药品生产车间洁净区压差精准控制系统及方法与流程

本发明涉及洁净区压差控制，特别涉及药品生产车间洁净区压差精准控制系统及方法。

背景技术：

1、洁净室是指将一定空间范围内气体中的微粒子、有害气体、细菌等污染物排除，并将室内温度、湿度、洁净度、压差、风量、气流速度与气流分布、噪声、振动、照度及静电控制在相关标准需求范围内而特别设计的房间。

2、符合压差梯度的设计要求是药品生产车间中的硬性指标，压差梯度，是指药品生产车间的洁净区分a、b、c、d四个等级。a包含b，b包含c，c隔着室外，空气的流动路径是按照a至b至c至d至室外，那么a、b、c、d内的房间压力按照一定的压力沿梯度上升；在实际生产中，必须满足规范要求，才允许进行药品生产。如何保证不同洁净等级区域，以及同区域中不同功能间的压差梯度，是bms/ems系统中非常重要的部分。

3、现有的负压洁净室压差控制一般是采用定送变排方式，即保持送入洁净室的风量保持不变，通过改变洁净室的排风量和回风量来调节洁净室的压力，目前一般在洁净室的排风管中安装阀门，通过调节阀门的开度来调节排风管的排风量，但是在洁净室实际压力远远高于设定压力的情况，仅靠阀门的调节无法实现洁净室压力的快速恢复，而且当洁净室的房门被打开时，由于洁净室之间存在压差，气体会在相邻洁净室之间流动，当房门关闭后再对洁净室的压力进行调整则会存在一定的滞后，这必然会增大洁净室内气体向外流动的风险。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供药品生产车间洁净区压差精准控制系统及方法，以解决现有技术中仅靠阀门无法实现洁净室压力快速调节、进而会增大洁净室出现交叉污染风险的问题。

2、为实现上述目的，本发明药品生产车间洁净区压差精准控制系统的技术方案是：包括

3、送风机，所述送风机通过送风管道分别与每个洁净区相连，所述送风机用于将气体送入至每个洁净区内；

4、排风机，所述排风机通过排风管道分别与每个洁净区相连，所述排风机用于排出洁净区内的气体；

5、回风量检测装置，用于检测洁净室的回风量；

6、风量控制阀，设置于每个所述排风管道内，通过增大所述风量控制阀的开度以提升通过所述排风管道的风量；

7、压差计，设置于每个洁净区内，所述压差计用于检测洁净区与外界环境之间的绝对压差；

8、气体流量计，设置于所述排风管道和相邻洁净区之间的房门上，所述气体流量计分别获取并记录所述风量控制阀位于不同开度时，所述排风管道单位时间内通过的第一气体流速，以及所述房门打开时通过所述房门的第二气体流速；

9、角度传感器，设置于所述房门上，所述角度传感器用于检测所述房门的打开角度；

10、监测模块，与所述排风机、所述压差计、所述气体流量计和所述角度传感器连接，所述监测模块内存储有每个洁净区的预设压力值范围和预设调节时间，所述监测模块检测到洁净区的实际压力值位于所述预设压力值范围之外时，所述监测模块基于偏离数值的大小和所述预设调节时间生成对应的控制指令，所述房门打开时，所述监测模块基于所述第二气体流速调节所述第一气体流速，以减少洁净区内压强的波动，所述监测模块通过第一公式确定所述房门打开时，所述第一气体流速所需要的调节数值，所述第一公式为：其中q2为所述第二气体流速，h为所述房门的高度，w为所述房门的宽度，θ为所述房门的打开角度，s为所述排风管道的截面积；；

11、控制模块，接收所述控制指令，并依据所述控制指令调节所述排风机的转速和所述风量控制阀的开度，以对洁净区内的压力进行调节。

12、进一步地，至少包括洁净区a、洁净区b、洁净区c以及洁净区d，位于每个洁净区上方且与所述压差计对应设置的恒压腔，分别位于所述洁净区a-d上方的稳压腔w1-w4，位于稳压腔w1和稳压腔w2上方的充气腔c1，位于稳压腔w3和稳压腔w4上的充气腔c2，所述充气腔c1内设置第一压力计，所述充气腔c2内设置第二压力计，所述充气腔c1和所述充气腔c2分别通过第一阀门和第二阀门与所述送风机连接，每个洁净区与稳压腔之间设置有下压差阀，每个稳压腔与充气腔之间设置有上压差阀，充气腔中设置有压力计，所述控制模块基于第一压力计和第二压力计的压力值，以脉冲方式开启所述第一阀门和第二阀门以维持所述充气腔c1和所述充气腔c2的压力为p，稳压腔w1-w4的压力分别为洁净区a-d的预设压力p1-p4，所述下压差阀配置为当洁净区的压力与对应的稳压腔的压力超过阈值时开启，所述上压差阀配置为当稳压腔与对应的充气腔的压力超过阈值时开启。

13、进一步地，本发明还提供一种药品生产车间洁净区压差精准控制方法，该方法基于上述控制系统实现，该方法包括：

14、步骤s1、获取压力关系函数v0＝f(p1-p2)，其中v0为洁净室从第一压力值p1达到第二压力值p2时所需求的气体体积；

15、步骤s2、所述监测模块获取洁净区的实际压力值，判断所述实际压力值是否低于所述预设压力值范围下限，是的情况下，所述监测模块基于压力关系函数计算洁净室从实际压力值到达所述预设压力值范围下限所需求的气体体积，并依据所需求的气体体积和所述预设调节时间减小所述风量控制阀的开度，否的情况下，执行步骤s3；

16、步骤s3、所述监测模块判断所述实际压力值是否高于所述预设压力值范围上限，是的情况下，所述监测模块基于压力关系函数计算洁净室从实际压力值到达所述预设压力值范围上限所需求的气体体积，并依据所需求的气体体积和所述预设调节时间增大所述风量控制阀的开度和所述排风机的转速。

17、进一步地，所述步骤s2包括：所述监测模块获取每个洁净区的实际压力值，判断所述实际压力值是否低于所述预设压力值范围下限，当实际压力值低于所述预设压力值范围下限时，所述监测模块基于压力关系函数计算洁净室从实际压力值到达所述预设压力值范围下限所需求的气体体积，同时判断对应的稳压腔内的气体是否大于所述所需求的气体体积，当所述稳压腔内的气体大于所述所需求的气体体积时，所述送风机对充气腔进行充气，当所述稳压腔内的气体不大于所述所需求的气体体积时，依据所需求的气体体积、稳压腔与所需求体积之间的差值以及所述预设调节时间减小所述风量控制阀的开度，当所述实际压力值不低于所述预设压力值范围下限，执行步骤s3。

18、进一步地，所述步骤s1中，压力关系函数根据洁净区的空间大小、气体温度和气体物质的量确定。

19、进一步地，所述步骤s2中，所述风量控制阀内预设有最低开度，所述最低开度为所述风量控制阀总开度的15％。

20、进一步地，所述步骤s3中，所述监测模块获得洁净室从实际压力值到达所述预设压力值范围上限所需求的气体体积之后，所述监测模块判断所需求的气体体积是否满足第二公式，是的情况下，所述监测模块将所述风量控制阀的开度调整至上限，并依据所需求气体体积增大所述排风机的转速，否的情况下，所述监测模块仅增大所述风量控制阀的开度，所述第二公式为：|v0|＞v2+v3-v1，其中，v1、v2、v3分别为当前所述送风机转速、所述排风机转速和所述风量控制阀在最大开度的情况下，在所述预设调节时间内，所述送风机的送风体积、所述排风机的排风体积和洁净室自身的回风体积。

21、进一步地，所述步骤s2中，所述监测模块依据所需求的气体体积和所述预设调节时间减小所述风量控制阀的开度包括以下步骤：

22、步骤s21、所述监测模块通过第三公式计算在所述预设调节时间内，所述排风管道在单位时间内需要的所述第一气体流速q1，所述第三公式为：其中，q0为当前所述排风管道内的所述第一气体流速，s为所述排风管道的截面积，t为所述预设调节时间；

23、步骤s22、所述监测模块基于所述第一气体流速和所述风量控制阀的开度关系，调节所述风量控制阀的开度。

24、进一步地，所述步骤s2还包括：当所述稳压腔内的气体不大于所述所需求的气体体积时，依据所需求的气体体积、稳压腔与所需求体积之间的差值以及所述预设调节时间减小所述风量控制阀的开度，同时当洁净室的压力接近预设值时，再次降低所述排风机的转速，通过稳压腔实现对洁净室的压力调节。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：

26、1、本发明通过在监测模块内设置预设压力值范围，当洁净室的实际压力低于预设压力值范围的下限时，通过减小风量控制阀的开度降低排风管道的出风量，从而实现洁净室压力的上升；当洁净室的实际压力高于预设压力值范围的上限时，通过增大风量控制阀的开度提升排风管道的出风量，从而实现洁净室压力的上升，而且当洁净室内的实际压力远远大于预设压力值范围时，通过在增大风量控制阀开度的情况下，进一步提升排风机的转速，增加排风管道内的第一气体流速，进而提升洁净室在预设时间内的排气量；本发明通过压差计检测洁净室内的绝对压力，并通过监测模块控制洁净室的出风量，实现对洁净室压力的智能调节，在此基础上，监测模块还能根据实际压力智能调节排风机的转速，进而实现对负压洁净室压力的快速调节。

27、2、洁净室在投入使用前，会根据洁净室的设计使用压力、洁净室门窗的缝隙大小去设置送风管道和排风管道的风量，也即洁净室在保持压力的同时也在不断的进行换气；在第二公式中，首先通过计算出排风管道内需要减少的第一气体流速，然后基于当前的第一气体流速减去需要减少的第一气体流速，从而得出所需要的第一气体流速；需要说明的是，基于压力关系得出的所述需要的气体体积自身具有正负，即当需要增加气体体积时v0为正，当需要减少气体体积时v0为负，因此第二公式无需再对v0的符号进行限制；在通过第二公式计算需要减少的第一气体流速后，由于监测模块已经记录了排风管道内第一气体流速和风量控制阀开度的对应关系，因此监控模块便可以直接对风量控制阀进行调整，进而实现风量控制阀的智能调节。

28、3、因此，当房门被打开时，通过同步调节风量控制阀的开度，使得洁净室的送风量和排风量保持动态平衡，这样就会减小洁净室压力的波动，从而提升对洁净室压力的精准调节。

29、4、本发明能够配合恒压腔实现洁净室压差的准确确定，配合上下压差阀、稳压腔、充气腔、第一和第二阀门以及控制模块的配合，能够实时对洁净室进行压力调节，避免压差的不断扩大，同时及时通过稳压腔内的稳压气体对洁净室进行补充气体以维持洁净室的压力，而且通过上述步骤，能够使得排风机以较多程度下始终维持在恒定的速度，减少排风机的转速出现大幅度的变化，提高调节精度，即使在稳压腔压力不足以补偿洁净室中的压力时，也能够通过稳压腔和排风机的配合同时进行压力维持，提高补偿速度，而且在接近洁净室的预设压力附近时，可降低风速转速，再次通过稳压腔进行压力补偿，从而提高洁净室的压差精度。