一、凈化空調系統概述

凈化空調控制系統就是將室外空氣經過多級過濾處理和溫度、濕度控制送入室內并合理地組織室內的空氣流動，快速排除室內的有害物質及細菌，對室內潔凈程度、溫濕度和壓力進行控制的空調系統。凈化空調系統一般由空氣過濾系統、空氣熱、濕處理系統和送排風系統三大部分組成。

P3實驗室對溫濕度、潔凈度和房間壓力有嚴格的要求，因此P3實驗室的空調系統就成為典型的凈化空調系統。由于動物實驗室進行的是能夠產生有害物質的實驗，這種房間的環境品質要求就非常高，首先環境必須達到一定的潔凈度和溫濕度要求以保證作為實驗對象菌類能夠正常存活，潔凈度或者溫濕度品質的微小變化都有可能造成菌類的死亡或者實驗過程的不可控，最終導致實驗的失敗。實驗室房間的具體功能決定了環境品質必須維持穩定，需要高精度的溫濕度環境，并且具有較高的潔凈度要求，實驗室還有毒源，負壓和壓差梯度的控制要求，使得系統得運行管理工作難度增大，故對以上系統采用自動化控制系統，利用計算機軟件和高精度的敏感元件，既可以提高系統的環境溫濕度精度，又可以提高管理效率和質量。

二、凈化空調控制系統的設計依據和參數

系統設計的依據就是《生物安全實驗室建筑技術規范》和《潔凈廠房設計規范》及設計院的暖通、電氣圖紙，二次深化設計的自控系統必須滿足生物安全三級實驗室的實驗功能要求以及實驗室內的溫濕度、壓差梯度、潔凈度、氣流組織等要求。控制參數如下：

1)壓差參數：P3實驗室(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)壓差開關報警值設計為：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：實驗室大于20次

4)潔凈等級：P3實驗室：萬級

緩沖室：10萬級

5)溫濕度參數：P3 實驗室溫度：22℃~24℃；

P3實驗室濕度：45%~55%

三、實驗室凈化空調控制系統方案設計

1）實驗室凈化空調控制系統組成

P3實驗室凈化空調自控系統由圖形工作站、WINCC組態軟件、FDA認證軟件、工業級PLC控制器、各類傳感器、電動閥門、變頻器、報警裝置等組成。

控制系統使用可編程序控制器，并采用CPU、通訊、電源的冗余結構，確保整個系統的安全性和穩定性。PLC控制器對現場設備進行就地監視和控制，圖形工作站上安裝WINCC組態軟件，可以對現場設備進行監視和遠程控制，工作站上可以顯示風管溫濕度、壓力、風速和各被監測房間的溫濕度壓差以及各種設備的狀態反饋，并具有歷史數據記錄、動態曲線和報警提示等功能。管理人員可通過計算機操作界面調整溫濕度以及壓力設定值、報警值，當各溫濕度、壓力監測值超過設定的報警上、下限時，工作站上顯示報警提醒工作人員，系統還具有Web發布功能。為了防止設備系統在運行過程中因人為因素影響系統安全，需要安裝符合FDA認證要求的軟件(保證操作的可追溯性)設置運行保護功能，設置運行管理人員、操作人員不同水平，建立操作人員操作記錄，登錄和修改參數都有記錄，管理人員可隨時檢查操作修改記錄，如果出現操作失誤，可及時進行錯誤定位，便于科學管理。

2）實驗室凈化空調控制系統設計

根據P3實驗室的實際需求，系統需要保證實驗室的恒溫、恒濕、固定的換氣次數和嚴格負壓要求，系統需要監視的參數有：房間溫濕度監測和顯示，房間壓力監測和顯示及超限聲光報警，回風溫濕度監測和顯示，送風風速，熱水閥、冷水閥、加濕閥的閥門開度、新風閥、排風閥的閥位反饋以及送風機、排風機的運行狀態、故障狀態、手自動狀態，變頻器的頻率監測等。

根據使用方要求及P3實驗室的特殊性以及“保證環境安全、保證實驗人員安全、保證實驗樣本安全”三項原則，自控系統設計為中央監控計算機控制系統。

為了保證PLC的可靠性，現場控制器選用了高可靠、高速度、免維護的工業級控制器，控制器可脫離計算機獨立工作，避免了一旦計算機出現故障造成控制系統癱瘓，并且在控制系統上還設置了手/自動轉換功能，保證在控制系統失控時可人為轉換為手動操作。除了選擇工業級的控制器外，還做了CPU、電源和通訊模塊以及接口模塊的冗余。

控制系統設置手動控制、自動控制、和應急手動控制三種工況，優先級別按順序從低到高。手動控制是指非程序控制下的手動操作，即在控制柜面板上對系統的設備進行控制，用按鈕按照順序開啟或關閉閥門、風機等，這種工況主要是用于檢修；自動控制是指系統開啟以后完全按控制系統的程序運行；這種工況是正常工作狀態，此時實驗室的溫濕度和壓力必須保證；緊急手動是指自動控制系統失靈，房間壓力報警時，通過緊急手動按鈕重新按照開機順序開啟系統風機和風閥，保證試驗人員安全撤離。

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