空調機停止時控制器先關掉加熱、加濕、制冷閥,保持風機運行5分鐘再關風機,以達到吹干風道水分及降溫的目的。
  當需要啟動全部空調機時,上位機可對空調機組進行間隔一段時間逐臺啟動。該起動間隔時間可在上位機上設定。
  空調機可根據日歷表自動啟/停,發生火災后能自動停機并給出火災報警信號。
  空調機PLC控制器可選擇脫離監控層獨立運行或聯網運行。
  記錄空調機的累計運行時間。
F、報警的檢測與處理
空調系統中所有的模擬量輸入(AI)及開關量輸入(DI)都可以設定是否報警及報警值或狀態,包括以下的空調系統檢測值及狀態:
  整流罩溫度過高或過低
  整流罩露點溫度(濕度)過高或過低
  風機電流過大或過小
  電加熱器電流過大或過小
  送風溫度過高或過低
  送風露點溫度(濕度)過高
  電加熱器高溫保護報警
  電機故障
  風機變頻器故障
  膨脹水箱水位過高或過低。
  當出現火警時控制器將關掉所有風機,電機,關閉所有閥門,輸出一個無源的開出信號給基地火警系統。
  當出現送風濕度過高時控制器將減小加濕量,避免送風口凝水。
  報警信號送至聲光報警器,報警信號將在上位機顯示并記錄,見上位機功能介紹。


四、    中央操作站
上位機選用進口計算機。全中文操作系統及操作界面。上位機軟件具有以下功能:
一) 顯示功能
  以動畫狀態圖的方式顯示整個空調系統的所有冷水機組、水泵、膨脹水箱、空調機及轉輪除濕機的運行狀態和被監測實時數值,以及新風的溫濕度值。動畫狀態顯示被控區域。
  以數值表格方式集中顯示空調區監測數據及狀態。
  顯示各個設備的累計運行時間及開關次數。
  顯示每個檢測量當天的曲線及一年的歷史曲線。
  顯示、存貯各監測量的報警信息及狀態。

二)報警功能

上位機能實時接收下位機傳來的報警消息,這些報警將以聲音及醒目的顯示方式提示操作者,緊急的報警將以彈出的窗口進行顯示。報警需經操作人員觀察后按復位按鍵才能消除聲音或消息窗口,但報警的數值仍以紅色方式顯示直到該報警消失。所有重要報警將被上位機記錄存貯,要抹掉這些已記錄的報警消息需管理人員使用的高級密碼。報警仿真測試,即由有一定操作權限的操作人員在計算機上給出報警仿真信號,檢測系統報警處理功能是否保持正常。


三)操作選擇設定及參數設定
操作人員可以通過輸入本級別密碼后進行一些操作選擇及設定。如設定室內溫、濕度及最小新風,選擇各個閥門的工作方式(手動/自動)。
輸入、輸出通道參數及PID調節參數等系統參數的設定與修改等則需輸入工程師級別密碼進入,供工程師級的專業人員使用。


四)上位機手動設備操作
1)冷水系統部分:
上位機可以對冷水系統進行以下遠程操作
  啟、停冷水機組。
  啟、停總循環水泵。
  啟、停預處理循環水泵。
  啟、停補給水泵。
2)空調機及轉輪除濕機系統部分:
上位機可以對空調機及轉輪除濕機進行以下遠程操作
  啟、停預處理空調機、空調機及轉輪除濕機。
  手動方式調節各個電動調節閥、電動風閥。
  手動方式調節空調機電加熱及風管電加熱。
  手動方式調節預處理空調機及空調機風機變頻器頻率。
  空調機啟動時可以觀察到它們的啟動電流。閥門操作則可以連續、動態地觀察到閥門的運動。


五)數據記錄功能
  存貯所有監測量一年的歷史曲線值,曲線值為5分鐘一個點。
  以分月的方式存貯所有流量累計值一年的數據。
  存貯一年內多達4000條的報警消息及時間。
  記錄每臺設備的累計運行時間及開關次數。
  紀錄實施重要操作的人員的姓名代碼,操作時間。


六)打印功能
  實時數據打印
  定時數據打印
  歷史數據打印
  報警記錄打印
  按用戶要求設計的班報表打印
  可供用戶自己設計格式的打印功能
  所有打印可實時在線進行


七) 通訊聯網功能
  上位機與各下位機實行以分站為單位的全雙工通訊,下位機與下位機之間采用對等式通訊,故通訊速度為采用令牌式通訊普通樓宇系統的5—10倍。
  上位機能與公用工程監控系統的I/O服務器進行數據交換,并能為基地其它管理信息系統網絡提供接口及所需數據。接口遵循TCP/IP協議,同時支持ADO、ODBC、DDE、RDO等標準數據交換模式及標準。


八)密碼管理
本系統內建了完善的多級多用戶密碼安全管理系統,可以根據登錄賬號的權限分配相應的管理權力,一共有4級權限:
1:參觀者,允許簡單的查閱數據,不可以遠程操作設備,不允許修改任何參數。
2:操作員,除可以查閱數據和遠程操作設備外,進入操作參數修改設置,但不能修改任何工程參數。
3:工程師:除不能管理賬號外,可以修改任何設定。
4:管理員:沒有限制。
登錄獲取權限的方法:
1:開機時登錄輸入相應賬號和密碼。
2:點擊 按鈕系統會彈出“登錄與注銷”畫面供操作人員獲取或者注銷權限。
注意:注銷權限后,系統將處于默認的“操作員”等級,只能進入“操作員”權限允許進入的功能模塊。


九)空調動力配電:
所有控制柜變頻器均采用帶抗干擾濾波器的西門子變頻器,主要元件采用進口產品,其余元件均為國內外優質產品。上述控制柜均設有就地/遠方操作功能,并設有缺相保護、過電流保護、過熱保護。
屏蔽控制電纜、動力電纜、計算機通訊電纜、電纜橋架PVC管、鋼管及安裝輔料采用優質產品。為確保安裝質量,全部線頭采用進口冷壓端頭,套優質打號號管(進口打號機打號),設備進線端采用優質軟管聯接,兩邊應采用鎖扣與設備聯接。 
 

以下為監控計算機界面工作時的截圖

 

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