洁净车间数字化监管系统设计

摘 要

洁净车间数字化监控系统是针对制药、电子等行业洁净车间需求开发的管理系统，利用传感器技术、自动化控制技术、智能控制技术、信息化技术、数据分析与挖掘技术等综合平台，实现对洁净车间的自动化、信息化、数字化管理，保证生产工艺环境要求大幅提高控制的稳定性、节能降耗、节省人员、移动监控等效果，提高企业综合管理水平。

【关键词】洁净车间 净化车间 AHU HAVC 自动控制

1 设计背景

空气洁净技术将空气中的微粒子、有害空气、细菌等污染物排除，并能将室内温度、洁净力、气流速度与分布、噪音振动及照明、静电控制在要求范围内，已在军事、航天、微电子、精密制造、精细化工、医疗、生物制药、食品等很多行业和领域得到广泛的应用。随着新GMP认证推进，国家食品药品监督管理局对药厂、食品厂、医院、医疗机械等行业的要求标准越来越高，洁净工程技术将应用得越来越广泛，要求也越来越严格。

目前对洁净车间的管理还是劳动密集型，能耗高，管理方式粗放，自动控制水平不高，主要操作需人工调整。而洁净室HVAC的多变量性、复杂性、时变性等因素造成过程要素之间存在严重非线性、大滞后以及强耦合关系，手动控制方法复杂，常出现人为延误和误操作，造成生产环境控制指标波动大，稳定性差，需大量的人员进行维护、调整、抄表等，人力成本高。同时，传统HVAC的技术能耗高，增加了企业运行成本。

2 系统设计方案

基于HTML5的监控和管理高度集成的平台，除了支持Windows、Mac、Linux等主流操作系统外，还支持麒麟等国产操作系统，可很好的满足今后国内操作系统变迁的需求。同时利用Web App技术，自动生成手机、平板等应用，实现移动监控，任务调度、应急处理等。彻底解决传统的SCADA系统只测重实时监控，控制与管理脱节，实现管理功能和数据分析困难，几乎不支持在手机、平板使用，成本高昂一系列等问题。

系统主要功能如下：

2.1 自动化控制、智能控制、集中监控

（1）对主要参数进行集中控制和远程监控，解决传统手工方法无法实时掌握数据，难于把控全局和及时进行精细化调整的问题，实现数据的实时化、远程化、精确化管理。

（2）对空调的新风量、回风量、温湿度、送风风量以及洁净房间的送风量、压差、温湿度等进行自动化控制，由现有的空调机组的温度、湿度控制单机控制，升级成为整个洁净车间集中自动化控制。

（3）开发独有模糊控制、联动控制、平衡控制控制系统，解决由于洁净室HVAC的自动化传统控制方法无法实现稳定控制的难题，提高生产环境的稳定性和可靠性，从而保证生产安全。

2.2 节能控制、平衡联动控制

（1）系统根据环境温度、湿度、工作时间和非工作时间段等参数，自动切换工作模式，提供不同参数下的风量和冷（热）量供给，解决传统人工控制反应不及时的问题，减少能源消耗。

（2）系统空气处理部分采用新风定风量控制、二次回风控制、冷冻机群控等控制策略，可大幅度降低空气处理所需的能源消耗。

（3）根据室外环境，自动切换工作模式。通过对洁净车间运行时所消耗的能源（水、电、气等）进行监控和记录，系统可以对历史能耗数据进行分析，形成优化的节能控制策略，节约能源，减少设备损耗。

（4）采用智能控制技术，系统可根据设定时间自动启动、停机，使洁净车间在上班时间时提前到达所需洁净度，温、湿度，压差等生产环境条件；在下班时间到达后，关闭空气处理系统，启动值班风机等，维持洁净环境最低要求。

（5）结合当地气象条件，系统还可以实现通过冷却水制冷的功能。即当地大气温度低于15℃，可以维持一定时间时，如果空气处理系统还需制冷，系统可以根据设置条件，自动关停冷冻机组，启用冷却水进行制冷，大大降低能耗，节省运行成本。

2.3 数据与报表管理

采集传感器数据，通过自动化抄表平台，实现了自动抄表，自动记录设备运行状况，设备故障自动报警，设备保养维护自动提醒等功能。

2.4 智能报警平台，设备供应商平台

（1）独创智能报警平台，通过多种参数关联比较、抽取历史数据分析，使其发出模拟人工判断的智能报警，及时发现和处理问题，解决了传统自动化系统只能显示高高报、高报、低报、低低报的孤立且单一的报警模式。

（2）提供供应商协同平台，通过手机APP、短信、自动语音电话等方式，设备厂家可实时把握异常信息和运行状态，进行故障分析，有利于快速发现问题，实时反馈处理情况给企业。同时设备供应商通过平台对设备历史运行数据分析，从而对设备的维护、保养、更换提出合理化建议。

2.5 数据分析与挖掘

（1）提供洁净车间KPI（关键绩效指标）管理，利用大数据分析和预测等技术，实现企业运行主要数据的分析、跟踪、预测，实现提前预警、及时处理。

（2）通过对年度、季度、月的整体综合能源数据统计与分析，及时将进行工艺优化及设备改造的能耗对标有效的进行展示。 通过对能耗数据的监控与分析，实现能源的成本核算，建立客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，如图1。

3 结论

洁净数字化监管是一门跨行业、跨部门、跨学科的综合性新兴分支学科，随着国家政策的不断出台，对洁净环境要求也在不断严格， 通过在实验室测试，应用系统后，HAVC系统节能30%以上，节省人工70%左右，预计大概2-3年收回成本，因此项目易被客户接受，前景广阔。

参考文献

[1]胡汉江，白晓明.生物制药洁净厂房空调系统与压差控制方案探讨[J].洁净与空调技术，2009（1）：31-34.

[2]蔡章伟.关于药厂洁净空调系统的优化设计研究[J].科技创新与应用，2014年（18）：51-51.

[3]朱虹，杨明明.基于制药车间厂房的洁净空调设计[J].现代制造，2014（20）：55-58.

作者简介

岑贤生（1980-），男，广西壮族自治区桂平市。大学本科学历。现为广西机械工业研究院技术中心主任，高级工程师。主要研究方向为计算机、自动化控制、3D打印。

王吉才（1963-），男，黑龙江省达安。大学本科学历。现为广西机械工业研究院院长、高级工程师。主要研究方向为机械制造、智能制造、企业管理。

作者单位

广西机械工业研究院 广西壮族自治区南宁市 530007