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1、南京理工大学硕士研究生学位论文开题报告姓 名： 汪韵新 学 号： 011110756 学 科： 控 制 工 程 所在院系： 自 动 化 学 院 指导教师： 2014年 3月 20日填一、拟选定学位论文的题目名称洁净室空调控制及节能的研究二、选题的科学意义和应用前景随着各种电子终端产品应用的普及，市场对电子终端所使用之TFT-LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）产生了旺盛需求，国内很多企业如华星、京东方、深超、中电熊猫等近年都加大了对产能建设的投入，很多洁净厂房在中国相继建立起来。暖通空调HVAC（Heat，Ventilation an
2、d Air-Conditioning），就是通过对室内空气进行调节，创造一个空气环境（包括温度、湿度、洁净度及空气流动速度等各参数）来服务于生产工艺。中央空调根据生产工艺的不同要求而确定室内空气诸参数的要求。电子工业对环境的要求除了温湿度外，高洁净度是其另一大特征。洁净厂房与普通厂房有很大区别，体现在：初期投资金额大；运行成本高；温湿度、洁净度的稳定性对产品的良率有很大影响；各区域温湿度要求不一致等。洁净空调运行成本与空调形式、控制方式等都直接相关。对洁净环境进行有效的温湿度控制，以达到生产环境的高要求。同样，控制的方式和稳定性对产品的良率和降低洁净室运营成本也有很高的要求。对于一个理想的洁净
3、厂房控制系统而言，应具有很高的可靠性、精确性和可适应性，并且在外界干扰的情况下，尽快回到控制范围内。因此，个人认为洁净厂房控制的研究是十分有必要的。与民用空调相对重视节能问题而言，由于各种各样的原因，有相当多的洁净空调处于非正常工作状态，浪费能源的问题比较突出。洁净空调节能措施，当前洁净空调应重点采取的节能措施主要集中在四个方面，合理确定设计参数，优先选用节能设备，加强装备水平，采用先进生产工艺，提供洁净空调的自动化控制水平。空调系统的温湿度控制精度总是差强人意，原因就是，空调系统是一个时变、非线性、大滞后系统，常规的控制策略很难获得良好的控制性能。本文以中电熊猫液晶显示科技有限公司阵列厂房洁
4、净空调为例，描述了洁净中央空调温湿度的基本控制方案，并给出工程调试结果。然后对此洁净中央空调进行相关数据采集，通过MATLAB软件，用最小二乘法，建立冷水阀门开度与厂房房间内温度间的数学模型（一阶惯性滞后+纯滞后模型），为系统仿真提供模型依据。本文先介绍了SMITH预估原理，并将其改进。在预估误差回路上，加入加权平均滤波，来增强系统的稳定性。随后介绍了模糊控制基本理论，模糊自适应PID算法的原理并针对中央空调冷水阀门与房间温度之间的数学模型，采用模糊自适应PID+改进的SMITH预估控制算法，在MATLAB软件上进行系统仿真，得到很好的控制效果。提出空调降温PID与加热PID互锁，除湿PID与
5、加湿PID互锁的思想，同时给出如何合理的选择这四个PID孔氏回路的设定值，使控制系统节能，应用于实例，取得了良好的节能效果。 液晶面板在生产过程中，如果洁净厂房洁净度不高，粒子如果过多，将增加空气的导电性，将会击穿电子芯片。一旦温度或湿度不在可控范围会影响到曝光的精度或静电集聚导致微电路短路或断路。要解决空调温湿度控制，首先就是要克服温湿度滞后问题，然后再考虑温湿度控制之间的耦合关系，因此中央空调的温度控制的关键技术之一就转化成为了控制系统大滞后问题的研究。在此基础上结合具体分区域洁净室空调型式与控制重点展开对洁净度的控制研究以及满足生产要求前提下的节能研究。以曝光工艺段为例，主要控制因子为温
6、度，曝光的精度对玻璃基板所在环境的温度要求在231，实际曝光机在曝光过程中温度稳定性要求更高(内部设置温度微调装置进行解决)。同样以配向工艺段为例，主要控制因子为相对湿度，规格为6010%，湿度过低会导致在摩擦配向的过程中产生静电的集聚。相对湿度主要和洁净室补充的新风的露点温度有关，同时也和环境的温度成一定的非线性的关系。所以，洁净空调的温湿度控制主要转化为二方面，新风的温湿度控制和洁净室的干盘管温度控制系统。三、 背景科研项目情况简介本课题为中电熊猫液晶显示科技有限公司阵列厂房温湿度控制及节能的研究。早期的工业空调没有实现自动控制，都是有经验的操作工人根据实际工况将调节阀调节到一定的位置。需
7、要很长时间才能达到预定的效果，这样必然会导致能源的浪费，而且在一段时间内不进行调节，控制效果会变坏。由于计算机、通信和电子技术的发展，出现了多种多样的控制器，给空调的控制带来了方便。目前大多数的工业洁净空调采用定风量空调，其做法是：对于系统升温、降温、加湿和除湿四个过程，进行四个独立的单回路控制。检测房间内的相对湿度，当湿度低于给定值时，加湿阀门动作，进行系统加湿过程；当温度高于给定值时，冷水阀门动作，进行系统降温过程；房间温度低于给定值时，热水阀门动作，进行系统热补偿过程。由于只有三个执行器（冷水阀门、热水阀门、蒸汽加湿阀门），其中冷水阀门兼顾降温与除湿的控制，当出现系统需要降温与除湿同时进
8、行时，冷水阀门按照控制作用大的那个输出，作为系统的输出，然后进行相应的热补偿或加湿补偿，使得房间的温度和湿度趋近于给定值。要解决空调温湿度控制，首先就是要克服温湿度大滞后问题，然后再考虑温湿度控制之间的耦合关系。洁净空调节能措施主要集中在四个方面：合理确定设计参数；优先选用节能设备，积极采用节能技术；加强装备水平，采用先进生产工艺，提高洁净空调的自动化控制水平。洁净空调的自动控制系统，主要由温度传感器、湿度传感器、压力传感器、压差开关报警器、阀门驱动器、水量调节阀、蒸汽调节阀、流量计、风机电机变频器等自控元件组成。以实现温湿度的显示与自控、风量风压的恒定、过滤器及风机前后压差报警、换热器水量控
9、制、新回风量自控等功能。南京中电熊猫液晶显示科技有限公司由中国电子信息产业集团有限公司19%、南京中电熊猫信息产业集团有限公司51%、南京新工投资集团有限责任公司11.175%、南京新港开发总公司18.875%合资于2009年8月20日注册成立，是中国电子信息产业集团有限公司旗下的三级企业，企业性质为国有控股。注册资金48亿元。四、学位论文主要研究内容本课题主要解决以下四个问题：1、洁净空调控制系统主要研究： 1)洁净空调控制系统的种类和研究现状2)洁净空调的温湿度控制现状3)本课题当前控制系统的现状分析4)当前洁净室空调的节能控制现状2、系统建模 主要研究： 1)建模的主要目的 2)系统结构
10、及工作原理3)最小二乘法辨识 4)采集建模所用数据 5)数学建模3、温度模糊自适应PID+SMITH预测控制仿真主要研究： 1)大滞后问题研究现状 2)SMITH 预测原理 3)SMITH预估补偿结构的改进 4)模糊控制的基本概念 5)模糊自适应PID控制 6)模糊自适应PID+SMITH预估控制器结构域仿真4、洁净空调节能控制研究 主要研究： 1)温湿度控制算法与节能 2)洁净空调控制系统设计 3)模糊自适应PID算法在PLC中的实现 4)节能控制在本项目中的实际应用五、预期解决的主要问题问题1：采用模糊自适应PID+SMITH预估的控制算法，来解决本课题中洁净空调的温度大滞后控制问题。本课
11、题总结了洁净中央洁净空调系统设计、温湿度控制基本方法。使用MATLAB软件，对采集的中央空调系统的相关数据，应用最小二乘法的建模思想，建立中央空调冷水阀门调节与房间温度关系的数学模型，为系统仿真提供依据。熟悉SMITH预估、模糊控制理论，采用模糊自适应PID+SMITH预估的控制思想，解决中央空调温度大滞后问题，对建立的模型进行仿真。问题2：节能控制的思想，以及节能控制在本课题中的实际应用的研究，以及采用节能控制后的经济效益体现。新风系统中，预冷系统PID与预热系统PID互锁；除湿系统PID与再热系统PID的互锁控制；变风量系统&定风量系统在本课题中实际应用的研究等。模糊自适应PID算法用到系
12、统的降温控制，在本课题中的具体实现后的效果评估。冷冻机房利用控制进行节能的设计以及节能方案的经济效益体现。六、开题条件本人及企业导师所在项目组，在南京中电熊猫液晶显示科技有限公司安全环保动力部领导的组织支持下，进行公司的洁净空调控制与节能的研究。公司刚刚成功完成六代线洁净室项目的建设，前期的建设和运行中的调整为本项目提供了非常宝贵的经验。公司在前期设计80k月产能（k-千张玻璃基板）产能基础上，新增部分设备和洁净室，设计产能为达到90k。公司为本项目提供了相应的支持，包括必要的软硬件支持等。学校导师在模糊控制和节能控制方面的深入研究，为本课题提供了坚实的理论基础和工程技术支持。目前，本课题正在
13、顺利进行中。 七、文献综述1 引言暖通空调，简称HVAC（Heat，Ventilation and Air-Conditioning），就是通过人为对室内空气进行调节，人工创造一个空气环境（温湿度、洁净度、照度等）来服务于生产工艺、实验环境和生活环境。暖通空调根据服务对象的不同可分为民用空调和工业空调。所谓工业空调就是根据工艺生产的不同要求而确定室内空气各参数的空调，工业生产中需要提供工艺性空调环境的典型行业有以高精度恒温恒湿为特征的某些精密机械、仪表制造业等；以高洁净度为特征的电子工业、兼顾温湿度的医药工业；以保证湿度要求为特征的纺织业。而舒适性空调则是根据不同用途而确定能满足人们舒适性要求
14、的空气诸参数的空调。1-6当前，中央空调的温度控制（降温与加热过程）通常存在着较大的纯滞后，使得温度控制容易产生震荡，不容易达到高控制精度。同时，与民用空调相对较重视节能问题而言，有相当多的洁净空调浪费能源的问题比较突出。常见的原因为系统升温与降温控制彼此独立，加湿与除湿控制彼此独立，系统运行中存在着降温与加热同时作用，加湿与除湿共同作用，出现极大的能源浪费。7-9 2 国内外洁净空调控制系统的研究和发展现状 早期的工业空调没有实现自动控制，都是有经验的操作工人根据实际工况将调节阀调节到一定的位置。需要很长时间才能达到预定的效果，这样必然会导致能源的浪费，而且在一段时间内不进行调节，控制效果会变坏。由于计算机、通信和电子技术的发展，出现了多种多样的控制器，给空调的控制带来了方便。目前大多数的工业洁净空调采用定风量空调，其做法是：对于系统升温、降温、加湿和除湿四个过程，进行四个独立的单回路控制。检测房间内的相对湿度，当湿度低于给定值时，加湿阀门动作，进行系统加湿过程；当温度高于给定值时，冷水阀门动作，进行系统降温过程；房间温度低于给定值时，热水阀门动作，进行系统热补偿过程。由于只有三个执行器（冷水阀门、热水阀门、蒸汽加湿阀门），其中冷水阀门兼顾降温与除湿的控制，当出现系统需要降温与除湿同时进行时，冷水阀门按照控制作用大的那个输出，作为系统的输出，然后进行相应的热补偿或加湿补偿
