洁净室自控系统设计详解

       在现代高科技产业中，洁净室作为保证产品质量和员工健康的重要场所，其环境控制至关重要。自控系统作为洁净室环境管理的核心，其设计不仅要满足基本的温湿度、压差等参数控制，还需具备高度的灵活性、稳定性和智能化。以下将对洁净室自控系统的设计进行详细介绍。

       一、系统架构设计

       洁净室自控系统通常采用分层架构，主要包括现场设备层、控制层和管理层。

       1、现场设备层：包括各类传感器（如温度传感器、湿度传感器、压差传感器、粒子计数器等）和执行器（如电动调节阀、电动风门、变频风机等）。这些设备直接与洁净室的空调系统、新风系统、排风系统等交互，实时获取和控制环境参数。

       2、控制层：作为系统的核心，由可编程逻辑控制器（PLC）或直接数字控制器（DDC）组成。接收来自现场设备层的信号，进行运算和逻辑判断，然后向执行器发出控制指令，确保环境参数稳定在设定范围内。

       3、管理层：主要由监控计算机和相关软件构成，用于对整个系统进行监控、管理和数据分析。管理人员可以通过上位机软件远程查看洁净室的运行状态、参数设置和历史数据，实现远程操作和故障预警。

 

       二、传感器与执行器选型

       1、传感器：

       （1）温度传感器：采用高精度铂电阻温度传感器（PT100），测量精度可达±0.1℃，满足洁净室对温度控制的严格要求。

       （2）湿度传感器：选用电容式湿度传感器，测量范围宽、精度高、响应快，能够准确测量空调系统中的湿度变化。

       （3）压差传感器：采用微差压传感器，量程根据实际压差范围选择，如0-500Pa，精度可达±1%FS，有效监测洁净室的压差，确保空气流向符合要求。

       （4）粒子计数器：用于检测洁净室内的尘埃粒子数，是衡量洁净室洁净度的关键设备，根据洁净室的级别选择合适的粒径通道和采样流量。

       2、执行器：

       （1）电动调节阀：用于控制空调系统中的冷热水流量、蒸汽流量等，根据管道的口径和流量要求选择合适的阀门尺寸和类型。

       （2）电动风门：用于调节空调系统中的风量分配，根据风道的尺寸和所需的风量调节范围选择合适的风门尺寸和驱动方式。

       （3）变频风机：实现对洁净室送风量和排风量的精确控制，根据风量需求和静压要求选择合适的风机型号和功率。

       三、控制策略设计

       1、温度控制策略：通常采用比例-积分-微分（PID）控制策略，根据设定温度与实际温度的偏差，通过调整比例系数（P）、积分时间（TI）和微分时间（TD）来控制执行器，使温度尽快稳定在设定值附近。对于对温度变化较为敏感的生产工艺，还可以采用串级温度控制策略，提高温度控制的精度和稳定性。

       2、湿度控制策略：与温度控制类似，采用PID控制策略，根据湿度传感器检测到的实际湿度与设定湿度的偏差，控制加湿器或除湿器的运行。在一些湿度要求较高的洁净室，还可以采用温湿度耦合控制策略，实现温湿度的精确控制。

       3、压差控制策略：主要通过调节送风机和排风机的频率或者风门的开度来实现。在一些复杂的洁净厂房，如既有单向流洁净室又有非单向流洁净室的情况下，可以采用分区压差控制策略，将厂房划分为不同的压力区域，分别进行压差控制，确保整个厂房内的空气流向符合设计要求。

       四、系统应用与功能

       1、系统启动与初始化：在系统启动时，首先进行设备自检，确保传感器和执行器正常工作。然后读取预先设置的参数，包括温度、湿度、压差等控制参数的设定值，以及传感器和执行器的校准参数。

       2、运行过程中的控制与调节：自控系统会实时监控各个传感器传来的信号，包括温度、湿度、压差、粒子数等。管理人员可以通过上位机软件的监控界面实时查看洁净室的环境状态。同时，系统会根据实时监控的数据自动调节执行器，确保环境参数稳定在设定范围内。

       3、故障预警与报警：当洁净室内的环境参数超出设定范围或设备出现故障时，系统会自动发出报警信号，并记录相关数据，以便后续分析。

       五、系统特点与优势

       1、高度自动化：通过PLC或DDC实现自动化控制，减少人工干预，提高工作效率。

       2、高精度控制：采用高精度传感器和执行器，实现环境参数的精确控制。

       3、智能化管理：通过上位机软件实现远程监控和管理，提高系统的智能化水平。

       4、灵活性与可扩展性：系统架构设计灵活，可根据实际需求进行扩展和升级。