摘要：目前，医药工业生产用空调系统的能源消耗一般占到医药工业生产总能源消耗的30%～40%，采用自控系统势在必行。医药工业生产空调设计使用自控系统不仅能为其车间提供一个符合国家药品GMP规范的严格、安全、高效、合理的生产环境，而且还可以减少能源消耗，降低空调运行和管理成本，达到提高效益，节约能源，保护环境的目标。本文根据医药工业生产空调特点，提出空调自控设计，不仅满足了药品GMP的各项要求，而且提高了空调控制水平，保障了企业效益。
关键词：医药工业；空调；自控；设计节能
引言
随着医药工业生产厂贯彻GMP法规意识的不断加强和现代化科技的迅猛发展，医药工业生产行业越来越多的采用自控系统保障洁净空调的正常运行。但是许多企业在设计应用的过程中并没有考虑药企空调的特点而没有对其系统进行量体裁衣的优化设计，导致空调自控系统没有很好的为空调服务。因此，合理设计空调自控系统是医药工业生产空调实施的坚实保证，通过自动控制可提高空调质量，严控医药工业生产环境，节省能量消耗，提高生产效率。
1 自控空调系统的串级PID控制
医药工业生产用空调项目中，为了使得自控系统的静态和动态性能皆能满足医药工业生产环境要求，单靠简单的PID回路控制并不能满足需要，特别对于采用蒸汽和表冷式的空调温湿度调节系统而言，由于本身设备的热容量比较大、送风管路长，如果仅采用单回路反馈调节系统势必产生滞后大，超调量大的不良后果。因此需要在项目中选用改进型PID回路控制——串级PID控制，所谓串级PID控制系统，是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。这样的控制系统被称为串级控制系统。在医药工业生产空调温控设计方面多采用这种调节方式，主要控制方法为：将送风干扰纳入副环的送风温度调节系统内，而主环对象的干扰通过主调节器的作用来改变副控制器的给定值，使送风温度的给定值按回风温度的变化进行调整，以减少回风温度的波动，以利于提高调节的质量。在这种控制方式中，副回路的对象（送风温度）惯性小，工作频率高，当干扰进入副回路的时候，副回路能够快速调整，把干扰在影响到主参数波动之前消除掉，与单回路PID相比，干扰对于被调量的影响可以减少很多。
医药工业生产空调系统冷冻水阀门自动调节是由洁净恒温室、温度传感器、执行器、现场控制器（霍尼韦尔公司XL50控制器）和调节机构组成。其中洁净室室内温度是被调参数。洁净恒温室、冷冻水表冷器2个部分组成了调节对象。冷冻水副环调节设备是由现场控制器、送风温度传感器TE2、电动执行器TC和主阀构成的，送风的温度信号由送风温度传感器TE2所感知，它与现场控制器XL50（副调节器）的给定值进行比较，XL50输出信号控制主阀门的开度，使送风温度控制在现场控制器所给定的范围内。而冷冻水主环调节设备是由XL50和回风温度传感器TE1构成的，回风温度传感器TE1反馈回风温度用以主调节器XL50内部调整送风温度的给定值，继而影响输出给电动执行器TC的输出值，使回风温度也在给定范围内。冷冻水阀门自动调节系统方块图。从方块图中可以看出在空调系统运行中，利用回风和送风管道温度传感器TE2，TE1分别检测送、回风温度，并通过XL50现场控制器控制冷冻水双通调节阀门执行器TC，以实现串级控制，使得回风温度能稳定在事先设定的给定值上。
2 自控空调系统选择控制
在医药工业生产空调自控项目设计中，经常用到选择控制方式，选择控制是通过选择控制器对需要控制的参数进行逻辑判断选择。具体运用于箱体表冷器对于降温和除湿这两种参数的影响：由于某种原因使得洁净室温度下降，控制器的输出信号增加，使得冷冻水阀门关小，以减少进入表冷器里面的冷冻水水量，从而使洁净室内的温度升高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时，由于表冷器内冷冻水量的减少导致其对空气除湿能力的下降，使得洁净室内的空气湿度增加。这种情况下，温度和湿度两个控制输出信号均要求冷冻水阀门执行器动作，此时控制器就需要根据实际情况和控制要求，设计选择控制——MIN选择器，让它选择相对低信号，即偏差较大者。如果湿度输出信号低于温度输出信号，则通过MIN选择器选择冷水阀暂时接收湿度的输出信号，并进行调节，使湿度变化趋于给定值。这样就能够同时满足对具有相互影响的温湿度的调节精度。
3 自控空调系统补偿调节控制
医药工业生产空调系统通常采用回风再利用方式，但是也有部分区域不能采用这种再利用系统，比如动物房洁净区域，原因在于这类区域内部的空气质量干扰较大，如动物的粪便、毛发等。回风不能够和新风混合后再进入空调箱体为洁净区域送风，而是采用全排风系统，系统供给的空气只有新风一项。在这种全排风空调系统中，如果仅采用反馈调节控制的话，因为偏差时间的存在，在被调量偏离其给定值之前，反馈调节根本无法将干扰克服，会引起调节不及时的后果，影响控制质量。设计采用补偿调节控制方法将有效解决此类问题。当发生室外新风温度的干扰时，送风温度就会有偏差，因为引入补偿调节控制，就不用等到新风温度变化反应到送风温度后再去控制，而是可以根据新风温度的变化立即就对阀门执行器进行控制，甚至可以在送风温度还没有变化前就及时将新风温度的干扰补偿掉。
4 温湿度控制节能方案
医药工业生产空调系统是一个典型的大延时大惯性系统，系统中控制的关键对象是一个大迟延对象——回风温湿度。因此在自控设计中不能用简单的过程控制手段来处理，必须要充分考虑到医药工业生产厂洁净室温湿度控制原理，利用适当的控制优化手段，这样不仅能够精确控制，而且还能起到节能的目的。
4.1 选择控制
上文已有所述，选择控制设计主要运用于箱体表冷器对于降温和除湿这两种参数的影响：如果由于某种原因使得洁净室内温度下降，则控制器的输出信号增加，使得冷冻水阀门关小，以减少进入表冷器里面的冷冻水水量，从而使洁净室内的温度升高。同时，由于表冷器内冷冻水量的减少导致其对空气除湿能力的下降，致使洁净室内的空气湿度增加。这种情况下，温度和湿度两个控制输出信号均施加于冷冻水阀门执行器，此时控制器内部如果没有面对这种情况的优化程序设计的话，就会出现同时进行加热和冷却的情况，结果肯定不满足节能的要求。此时可以根据实际情况利用MIN选择器选择相对低信号，即偏差较大者。如果湿度输出信号低于温度输出信号，则通过MIN选择器选择冷水阀暂时接收湿度的输出信号，并进行调节，使湿度变化趋于给定值。这样就能够同时满足对具有相互影响的温湿度的调节精度，达到减少冷热抵消的节能效果。
4.2 死区控制
当回风温度落入死区区间内时，若用传统PID控制必然导致阀门频繁动作，温度也随之大幅波动，不利于节约能源。此时可考虑变化的PID控制方式，就是当实时参数与设定值相差大时，设计控制强度大一些，当实时参数与设定值相差小时，设计控制强度小一些。也可以采取当实时参数进入设定值的偏差范围时，冷（热）水阀保持不变开度的死区处理方法。
5 结语
总而言之，医药工业生产净化空调系统与普通空调系统具有较大的差异，需根据现场实际情况结合自身特点，采用合适的控制方式优化自控系统，保证净化车间满足GMP各项要求，保障药品生产安全可靠。
参考文献：
[1]李宗文.PLC在温度串级PID控制的应用[J].硅谷，2012，（6）：120-121.
[2]黄中耀.在变风量空调系统中应用变频调速技术的节能分析[J].广西城镇建设，2009：105-108.
论文作者:陈晶岩
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
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