一、凈化空調(diào)系統(tǒng)概述
凈化空調(diào)控制系統(tǒng)就是將室外空氣經(jīng)過多級過濾處理和溫度、濕度控制送入室內(nèi)并合理地組織室內(nèi)的空氣流動(dòng)，快速排除室內(nèi)的有害物質(zhì)及細(xì)菌，對室內(nèi)潔凈程度、溫濕度和壓力進(jìn)行控制的空調(diào)系統(tǒng)。凈化空調(diào)系統(tǒng)一般由空氣過濾系統(tǒng)、空氣熱、濕處理系統(tǒng)和送排風(fēng)系統(tǒng)三大部分組成。
P3實(shí)驗(yàn)室對溫濕度、潔凈度和房間壓力有嚴(yán)格的要求，因此P3實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)系統(tǒng)就成為典型的凈化空調(diào)系統(tǒng)。由于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的是能夠產(chǎn)生有害物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，這種房間的環(huán)境品質(zhì)要求就非常高，首先環(huán)境必須達(dá)到一定的潔凈度和溫濕度要求以保證作為實(shí)驗(yàn)對象菌類能夠正常存活，潔凈度或者溫濕度品質(zhì)的微小變化都有可能造成菌類的死亡或者實(shí)驗(yàn)過程的不可控，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。實(shí)驗(yàn)室房間的具體功能決定了環(huán)境品質(zhì)必須維持穩(wěn)定，需要高精度的溫濕度環(huán)境，并且具有較高的潔凈度要求，實(shí)驗(yàn)室還有毒源，負(fù)壓和壓差梯度的控制要求，使得系統(tǒng)得運(yùn)行管理工作難度增大，故對以上系統(tǒng)采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)軟件和高精度的敏感元件，既可以提高系統(tǒng)的環(huán)境溫濕度精度，又可以提高管理效率和質(zhì)量。
二、凈化空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)和參數(shù)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)就是《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》和《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》及設(shè)計(jì)院的暖通、電氣圖紙，二次深化設(shè)計(jì)的自控系統(tǒng)必須滿足生物安全三級實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)功能要求以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫濕度、壓差梯度、潔凈度、氣流組織等要求?？刂茀?shù)如下：
1)壓差參數(shù)：P3實(shí)驗(yàn)室(相對大氣)：-40Pa~ -80Pa
緩沖室(相對大氣)：-20Pa~?-40Pa
更衣(相對大氣)：-10Pa~-30Pa
控制室(相對大氣)：-5Pa
2)壓差開關(guān)報(bào)警值設(shè)計(jì)為：初效過濾器：60Pa
高效過濾器：400Pa
中效過濾器：150Pa
活性炭過濾器：600Pa
3)換氣次數(shù)：實(shí)驗(yàn)室大于20次
4)潔凈等級：P3實(shí)驗(yàn)室：萬級
緩沖室：10萬級
5)溫濕度參數(shù)：P3 實(shí)驗(yàn)室溫度：22℃~24℃；
P3實(shí)驗(yàn)室濕度：45%~55%
三、實(shí)驗(yàn)室凈化空調(diào)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
1）實(shí)驗(yàn)室凈化空調(diào)控制系統(tǒng)組成
P3實(shí)驗(yàn)室凈化空調(diào)自控系統(tǒng)由圖形工作站、WINCC組態(tài)軟件、FDA認(rèn)證軟件、工業(yè)級PLC控制器、各類傳感器、電動(dòng)閥門、變頻器、報(bào)警裝置等組成。
控制系統(tǒng)使用可編程序控制器，并采用CPU、通訊、電源的冗余結(jié)構(gòu)，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。PLC控制器對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行就地監(jiān)視和控制，圖形工作站上安裝WINCC組態(tài)軟件，可以對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和遠(yuǎn)程控制，工作站上可以顯示風(fēng)管溫濕度、壓力、風(fēng)速和各被監(jiān)測房間的溫濕度壓差以及各種設(shè)備的狀態(tài)反饋，并具有歷史數(shù)據(jù)記錄、動(dòng)態(tài)曲線和報(bào)警提示等功能。管理人員可通過計(jì)算機(jī)操作界面調(diào)整溫濕度以及壓力設(shè)定值、報(bào)警值，當(dāng)各溫濕度、壓力監(jiān)測值超過設(shè)定的報(bào)警上、下限時(shí)，工作站上顯示報(bào)警提醒工作人員，系統(tǒng)還具有Web發(fā)布功能。為了防止設(shè)備系統(tǒng)在運(yùn)行過程中因人為因素影響系統(tǒng)安全，需要安裝符合FDA認(rèn)證要求的軟件(保證操作的可追溯性)設(shè)置運(yùn)行保護(hù)功能，設(shè)置運(yùn)行管理人員、操作人員不同水平，建立操作人員操作記錄，登錄和修改參數(shù)都有記錄，管理人員可隨時(shí)檢查操作修改記錄，如果出現(xiàn)操作失誤，可及時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤定位，便于科學(xué)管理。
2）實(shí)驗(yàn)室凈化空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)P3實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際需求，系統(tǒng)需要保證實(shí)驗(yàn)室的恒溫、恒濕、固定的換氣次數(shù)和嚴(yán)格負(fù)壓要求，系統(tǒng)需要監(jiān)視的參數(shù)有：房間溫濕度監(jiān)測和顯示，房間壓力監(jiān)測和顯示及超限聲光報(bào)警，回風(fēng)溫濕度監(jiān)測和顯示，送風(fēng)風(fēng)速，熱水閥、冷水閥、加濕閥的閥門開度、新風(fēng)閥、排風(fēng)閥的閥位反饋以及送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、手自動(dòng)狀態(tài)，變頻器的頻率監(jiān)測等。
根據(jù)使用方要求及P3實(shí)驗(yàn)室的特殊性以及“保證環(huán)境安全、保證實(shí)驗(yàn)人員安全、保證實(shí)驗(yàn)樣本安全”三項(xiàng)原則，自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
為了保證PLC的可靠性，現(xiàn)場控制器選用了高可靠、高速度、免維護(hù)的工業(yè)級控制器，控制器可脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作，避免了一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障造成控制系統(tǒng)癱瘓，并且在控制系統(tǒng)上還設(shè)置了手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，保證在控制系統(tǒng)失控時(shí)可人為轉(zhuǎn)換為手動(dòng)操作。除了選擇工業(yè)級的控制器外，還做了CPU、電源和通訊模塊以及接口模塊的冗余。
控制系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、和應(yīng)急手動(dòng)控制三種工況，優(yōu)先級別按順序從低到高。手動(dòng)控制是指非程序控制下的手動(dòng)操作，即在控制柜面板上對系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行控制，用按鈕按照順序開啟或關(guān)閉閥門、風(fēng)機(jī)等，這種工況主要是用于檢修；自動(dòng)控制是指系統(tǒng)開啟以后完全按控制系統(tǒng)的程序運(yùn)行；這種工況是正常工作狀態(tài)，此時(shí)實(shí)驗(yàn)室的溫濕度和壓力必須保證；緊急手動(dòng)是指自動(dòng)控制系統(tǒng)失靈，房間壓力報(bào)警時(shí)，通過緊急手動(dòng)按鈕重新按照開機(jī)順序開啟系統(tǒng)風(fēng)機(jī)和風(fēng)閥，保證試驗(yàn)人員安全撤離。
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