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1、网络教育学院网络教育学院楼宇自动化课楼宇自动化课 程程 设设 计计题题目目：洁净空调控制系统的设计洁净空调控制系统的设计学习中心：学习中心：层层次：次：专专业：业：电气工程及其自动化年年级：级：学学号：号：学学生：生：辅导教师：辅导教师：完成日期：完成日期：年月日20202020 年年 1111月份楼宇自动化课程设计月份楼宇自动化课程设计题目四：题目四：洁净空调控制系统的设计洁净空调控制系统的设计为了使洁净室内保持所需要的湿度温度、风速、压力和洁净度等参数，最常用的方法是向室内不断送入一定量经过处理的空气，以消除洁净室内外各种热湿干扰及尘埃污染。为获得送入洁净室具有一定状态的空气，就需要一整套
2、设备对空气进行处理，并不断送入室内，又不断从室内排出一部分来，这一整套设备就构成了洁净空调系统。1、请说明洁净空调系统基本构成。2、简要说明循环空气处理机组的控制方案。3、说明洁净新风机组的控制方案以及相应功能段的划分。一 绪论（一）工程概况1 项目名称：东莞市妇幼保健院新院洁净工程。2 项目概况：东莞市妇幼保健院新院为三级甲等专科医院，共计设病床位500 张。医技楼第二层为检验科，层高 3.8 米；医技楼第三层为新生儿疾病筛查中心，层高 3.8 米；住院楼第三层为 PICU，层高 3.8 米；住院楼第十二层为MICU，层高 3.8 米；住院楼第十三层为产科，层高 3.8 米；住院楼第十四层为
3、新生儿病区、NICU，层高3.8 米；住院楼第十五层为洁净手术部，层高4.4 米；门、急诊楼第四层为门诊手术部，层高 3.8 米；住院楼第一层为中心供应室，层高 4.4 米。洁净手术部和新生儿病区、NICU 的设备层位于住院楼第十六层；其他区域净化机组设于同层。（二）设计规范1.采暖通风与空气调节设计规范（GBJ19-87）第 2.1.6 条 夏季空气调节室内计算参数，应符合下列规定：（1）舒适性空气调节室内计算参数：温度 应采用 2428，相对湿度 应采用 4065，风速 不应大于 0.3m/s（2）工艺性空气调节室内温度基数及其允许波动范围，应根据工艺需要并考虑必要的卫生条件2.医院洁净手
4、术部建筑技术规范（GB 503332002）第 7.1.3 条 净化空调系统空气过滤的设置，应符合下列要求：（1）至少设置三级空气过滤。（2）第一级应设置在新风口或紧靠新风口处，并符合 7.3.10 条规定。（3）第二级应设置在系统的正压段。（4）第三级应设置在系统的末端或紧靠末端的静压箱附近，不得设在空调箱内。第 7.1.4 条 洁净用房内严禁采用普通的风机盘管机组或空调器。第 7.1.5 条 准洁净手术室和、级洁净辅助用房，可采用带亚高效过滤器或高效过滤器的净化风机盘管机组，或立柜式净化空调器。第 7.1.6 条 当整个洁净手术部另设集中新风处理系统时，新风处理机组应能在供冷季节将新风处理
5、到不大于要求的室内空气状态点的焓值3洁净厂房设计规范（GB 50073-2001）第 6.1.2 条 根据空气洁净度等级的不同要求，选用不同的气流流型。第 6.1.5 条 洁净室内的新鲜空气量应取下列二项中的最大值:（1）补偿室内排风量和保持室内正压值所需新鲜空气量之和。（2）保证供给洁净室内每人每小时的新鲜空气量不小于 40m3。（三）设计要求1.1.净化空调自动化控制系统设计要求：（1）整体要求：采用国际著名品牌多功能控制器、温、湿度传感器，压差开关、风阀执行器、电动比例积分调节阀、变频器等对系统的风量及温湿度进行控制。（2）通过设置在机房内的空调机组智能控制柜，除了可以实现手术室内多功能
6、控制面板上的功能外，还可以另外进行各种控制参数的设定、变频器频率设定、变频定频转换、机组过滤网堵塞监控、排风机运行及故障监控、系统风压监控等功能。（3）远程室内空调控制面板应可以实现以下的控制功能：1)室内温、湿度的显示；2)机组启、停指示；3)机组值班状态指示；4)机组运行指示；5)机组故障指示；6)高效过滤器堵塞报警指示。7)正负压转换指示（仅正负压转换手术室有此要求）。（4）机房控制柜内还应可以实现以下的控制功能：1)室内控制面板实现的全部功能2)机组的启、停；3)机组温、湿度的设定；4)正负压转换控制（仅正负压转手术室有此要求）；5)风机运行频率显示；6)中效过滤网堵塞报警、缺风保护报
7、警、风机运行情况及过载报警、手术室排风机运行状态显示、加湿器运行状态和故障显示等；7)手、自动风量调频切换，手动频率设定、半风量值班频率设定；8)冷热水调节阀、加湿器和电加热器工作状态；9)试灯和功能切换；各种控制参数（室内温、湿度；变频器频率等）的设定和修改；2.2.净化空调系统主要设备材料技术、质量要求：(1)洁净循环空气处理机组：1)功能段要求：混合段、风机段、均流段、初中效过滤段、表冷、加热、加湿、出风段。2)配置“G4 初效+F8 中效”两重过滤器。(2)洁净新风机组：1)功能段要求：风机段、均流段、初中效过滤段、表冷、检修段、亚高效段、出风段。2)配置“G4 初效+F8 中效+H1
8、0 亚高效”三重过滤器(3)电极式加湿器：1)采用微控电脑控制，可以精确控制加湿量器。2)具有运行状态指示和故障状态指示。(4)风冷热泵机组：1)采用涡旋式压缩机或螺杆式压缩机。2)采用微电脑控制器控制，并具有智能除霜、故障诊断、智能管理、防冻监测、运行模式等多项自动控制功能。3)运行环境温度范围：-543。4)机组框架采用活动式组合，方便安装拆卸。二 空调冷热源系统设计（一）风冷热泵机组1.风冷热泵机组简介：“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。风冷热泵的风为何物，即是流动的空气，流动的空气作为热媒的热泵，即是空气源热泵。
9、只是在设置上，风冷热泵可能借助风机等设备加速空气流动，空气源热泵多数为自然流通。风冷热泵机组应当放在空气对流良好的地方，也就是说，它应当放在室外，放室内，空气不流通，那么空气就会越来越冷，最后效率越来越低。风冷热泵机组主要从低温环境中吸收热量，高温环境获得热量。2.风冷热泵机组工作原理：风冷热泵机组是空调系统中的主机，由于采用风冷冷凝器不需要冷却塔，而蒸发器是水冷的，夏天制冷时提供冷水，冬季制热时提供热水，风机盘管是空调系统的末端装置，装在室内如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传
10、递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的、风冷热泵相对于空气源热泵来说他的能力要低一点，他的进出水温是 5 摄氏度左右（大部分公司的设置参数），而空气源的进出水温差能达到 40 摄氏度。（二）风冷热泵机组控制1.启动停机控制：按照相应的顺序和时间依次控制机组各功能部件的启停，完成开机和停机的功能。螺杆压缩机启动和停机时要求首先以 25%能量状态运行 30 秒，再进入相应的程序。2.故障保护和报警：机组运行时各故障检测点的开关信号输入 PLC，由 PLC 控制各类故障信号产生相应的动作和报警。同时对各类模拟量和温度模块的状态进行监测。3.压缩机能量调节
11、：根据设定的温度值调节压缩机的能量输出，当能量等于 0%时停止当前压缩机，当能量大于本机的 100%时启动另一台压缩机。多台压缩机运行的时间和启动的次数基本均衡。4.除霜控制：机组在冬季制热运行时，翅片温度很低造成翅片表面结霜从而影响机组的性能，机组状态在进入设定的除霜条件时，机组短时间以制冷运行除去翅片结霜后再恢复正常运行。5.热泵机组冬季防冻功能：风冷热泵机组一般放置于室外，为防止在冬季因为环境温度过低造成室外管道冰冻损坏而特别增加此保护功能。水温低于某个温度时启动水泵运行，当水温低于更低的温度时启动机组以制热运行，直至水温上升到某个温度。6.定时运行：按照用户设定的开关机时间启停机组。风
12、冷热泵机组控制系统图见图 1：AITAITMDODOMAOAIMT910TTAIMMP11MP12KXTKXAI DI13FZDOAIAODODIDOMDIDO图图 1 1 风冷热泵机组控制系统图风冷热泵机组控制系统图:三 洁净空调控制系统设计为了使洁净室内保持所需要的温度湿度、风速、压力和洁净度等参数，最常用的方法是向室内不断送入一定量经过处理的空气，以消除洁净室内外各种热湿干扰及尘埃污染。为获得送入洁净室具有一定状态的空气，就需要一整套设备对空气进行处理，并不断送入室内，又不断从室内排出一部分来，这一整套设备就构成了洁净空调系统。洁净空调系统基本由下列设备构成:1、加热或冷却、加湿或去湿以
13、及净化设备；2、将处理后的空气送入各洁净室并使之循环的空气输送设备及其管路；3、向系统提供热量、冷量、热源、冷源及其管路系统。（一）（一）洁净循环空气处理机组洁净循环空气处理机组洁净循环空气处理机组的功能段包括：混合段、风机段、均流段、初中效过滤段、表冷、加热、加湿、出风段。洁净循环空气处理机组控制方案：1.风门控制：系统能根据室外空气的焓值来调节新（排）风门和回风门的开度，从而调节新风和回风量的比值，实现全年工况的节能运行。新风门系统能根据室外温/湿度的大小调节风门开度。2.风机启停控制：每台风机都有自己的启停时间表，时间表可以在中央管理计算机上生成和设置。启停风机时，实现风机、风门和调节阀
14、的联动。风机停止时，关闭新风和回风风门，强制调节阀至关闭位置。3.送风温/湿度控制：在送风管道设置温湿度控制器，对空调机组的回风温/湿度进行监测。空调机组配冷热水及再热电动调节水阀和电动执行器，以达到控制送风温/湿度的目的。4.滤网压差报警：每台空调机组的过滤网处均设有压差开关，由此来测定过滤网是否淤塞，此信号通过直接数字控制器(DDC)反映在中央控制器中，在中控室工作站提示并打印，通知维护人员进行清理。5.送风机和回风机的监测：通过风机压差开关监测送风机和回风机的运行状态，监测送风机和回风机的手动/自动状态和故障报警，将运行状态和当前风机应该处于的状态进行比较，以判断风机是否运行正常，当风机
15、发生故障时，发送报警信号。6.在洁净循环空气处理机组中设置防冻开关和静压检测点。7.电极加湿器的监测与控制：通过控制箱来进行加湿量的精确控制，并具有状态显示和故障报警功能。空调运行流程图见图 2：开始系统自动/手动启动湿度传感器检测Y控制表冷器除湿湿度含量大于上界N湿度含量小于上界YN温度传感器检测控制加湿器加湿Y控制加热器升温送风温度小于下界N送风温度大于上界YN控制表冷器降温下班时间到提前自动/手动关闭结束图图 2 2 空调运行流程图空调运行流程图洁净循环空气处理机组控制系统图见图 3：:DIDIAOAOD回风回风排风排风排风风门排风风门TRHTRHD2AI2AIDODOA AO O回风机
16、段回风机段消声段消声段回风回风风门风门空调对象空调对象D回风风门回风风门A AO O初效初效过滤过滤段段表冷表冷段段加热加热段段中效中效过滤过滤段段蒸汽蒸汽加湿加湿段段送风机段送风机段消声段消声段送风送风风门风门静压点静压点-新风新风TRHA+TRH新风风门新风风门FZPADB压差开关压差开关DBABDABKXD2AI2AI2AI2AIDODODIDIDIDIAOAOAOAODIDIDIDIDODODIDIDIDIDODO2AI2AIAOAOAOAO图图 3 3 洁净循环空气处理机组控制系统图洁净循环空气处理机组控制系统图（二）（二）洁净新风机组洁净新风机组洁净新风机组的功能段包括：风机段、均
17、流段、初中效过滤段、表冷、检修段、亚高效段、出风段。洁净新风机组的控制方案：通过采集新风机组送风温度和数值，经过与 DDC控制器的设定值比较，其温差经比例积分微分运算器 PID 运算后输出一个控制信号，调节冷冻水的供应量，从而达到控制温度的目的。1.风门控制：系统能根据室外空气的焓值来调节新（排）风门的开度，从而调节新风和回风量的比值，实现全年工况的节能运行。新风门系统能根据室外温/湿度的大小调节风门开度。2.风机启停控制：每台风机都有自己的启停时间表，时间表可以在中央管理计算机上生成和设置。启停风机时，实现风机、风门和调节阀的联动。风机停止时，关闭新风和回风风门，强制调节阀至关闭位置。3.送
18、风温控制：在回风管道设置温度控制器，对新风机组的回风温进行监测。新风机组配表冷器及冷水电动调节水阀和电动执行器，以达到控制送风温的目的4.滤网压差报警：每台新风机组的过滤网处均设有压差开关，由此来测定过滤网是否淤塞，此信号通过直接数字控制器(DDC)反映在中央控制器中，在中控室工作站提示并打印，通知维护人员进行清理。5.送风机的监测：通过风机压差开关监测送风机的运行状态，监测送风机的手动/自动状态和故障报警，将运行状态和当前风机应该处于的状态进行比较，以判断风机是否运行正常，当风机发生故障时，发送报警信号。6.在洁净新风机组中设置防冻开关和静压检测点。7.电极加湿器的监测与控制：通过控制箱来进
19、行加湿量的精确控制，并具有状态显示和故障报警功能。洁净新风机组控制系统图见图 4：DIDIAOAOD回风回风排风排风排风风门排风风门TRHTRHD2AI2AIDODOA AO O回风机段回风机段消声段消声段回风回风风门风门空调对象空调对象D回风风门回风风门A AO O初效初效过滤过滤段段表冷表冷段段加热加热段段中效中效过滤过滤段段蒸汽蒸汽加湿加湿段段送风机段送风机段亚高亚高效过效过滤段滤段消声段消声段送风送风风门风门静压点静压点-新风新风TRHA+TRH新风风门新风风门FZPADB压差开关压差开关DBABDABKXD2AI2AI2AI2AIDODODIDIDIDIAOAOAOAODIDIDID
20、IDODODIDIDIDIDODODIDI2AI2AIAOAOAOAO图图 4 4 洁净新风机组控制系统图洁净新风机组控制系统图四四 测点一览表及设备选型测点一览表及设备选型（一）测点一览表1.循环空气处理机组测点一览表见表1表表 1 1测点一览表测点一览表受控设备数量 监控功能描述22室内温度室内湿度点数小计送风温度回风温度回风湿度送风湿度过滤器堵塞报警送、排风机运行状态空调部分1送、排风机启/停控制表冷段阀门调节加热段阀门调节蒸汽加湿段调节新/送/排风阀开度新/送/排风阀调节防冻开关静压监测点数总计输入AIDI224111124221输出11417传感器、阀门及执AODO行机构等213室内
21、温度传感器室内湿度传感器风道温度传感器风道温度传感器风道湿度传感器风道湿度传感器压差开关压差开关继电器线圈阀门执行器阀门执行器控制箱风阀执行器阀位反馈风阀执行器压力传感器总共 25 个测点1.循环空气处理机组1052.新风机组测点一览表见表2表表 2 2测点一览表测点一览表受控设备数量 监控功能描述22室内温度室内湿度点数小计送风温度空调部分1回风温度回风湿度输入AIDI224111输出传感器、阀门及执AODO行机构等室内温度传感器室内湿度传感器风道温度传感器风道温度传感器风道湿度传感器2.新风机组送风湿度过滤器堵塞报警送、排风机运行状态送、排风机启/停控制表冷段阀门调节加热段阀门调节蒸汽加湿
22、段调节新/送/排风阀开度新/送/排风阀调节防冻开关静压监测3.3.风冷热泵机组测点一览表见表风冷热泵机组测点一览表见表 3 3点数总计12432111417213风道湿度传感器压差开关压差开关继电器线圈阀门执行器阀门执行器控制箱风阀执行器阀位反馈风阀执行器压力传感器总共 26 个测点106表表 3 3测点一览表测点一览表受控设备数量 监控功能描述输入AIDI1111112211输出传感器、阀门及执AODO行机构等111117控制箱控制箱湿度传感器湿度传感器防冻开关湿度传感器压力传感器温度传感器温度传感器电机阀门执行器温度传感器2.风冷热泵机组压缩机运行状态水泵压缩机进水湿度压缩机回水湿度压缩机
23、防冻开关风冷热泵机1组水泵供水温度水泵供水压力空气热交换器进水温度空气热交换器回水温度风机控制流量调节阀换热器出水温度监测点数总计66110总共 23 个测点(二二)设备选型设备选型设备选型见表4设备名称型号规格表表 4 4设备选型设备选型制造厂商附属设备离心风机冷热水盘管组合式空调机DH-30上海新晃空气过滤网空气混合箱离心风机新风机组GKL6IIB四川成达冷热水盘管空气过滤网新风温湿度传感器压力传感器风门执行器TAC-S113-CHDP500ML6161ETAC佛山贺迪上海超盛肇庆爱晟广州西博臣TAC深圳德威达西门子型号规格YU180M-4A8 型肋片,正面面积 2.88M2平面高速型5.
24、5MY100L-48 型肋片,正面面积 0.9M2平面高速型风管温度传感器VTS7018风道湿度传感器CHTM02N/A调节型风阀执行TAC-M-S器M24-SR压差开关26防冻开关QAF81.6压差旁通调节阀RT-800L 4风机电极加湿器风冷热泵机组五五 中央空调控制系统拓扑结构图中央空调控制系统拓扑结构图（一）（一）空调控制系统拓扑结构示意图空调控制系统拓扑结构示意图JDE-15L40STE上海金嘉乐广州恒星洁净空调自动控制系统，为三级构架的分布式集散型计算机过程控制系统。第一级为中央控制站，是集中监控、远程控制、数据处理和中央管理的中心;第二级为直接数字控制器（DDC），能独立完成对现
25、场机电设备的数据采集和控制;第三级为现场传感探测元件及控制执行元件。它可以构成洁净循环空调自动控制系统，新风机组自动控制系统。系统拓扑结构见图 5：楼宇自动化系统远程监控服务器直接数字监控系统直接数字监控系统D风机湿度温度传感传感器器压 压压差 差差开 开开关 关关压电动差调节开 阀关FZKXD风机湿度温度传感传感器器压 压压差 差差开 开开关 关关压电动差调节开 阀关FZKX防电极加湿冻器控制箱开关防冻电极加湿开器控制箱关图图 5 5 空调控制系统拓扑结构示意图空调控制系统拓扑结构示意图（二）（二）DDC DDC 选型、介绍及特点选型、介绍及特点选型：在本次设计中选择的是研华 3520 型
26、DDC 控制器。介绍：BAS-3000 系列直接数字控制器是一款功能强大的一体化现场控制器，控制器与上位机之间采用 TCP/IP 通讯协议，10/100M 的通讯速率，保证现场设备状态通过控制器快速、无差错的反应到上位机操作界面上来。BAS-3000控制器本身提供多个输入输出通道，包括模拟量输入 AI、模拟量输出 AO、数字量输入 DI 和数字量输出 DO 通道。其中，BAS-3520 提供 4 个通用输入，每一个通用输入通道通过软件可以设置为数字量输入和模拟量输入通道。BAS-3000 控制器提供一个 Ethernet 网络接口和一个 RS-485 通讯端口，其中Ethernet 接口用于连
27、接上位机 HMI 以及逻辑编程的下载，RS-485 接口用于扩展第三方硬件设备。当 IO 数量不能满足需要的时候，BAS-3000 控制器可以进行IO 扩展，每一个 BAS-3000 控制器最多可以接 3 个 IO 扩展模块，同时 IO 扩展模块也可以作为远程 IO 模块单独使用。BAS-3000 系列控制器使用强大的图形化编程控制软件 BASPro，对分散在大楼各个角落的现场设备进行监视和控制。特点：1.完全基于以太网的楼宇控制器WebServer功能，允许用户直接登陆 DDC 查看数据强大的图形化编程软件 BASPro内置丰富的 BA 专用模块，开发方便以太网连接，10/100M 速率保证
28、数据快速通讯扩展模块丰富多样，系统扩展灵活：最多可支持 3 个本地 I/O 模块，15 个远程 I/O 模块（通过 RS-485）实时时钟及看门狗定时器支持自调节 PID 控制支持 Modbus 及 Modbus RTU等通讯协议2.强大的智能楼宇控制功能专为楼宇自动化控制设计的控制模块能解决各种楼宇控制问题，如空调控制、电力节能制、空气环境控制等 BAS-3000 DDC 自动扫描功能内置自动扫描硬件设备功能，在 Builder 中可以扫描连接到以太网中的 BAS-3000 DDC 设备，并且可以查看硬件信息，方便用户配置现场中的监控系统硬件设备联动功能通过内置的逻辑功能模块编制设备之间的联
29、动关系，可以轻松实现设备之间的联动功能，如通过监控用户是否开启窗户，来决定室内空调风机的起停、待机等工作状态，在 Advantech BASPro 中，可以通过拖曳几个功能模块轻松做到时间同步功能内置时间同步模块，既可以设定任何一款 DDC 作为时间服务器或客户端，又可以外挂精准时间源作为时间服务器，保障了设备之间的同步联动机制，也精确了时间日程设定 TCP/IP 通讯 BAS-3000 系列控制器是完全基于以太网的控制器，可以通过 Modbus/TCP 客户端/服务器协议与其它设备进行通讯。3.RS-485 通信BAS-3000 控制器有一个串行通信端口，可以连接各种串行设备。图1-2,CO
30、M1 是一个 RS-485 端口，用来连接其他的智能串行从设备。BAS-3000 最多可以连接 15 个支持 Modbus/RTU 主模块的远程 IO 设备。4.BAS-3000 I/O 扩展模块规格当主模块的 I/O 数量不能满足用户需求的时候，BAS-3000I/O 提供不同类型的扩展模块。对于本地扩展，BAS-3000I/O 模块可以直接插在 BAS-3000 控制器的背面。对于远程扩展，BAS-3000 控制器通过 RS-485 连接 BAS-3000 模块。安装详情请参考第二章内容。DDC 接线图见图 6：010VAO0+RTDDIAO1+AO2+AO3+AO0-AO1-AO2-DA
31、TA+DATA-GNDBAS-3520AO3-UI0+UI1+UI2+UI3+LANUI0-UI1-UI2-UI3-VS+COMCOMCOMCOMCOMCOMCOMDI7COMVS-COMCOMDI1DI2DI3DI4DI5VCCVCCDO1DO2DO3LOADDO0-+DI0DI6FG图图 6 DDC6 DDC 接线图接线图学习本课程的心得:楼宇自动化课程设计是楼宇自动化技术与应用课程的重要教学环节之一，通过这一环节达到了解楼宇自动化设计的内容、程序和基本原则，学习设计的基本步骤和方法，巩固楼宇自动化技术与应用课程的理论知识，培养独立工作能力和解决实际工程问题的能力。在本次课程设计中，我将书本知识与实际情况联系起来，通过老师的指导和同学的帮助，了解了洁净空调设计的具体流程，学会了运用 Visio绘制空调控制系统图，并对洁净空调的控制方法有了新的认识。最后经过自己的努力，最终完成了设计说明报告，并绘制出相应的图纸，包括风冷热泵机组控制系统图、洁净循环处理机组控制系统图、洁净新风机组控制系统图、中央空调控制系统拓扑结构图。