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藥廠的生產(chǎn)車間不同于一般的舒適性空調(diào)房間室內(nèi)的溫濕度控制要求精度較高，一般要求溫度在22C+2C，相對濕度在55%±5%以內(nèi)，同時(shí)對空氣的潔凈度也有較高要求，使得換氣次數(shù)較多，新風(fēng)量大甚至有直排系統(tǒng)。因?yàn)橥饨绲臏貪穸茸兓瘜κ覂?nèi)溫濕度影響較大，所以只有選擇合理的溫濕度控制方案，才能確保室內(nèi)的溫濕度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文主要針對采用傳統(tǒng)控制方法的工業(yè)用空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的問題提出了一套控制方案，并有助于提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)性。

1 溫濕度控制的特性以及常見問題

1.1溫濕度控制的特性

對濕空氣單純地加熱或制冷過程，是含濕量保持不變的過程即絕對濕度保持不變的過程。濕空氣經(jīng)過盤管加熱，溫度升高而相對濕度下降；相反，對冷卻過程，溫度下降而相對濕度相應(yīng)升高，因此我們可以得出，溫度和相對濕度是兩個(gè)不同方向的控制量，要使溫濕度同時(shí)向相同的趨勢變化，則單純靠加熱/冷卻過程是不能實(shí)現(xiàn)的。冷卻去濕過程是濕空氣經(jīng)冷卻達(dá)到飽和后繼續(xù)制冷的過程，濕空氣經(jīng)過冷卻盤管析出水滴從而降低了絕對濕度，起到降濕的作用。因而我們可以將空氣處理過程分為加熱、加熱加濕、制冷、制冷再熱和制冷加濕5個(gè)部分，如圖1所示。

圖1橫坐標(biāo)為含濕量，即每千克干空氣所含有的水蒸氣量；縱坐標(biāo)為溫度。由目標(biāo)狀態(tài)絕對濕度線、目標(biāo)溫度和目標(biāo)濕度線以及及其露點(diǎn)的危險(xiǎn)警戒濕度線（相對濕度95%），可以劃分為5個(gè)控制狀態(tài)，詳見表1。

根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颍覀儎澐至瞬煌膮^(qū)域，分別為遠(yuǎn)離工作區(qū)（陰影外的區(qū)域）、工作區(qū)（陰影所示區(qū)域）和容限區(qū)。在遠(yuǎn)離工作區(qū)將使用大步距逼近的控制方法，工作區(qū)將采用本文所講的智能控制策略，容限內(nèi)保持各閥門狀態(tài)。

1.2 實(shí)際過程中所采用的方法以及常見問題

1.2.1 冷熱水閥的控制問題

溫度變化的方向與冷/熱水閥的動(dòng)作方向相反，通常是采用冬夏季分開的運(yùn)行模式。這樣的做法在過度季節(jié)會(huì)男滴判斷和確定運(yùn)行模式，很容易造成室內(nèi)溫濕度的失調(diào)。

1.2.2 常規(guī)的處理方法及問題

為了解決除濕問題，通常是采用濕度優(yōu)先的方法，冷水閥主要用來除濕，同時(shí)也造成溫度的下降，然后通過熱水閥的再熱，使溫濕度均能達(dá)到所要求的值，這樣的做法雖然可以滿足設(shè)計(jì)要求，但在相當(dāng)多的時(shí)候，冷熱水閥使能量相互抵消，造成了能源的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在我國，空調(diào)系統(tǒng)的能耗占整個(gè)建筑物能耗的50%～60%，因此對空調(diào)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制，選擇合理的控制方法，對建筑節(jié)能具有重要的意義。

單純地采用回風(fēng)溫度閉環(huán)控制冷/熱水閥以控制室內(nèi)溫度的做法，其PID參數(shù)難以整定在合適的范圍內(nèi)，很難保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。如果調(diào)節(jié)動(dòng)作慢，造成提前開機(jī)時(shí)間過長，調(diào)節(jié)動(dòng)作快，則很容易造成系統(tǒng)的超調(diào)，甚至產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象。

2 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

藥廠潔凈室的溫濕度控制時(shí)一個(gè)多變量控制對象，溫度控制和濕度控制之間相互影響，且其動(dòng)態(tài)特性差異較大，特別是溫度和濕度的相關(guān)性較強(qiáng)，所以我們采用了串級和分程控制的方法，盡量避免以上問題的發(fā)生。

在每一個(gè)延時(shí)控制環(huán)節(jié)，溫濕度變送器檢測的溫濕度值與當(dāng)前目標(biāo)溫濕度狀態(tài)比較，確定其工作區(qū)間模糊分區(qū)，自動(dòng)匹配應(yīng)有的控制狀態(tài)，在每一個(gè)模糊分區(qū)都采用以下的控制策略，設(shè)定值為當(dāng)前潔凈室所要求的值。

根據(jù)串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：副環(huán)具有快速作用，它能夠有效地克服二次擾動(dòng)的影響，起著改善對象動(dòng)態(tài)特性的作用，在控制過程中起著“粗調(diào)”的作用；外層的閉環(huán)成為主回路或主環(huán)，用來完成“細(xì)調(diào)”任務(wù)，以最終保證被控量滿足工藝要求。串級控制系統(tǒng)中盡管有兩個(gè)調(diào)節(jié)器，但它們的作用各不相同。主調(diào)節(jié)器具有自己獨(dú)立的設(shè)定值，它的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，在系統(tǒng)中起著主導(dǎo)作用，副環(huán)主要是克服外部擾動(dòng)，而主環(huán)主要克服內(nèi)部擾動(dòng)。

考慮到節(jié)能的需要，采用了分程的控制方法。為可避免冷、熱水閥同時(shí)打開，所以在控制冷、熱水閥時(shí)選用分程控制，如圖2所示。其控制過程為：控制器的輸出可通過軟件轉(zhuǎn)換為一個(gè)對稱的區(qū)間范圍，例如﹣100%到100%，通過分程過程后分為兩個(gè)信號的輸出，即﹣100%到﹣5%（可以改變）到5%到100%。由于冷/熱水閥不能切換得太快，所以有一個(gè)延時(shí)過程，再通過這兩個(gè)信號來分別控制熱水閥和冷水閥的開度，如圖3所示。

在圖3中，X軸表示控制信號P，Y軸表示閥的開度。當(dāng)P為﹣100%時(shí)，冷水閥全打開，P為﹣5%時(shí)為全關(guān)閉；P為100%時(shí)，熱水閥全打開，P為5%時(shí)為全關(guān)閉，﹣5%到5%為延時(shí)過程。

2.2 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

大空間大慣性大延時(shí)的工業(yè)空調(diào)系統(tǒng)中，我們采用了額PI控制方式，防止系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，該系統(tǒng)采用了溫濕度三級串級控制的方法，設(shè)置了PI控制死區(qū)，并在軟件中采用了自適應(yīng)調(diào)節(jié)的方法，從而避免了系統(tǒng)的震蕩，保證了系統(tǒng)的控制精度。

2.2.1 溫度串級過程

由于送風(fēng)溫度受干擾而波動(dòng)比較大，所以設(shè)置為副環(huán)，回風(fēng)溫度設(shè)置為主環(huán)，并在副環(huán)設(shè)置死區(qū)，這樣可以很好地滿足室內(nèi)溫度穩(wěn)定地調(diào)節(jié)。主環(huán)調(diào)節(jié)過程較慢，而副環(huán)的調(diào)節(jié)過程較快，這樣在一開機(jī)后就會(huì)很快地使室溫達(dá)到所要求的值，同時(shí)也抑制了系統(tǒng)的超調(diào)。在不考慮濕度的情況下，送風(fēng)溫度和回風(fēng)溫度串級流程圖如圖4所示。

2.2.2 系統(tǒng)流程圖

由于冷水閥是由溫度和濕度共同控制的，所以還要加上濕度的串級控制，這樣整個(gè)系統(tǒng)的流程圖如圖5所示。

送風(fēng)和回風(fēng)溫度串級控制輸出經(jīng)過分程控制，把﹣100到﹣5%的信號（要經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換）和濕度控制經(jīng)過分程后的﹣100%到﹣5%的信號疊加來共同控制冷水閥，濕度分程后的5%到100%的信號則直接控制熱水閥的開度，濕度分程后的5%到100%的信號則控制加濕閥的開度。

2.3 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

冷水閥、熱水閥、加濕閥分別采用分程控制，可以克服采用冬夏季轉(zhuǎn)換模式所帶來的過渡季節(jié)難以判斷的問題。

冷水閥采用送風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、送風(fēng)濕度串級控制，并設(shè)置死區(qū)，較好地解決了溫度和濕度的超調(diào)問題，穩(wěn)定性較好，從而提高了系統(tǒng)的控制精度，減少了能源的浪費(fèi)。

3 總結(jié)

本控制方法在天津CTS電子廠潔凈室以及天津中新藥業(yè)潔凈室溫濕度控制系統(tǒng)的應(yīng)用中取得了實(shí)際的效果，有效抑制了系統(tǒng)的超調(diào)，并且不會(huì)造成能源的浪費(fèi)，控制效果較為理想，操作也比較簡單，達(dá)到了藥廠潔凈室運(yùn)行高效率、低成本的目的。