自动控制系统在生物安全三级实验室中的应用

The automatic control system application in the BSL-3

自动控制系统在生物安全三级实验室中的应用

The automatic control system application in the BSL-3

利穗科技（苏州）有限公司 余鹏程

[摘要] 本文主要介绍自动控制系统在三级生物安全实验室（BSL－3）中的应用情况。自动控制系统选用OMRON PLC（可编程逻辑控制器）来控制。根据设计要求来控制实验室内的压力以及风机、电动阀门等动作。通过硬件与软件相结合，达到自动控制的目的。

Abstract: This paper introduces the automatic control system apply in the BSL-3. Omron PLC (Programmer logic controller) is the main control center in the automatic control system. According to the design requirements, It control the room differential pressure and fans、electrical damper and to combine with hardware and software.

[关键词] PLC 生物安全实验室 远程监控 自控系统 压差

1. 前言

本人在利穗科技（苏州）有限公司负责完成了三级生物安全实验室自控系统的设计与调试。 自控系统设计为中央监控计算机控制系统，计算机设在控制室。由于BSL-3实验室进行的实验都具有很高的危险性，因此对实验区内负压的梯度控制具有严格的要求，在任何时间绝对不允许因控制系统出现故障造成压力的失控，因此，现场控制器选用了高可靠、高速度、免维护的OMRON 中型CJ2M系列的PLC（可编程逻辑控制器），PLC可脱离计算机独立工作，避免了一旦计算机出现故障造成控制系统瘫痪，并且在控制系统上还设置了手/自动转换功能，保证在控制系统失控时可人为转换为手动操作。计算机选用工业控制机，在计算机上可以实时监视机组和自控设备的运行情况，并具有历史数据记录、动态曲线和报警提示等功能。以上措施可充分保证BSL-3实验室的安全运行。

-----[第 - 1 - 页 共 7 页]-----

The automatic control system application in the BSL-3

2. 系统设计介绍

（1）.系统介绍

根据三级生物安全实验室布局（如下），由两个集装箱拼接而成（长12192 mm x 宽5,438 mm x 高3500 mm），实验室负压区域为：进口缓冲间设计为-20Pa,主实验室设计为-40Pa,出口1设计为-20Pa,出口2设计为-10Pa。

8紧急出口实验室-40Pa3PassBox24出口 1-20Pa5进口-20PaMaintain door出口 2-10Pa9267更衣间1淋浴机房1准备间机房 210图1- BSL3 布局图 系统压力的控制原理为：系统的送风量不变，通过排风量的变化来维持

恒定系统压力的变化。系统内的各个房间送风阀门选用定风量阀门，排风阀门选用变风最阀门。阀门的调节通过电动执行器来调整。排风电动执行器的控制原理为PID控制，执行器的开度控制随着目标值（压力）的变化而变化。 (2).自控系统的内容

三级生物安全实验的自控内容如下：

名称 系统的变频送风机组 用途 整个实验室的送风和温度调节 系统的变频排风机组（两组1常、1备） 整个实验室的排风 系统的送风变风量阀 系统的排风变风量阀 生物安全柜的排风阀

-----[第 - 2 - 页 共 7 页]-----

根据安全柜的模式改变房间的送风量 根据房间的压力调节房间的排风量 由安全柜自动稳定排风量 The automatic control system application in the BSL-3

自动控制系统原理图

PLC的配置系统表格如下：

名称 CPU 电源 开关量输入16点 开关量输入8点 开关量输出16点 模拟量输入8点 模拟量输出8点 数量 1 1 1 1 2 3 2 品牌 OMRON OMRON OMRON OMRON OMRON OMRON OMRON PLC的配置系统表格

型号 CJ1M-CPU13 CJ1W-PA205R CJ1W-ID211 CJ1W-ID201 CJ1W-OC211 CJ1W-AD081-V1 CJ1W-DA08C 1）系统的温湿度控制

系统的送风盘管上都有一冷却/加热水调节阀，实验区的温度控制通过冷却/加热水调节阀，采用PID控制，控制在一定的温度设定值。

-----[第 - 3 - 页 共 7 页]-----

The automatic control system application in the BSL-3

实验区湿度通过系统加湿器，湿度低于定值时打开加湿器，高于定值I时关闭加湿器, 高于定值II时打开电加热除湿。

2）系统总的送风量由变频器控制，以保证相关实验室的换气指数的要求及负压

要求。系统送风机选用变频器控制，主要是考虑到实验室内部配置了全排的生物安全柜。分为2种工况，当安全柜投入和关闭的过程中，始终保持正在使用的的安全柜额定的排风量和相关房间之间的压差。当使用安全柜时，送风量在进入状态的送风量基础上叠加（减少）安全柜的额定排风量。根据送、排风量的不同，改变送、排风变频器的值，达到节能的效果。 3）压差控制

在BSL－3实验室，主实验、进口缓冲间、出口1、2缓冲间分别安装了Dwye605（0－125Pa）的压力指针表，用设备夹层的静压作为采样的基准点。另外还配置了数字仪表显示实时压力。在PLC程序中分别设置好每个房间的压力值。主实验室：－40Pa, 进口缓冲间：－20Pa, 出口缓冲1，2分别为：－20Pa,-10Pa.在PLC程序中与数字仪表的输出信号（4－20mA）进行比较，通过PID控制自动调节各个房间的排风变风量阀的开度，以恒定各个房间所设定的压力值。各压力值都可以在组态软件（紫金桥）上实时显示，并自动储存历史数据。 压差控制的程序所下如下：

4） 消毒工况转换

在送排风总风管上设置了密闭阀，当系统正常工作时，密闭阀处于开启状态，当

-----[第 - 4 - 页 共 7 页]-----