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        淺議藥廠潔凈室壓差及送風(fēng)量的自動化控制

        2018-08-10 07:14:30
        機(jī)電信息 2018年23期
        關(guān)鍵詞:變風(fēng)量潔凈室門限

        李 松

        (上海朗脈潔凈技術(shù)股份有限公司,上海201100)

        0 引言

        藥廠潔凈室的壓差及送風(fēng)量作為空調(diào)自控系統(tǒng)中自動化控制的關(guān)鍵參數(shù),在《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(2010年修訂版)》(以下簡稱新版GMP)及GB 50073—2013《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》中對其作了明確規(guī)定。

        新版GMP規(guī)定:潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間、不同級別潔凈區(qū)之間的壓差應(yīng)當(dāng)不低于10 Pa。必要時(shí),相同潔凈度級別的不同功能區(qū)域(操作間)之間也應(yīng)當(dāng)保持適當(dāng)?shù)膲翰钐荻萚1]。可以說,保持不同級別區(qū)域間的壓差或者同級房間的適當(dāng)壓差梯度符合要求是減少外部污染、防止交叉污染的重要手段?!稘崈魪S房設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定:不同空氣潔凈度等級需要的換氣次數(shù)不同,即對送風(fēng)量有不同要求。合理的換氣次數(shù)是保持潔凈室等級符合要求的重要參數(shù)[2]。

        本文以某藥廠的潔凈室壓差和送風(fēng)量的自動化控制為例,闡述自動化控制系統(tǒng)中壓差及送風(fēng)量控制的具體設(shè)計(jì)與實(shí)施。

        1 潔凈室壓差及送風(fēng)量控制的原理

        1.1 房間送風(fēng)量條件

        為了保證房間具有一定的壓力(正壓或者負(fù)壓),可以通過調(diào)節(jié)房間的送風(fēng)量、回風(fēng)量或者排風(fēng)量來控制房間壓力。

        房間的送風(fēng)量需要達(dá)到下列條件中的最大值:(1)空氣潔凈等級要求的送風(fēng)量;

        (2)根據(jù)熱、濕負(fù)荷計(jì)算確定的送風(fēng)量;

        (3)補(bǔ)償室內(nèi)排風(fēng)量和保持室內(nèi)正壓所需的送風(fēng)量之和;

        (4)保證供給潔凈室內(nèi)每人每小時(shí)的新鮮空氣量不小于40 m3。

        由于對送風(fēng)量有上述要求,所以一般不對房間的送風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整,而是結(jié)合潔凈室的實(shí)際情況對房間的回風(fēng)量或者排風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。通過在回風(fēng)管或者排風(fēng)管上安裝電動調(diào)節(jié)閥,根據(jù)需要控制的房間壓力進(jìn)行自動控制,保證房間壓力維持在所需范圍內(nèi),從而保證相鄰房間或者不同級別潔凈區(qū)之間的壓差滿足要求。

        1.2 送風(fēng)量控制方法

        在系統(tǒng)送風(fēng)量控制中,為了保證系統(tǒng)中各個(gè)房間的送風(fēng)量恒定,通過以下方法實(shí)現(xiàn):

        (1)在每個(gè)房間的送風(fēng)管上加裝手動調(diào)節(jié)閥,通過調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)閥使各個(gè)房間的風(fēng)量達(dá)到平衡和恒定。以這種方式運(yùn)行的系統(tǒng),由于各房間高效過濾器阻力不一定是成比例地增加,在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后,各房間的風(fēng)量平衡將被破壞,這需要重新調(diào)整手動調(diào)節(jié)閥,使風(fēng)量重新平衡。

        風(fēng)量平衡的調(diào)整是一個(gè)多次重復(fù)的過程,在多次重復(fù)的調(diào)整過程中找到一個(gè)最優(yōu)的平衡狀態(tài)。對風(fēng)量平衡的調(diào)節(jié)需要由有一定專業(yè)知識和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的人員操作。

        (2)在每個(gè)房間的送風(fēng)管上加裝定風(fēng)量閥,當(dāng)房間高效過濾器阻力發(fā)生變化時(shí),定風(fēng)量閥會自動調(diào)整開度,使通過定風(fēng)量閥的風(fēng)量恒定,從而保證房間的送風(fēng)量恒定。

        在目前的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,只保證生產(chǎn)過程中的送風(fēng)量滿足要求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,在消毒或者其他非生產(chǎn)過程中,對送風(fēng)量也是有要求的。

        1.3 特殊需求

        在消毒過程中,為了使消毒劑的濃度達(dá)到一定要求,系統(tǒng)的送風(fēng)量不能太高,否則對消毒劑的需求量將變大。在非生產(chǎn)過程中,由于沒有人員活動及設(shè)備運(yùn)行,潔凈室的環(huán)境處于相對靜止?fàn)顟B(tài),此時(shí)適當(dāng)?shù)亟档退惋L(fēng)量也能保證環(huán)境的潔凈等級符合要求。在這些新的需求下,手動調(diào)節(jié)閥或者定風(fēng)量閥已經(jīng)不能滿足要求。

        因此,可在房間的送風(fēng)管上設(shè)置變風(fēng)量閥,當(dāng)潔凈室處于不同的狀態(tài),通過自控系統(tǒng)給變風(fēng)量閥設(shè)定不同的風(fēng)量值,使其滿足不同要求的送風(fēng)量。我們將變風(fēng)量閥的這種工作模式稱為多穩(wěn)態(tài)變風(fēng)量閥工作模式。

        2 壓差控制和送風(fēng)量控制的自動化設(shè)計(jì)

        2.1 壓差控制

        為了控制房間壓力,需要在各房間中安裝壓力傳感器,在房間的回風(fēng)管或者排風(fēng)管上安裝電動調(diào)節(jié)閥,并在潔凈室的房間門上安裝門限位開關(guān)。

        根據(jù)壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測房間壓力變化,當(dāng)房間壓力發(fā)生變化時(shí),調(diào)節(jié)閥根據(jù)壓力變化做出調(diào)整,以此保證房間壓力。門限位開關(guān)的作用是當(dāng)房間門處于打開狀態(tài)時(shí),PID將停止計(jì)算,調(diào)節(jié)閥將根據(jù)門限位開關(guān)的信號停止動作;當(dāng)房間門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí),PID繼續(xù)計(jì)算,控制調(diào)節(jié)閥根據(jù)房間壓力的變化動態(tài)調(diào)整開度,保證房間壓力穩(wěn)定。當(dāng)房間門處于打開狀態(tài)時(shí),兩個(gè)房間處于連通狀態(tài),壓力低的房間由于受壓力高的房間泄壓而壓力變高,壓力高的房間由于泄壓使房間壓力變低。由于兩個(gè)房間的壓力均偏離設(shè)定值,如果閥門繼續(xù)調(diào)整,將導(dǎo)致壓力高的房間調(diào)節(jié)閥一直關(guān)小使壓力升高,壓力低的房間調(diào)節(jié)閥一直開大使壓力降低,由于兩個(gè)房間處于連通狀態(tài),房間壓力始終一樣,無論怎樣調(diào)整調(diào)節(jié)閥,兩個(gè)房間的壓力至少有一個(gè)和設(shè)定值不一樣,或者兩個(gè)房間的壓力都和設(shè)定值不一樣,在這兩種情況下繼續(xù)調(diào)整房間壓力將失去意義。在開門過程中,如果房間的調(diào)節(jié)閥繼續(xù)調(diào)節(jié),將會導(dǎo)致比較嚴(yán)重的后果。

        如果兩個(gè)房間的送風(fēng)量相差較大,若低壓側(cè)的房間送風(fēng)量較小,在長時(shí)間的開門過程中,將會導(dǎo)致低壓房間的調(diào)節(jié)閥門全開;若高壓側(cè)的房間送風(fēng)量較小,在長時(shí)間的開門過程中,將會導(dǎo)致高壓側(cè)房間的調(diào)節(jié)閥全關(guān)。

        不管調(diào)節(jié)閥是全開還是全關(guān),都將導(dǎo)致在關(guān)閉房門的過程中,兩個(gè)房間的壓差過大,關(guān)門變得很困難,甚至房門無法關(guān)閉。

        因此,當(dāng)門限位開關(guān)檢查到房間門處于打開狀態(tài)時(shí),房間的調(diào)節(jié)閥將停止調(diào)節(jié)。

        為防止調(diào)節(jié)閥全開或者全關(guān),在調(diào)節(jié)閥控制中加入了最小開度和最大開度的限制,限制值根據(jù)調(diào)節(jié)閥長時(shí)間運(yùn)行的開度適當(dāng)加上一個(gè)偏差來確定。安裝門限位開關(guān)還有一個(gè)用途,就是在潔凈室房門長時(shí)間打開過程中產(chǎn)生告警信息,提醒相關(guān)人員關(guān)閉潔凈室房門,以便房間壓力盡快恢復(fù)正常。

        2.2 送風(fēng)量控制

        為了滿足不同送風(fēng)量的需求,在房間送風(fēng)管上安裝了變風(fēng)量閥,同時(shí)該變風(fēng)量閥具有實(shí)時(shí)風(fēng)量檢測功能。

        控制系統(tǒng)會根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)所處的不同運(yùn)行模式,為變風(fēng)量閥設(shè)定一個(gè)需要的風(fēng)量值。變風(fēng)量閥根據(jù)設(shè)定風(fēng)量和檢測到的風(fēng)量自動進(jìn)行調(diào)整,使通過變風(fēng)量閥的風(fēng)量保持在設(shè)定風(fēng)量范圍內(nèi)。由于變風(fēng)量閥具有風(fēng)量實(shí)時(shí)監(jiān)測功能,控制系統(tǒng)可以通過變風(fēng)量閥的實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)量記錄,實(shí)時(shí)監(jiān)視各房間的送風(fēng)量是否滿足設(shè)計(jì)要求。

        在送風(fēng)量控制過程中,由各變風(fēng)量閥對送入房間的風(fēng)量進(jìn)行限制,即通過送風(fēng)總管的總送風(fēng)量不會再隨送風(fēng)機(jī)頻率增加而增大。為了保證有足夠的風(fēng)送入房間,只要根據(jù)送風(fēng)總管末端的壓力來控制變頻器的頻率,使送風(fēng)機(jī)有足夠的壓力將風(fēng)送入房間。

        3 壓差控制和送風(fēng)量控制的具體實(shí)施

        3.1 壓差控制的具體實(shí)施

        在壓差控制中,使用最常規(guī)的PID算法,將房間實(shí)際壓力作為PID的反饋值,房間需要控制的壓力點(diǎn)作為設(shè)定值,在PID調(diào)節(jié)過程中引入門限位開關(guān)信號,當(dāng)門限位開關(guān)信號為0時(shí),即房間處于打開狀態(tài),停止PID運(yùn)算,PID運(yùn)算結(jié)果保持當(dāng)前狀態(tài),PID的輸出也保持當(dāng)前值,停止房間的壓力控制。當(dāng)門限位開關(guān)信號為1時(shí),即房間門處于關(guān)閉狀態(tài),PID運(yùn)算繼續(xù),開始根據(jù)房間壓力實(shí)時(shí)調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度,保持房間壓力穩(wěn)定。

        房間壓力控制邏輯圖如圖1所示。

        在實(shí)際試運(yùn)行過程中,房間壓力曲線如圖2所示。由圖2可以看出,采用了該控制方案的房間壓力達(dá)到了一個(gè)比較理想的狀態(tài)。

        圖1 房間壓力控制邏輯圖

        3.2 送風(fēng)量控制的具體實(shí)施

        在送風(fēng)量控制中,選用帶有控制器的變風(fēng)量閥,該變風(fēng)量閥由閥體、風(fēng)速測片、帶有壓力檢測的控制器三部分組成。

        在實(shí)際使用中,只需要通過控制系統(tǒng),為變風(fēng)量閥設(shè)定一個(gè)風(fēng)量,變風(fēng)量閥便會根據(jù)設(shè)定風(fēng)量和實(shí)際檢測風(fēng)量自動調(diào)整開度,使實(shí)際風(fēng)量達(dá)到設(shè)定值。

        由于變風(fēng)量閥廠家提供的閥門本身帶有控制器,能根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)自動控制。因此在控制系統(tǒng)中不需要過多的控制,只需要設(shè)定風(fēng)量,檢測變風(fēng)量閥的反饋風(fēng)量。

        圖2 房間壓力運(yùn)行曲線

        在安裝變風(fēng)量閥時(shí),需要注意前后直管段的安裝要求,使其可以保證變風(fēng)量閥工作更加平穩(wěn),反饋風(fēng)量更加準(zhǔn)確。在調(diào)試變風(fēng)量閥時(shí),需要注意將變風(fēng)量閥的最小風(fēng)量旋鈕調(diào)整到最小值,最大風(fēng)量旋鈕調(diào)整到最大值[3],使變風(fēng)量閥能在全量程范圍內(nèi)工作。

        4 結(jié)語

        潔凈室的壓差控制和送風(fēng)量控制是減少外部污染、防止交叉污染、保持潔凈室等級符合要求的重要手段,其影響藥品生產(chǎn)的全過程,壓差和送風(fēng)量的自控化控制在潔凈室的正常運(yùn)行中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用,更好地保證了藥品的生產(chǎn)質(zhì)量。

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