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)，計(jì)算機(jī)設(shè)在控制室。由于BSL-3實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)都具有很高的危險(xiǎn)性，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)負(fù)壓的梯度控制具有嚴(yán)格的要求，在任何時(shí)間絕對(duì)不允許因控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成壓力的失控，因此，現(xiàn)場(chǎng)控制器選用了高可靠、高速度、免維護(hù)的OMRON 中型CJ2M系列的PLC（可編程邏輯控制器），PLC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。計(jì)算機(jī)選用工業(yè)控制機(jī)，在計(jì)算機(jī)上可以實(shí)時(shí)監(jiān)視機(jī)組和自控設(shè)備的運(yùn)行情況，并具有歷史數(shù)據(jù)記錄、動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)和報(bào)警提示等功能。以上措施可充分保證BSL-3實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行。
2. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹
（1）.系統(tǒng)介紹
根據(jù)三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室布局（如下），由兩個(gè)集裝箱拼接而成（長(zhǎng)12192 mm x 寬5,438 mm x 高3500 mm），實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓區(qū)域?yàn)椋哼M(jìn)口緩沖間設(shè)計(jì)為-20Pa,主實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)為-40Pa,出口1設(shè)計(jì)為-20Pa,出口2設(shè)計(jì)為-10Pa。
系統(tǒng)壓力的控制原理為：系統(tǒng)的送風(fēng)量不變，通過(guò)排風(fēng)量的變化來(lái)維持恒定系統(tǒng)壓力的變化。系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)房間送風(fēng)閥門(mén)選用定風(fēng)量閥門(mén)，排風(fēng)閥門(mén)選用變風(fēng)最閥門(mén)。閥門(mén)的調(diào)節(jié)通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)調(diào)整。排風(fēng)電動(dòng)執(zhí)行器的控制原理為PID控制，執(zhí)行器的開(kāi)度控制隨著目標(biāo)值（壓力）的變化而變化。 (2).自控系統(tǒng)的內(nèi)容
三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)的自控內(nèi)容如下：
1）系統(tǒng)的溫濕度控制
系統(tǒng)的送風(fēng)盤(pán)管上都有一冷卻/加熱水調(diào)節(jié)閥，實(shí)驗(yàn)區(qū)的溫度控制通過(guò)冷卻/加熱水調(diào)節(jié)閥，采用PID控制，控制在一定的溫度設(shè)定值。
實(shí)驗(yàn)區(qū)濕度通過(guò)系統(tǒng)加濕器，濕度低于定值時(shí)打開(kāi)加濕器，高于定值I時(shí)關(guān)閉加濕器, 高于定值II時(shí)打開(kāi)電加熱除濕。
2）系統(tǒng)總的送風(fēng)量由變頻器控制，以保證相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的換氣指數(shù)的要求及負(fù)壓
要求。系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)選用變頻器控制，主要是考慮到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部配置了全排的生物安全柜。分為2種工況，當(dāng)安全柜投入和關(guān)閉的過(guò)程中，始終保持正在使用的的安全柜額定的排風(fēng)量和相關(guān)房間之間的壓差。當(dāng)使用安全柜時(shí)，送風(fēng)量在進(jìn)入狀態(tài)的送風(fēng)量基礎(chǔ)上疊加（減少）安全柜的額定排風(fēng)量。根據(jù)送、排風(fēng)量的不同，改變送、排風(fēng)變頻器的值，達(dá)到節(jié)能的效果。
3）壓差控制
在BSL－3實(shí)驗(yàn)室，主實(shí)驗(yàn)、進(jìn)口緩沖間、出口1、2緩沖間分別安裝了Dwye605（0－125Pa）的壓力指針表，用設(shè)備夾層的靜壓作為采樣的基準(zhǔn)點(diǎn)。另外還配置了數(shù)字儀表顯示實(shí)時(shí)壓力。在PLC程序中分別設(shè)置好每個(gè)房間的壓力值。主實(shí)驗(yàn)室：－40Pa, 進(jìn)口緩沖間：－20Pa, 出口緩沖1，2分別為：－20Pa,-10Pa.在PLC程序中與數(shù)字儀表的輸出信號(hào)（4－20mA）進(jìn)行比較，通過(guò)PID控制自動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)房間的排風(fēng)變風(fēng)量閥的開(kāi)度，以恒定各個(gè)房間所設(shè)定的壓力值。各壓力值都可以在組態(tài)軟件（紫金橋）上實(shí)時(shí)顯示，并自動(dòng)儲(chǔ)存歷史數(shù)據(jù)。 壓差控制的程序所下如下：
4） 消毒工況轉(zhuǎn)換
在送排風(fēng)總風(fēng)管上設(shè)置了密閉閥，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，密閉閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，當(dāng)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行消毒時(shí)，在組態(tài)畫(huà)面上進(jìn)入消毒工況，關(guān)閉密閉閥。在系統(tǒng)啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)密閉閥自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉，這樣就避免了操作人員偶然忘記開(kāi)關(guān)閥門(mén)，導(dǎo)致系統(tǒng)故障。
5）過(guò)濾器壓差及報(bào)警
凈化空調(diào)機(jī)組初中效過(guò)濾器分別安裝壓差開(kāi)關(guān)，排風(fēng)機(jī)組也安裝壓差開(kāi)關(guān)，當(dāng)壓力大于一定值時(shí)，在組態(tài)界面上自動(dòng)會(huì)彈出提示信息，提醒客戶(hù)更換初中效過(guò)濾器。系統(tǒng)的送、排風(fēng)高效過(guò)濾器分別安裝了壓差變送器，并且在組態(tài)界面上實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)壓差值大于一定值時(shí)，也會(huì)自動(dòng)彈出提醒界面，提醒客戶(hù)及時(shí)更換高效過(guò)濾器。以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
6）系統(tǒng)的報(bào)警信息
設(shè)計(jì)理念：在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示、記錄各種報(bào)警的詳細(xì)信息， 在監(jiān)控中心根據(jù)故障的程度進(jìn)行分級(jí)顯示。在系統(tǒng)控制方面，系統(tǒng)能夠根據(jù)報(bào)警等級(jí)做出相應(yīng)的、及時(shí)安全的處理操作，任何故障報(bào)警出現(xiàn)，可根據(jù)報(bào)警等級(jí)進(jìn)行報(bào)警或采取安全措施，同時(shí)必須最大程度的繼續(xù)維持實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓狀態(tài)，以便實(shí)驗(yàn)人員能有足夠的時(shí)間來(lái)安全的結(jié)束實(shí)驗(yàn)。 對(duì)于實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)的重大報(bào)警（如以下的三級(jí)報(bào)警），除在監(jiān)控室界面顯示外，有關(guān)地點(diǎn)應(yīng)同時(shí)報(bào)警，通知實(shí)驗(yàn)室操作人員盡快撤離，從而最大程度保護(hù)實(shí)驗(yàn)室工作人員的人身安全。對(duì)于一般報(bào)警（如以下的一、二級(jí)報(bào)警）可只在監(jiān)控界面顯示，不在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行聲光報(bào)警，以免由報(bào)警造成實(shí)驗(yàn)人員情緒緊張而出現(xiàn)操作意外。監(jiān)控室監(jiān)控人員可根據(jù)需要通過(guò)對(duì)講系統(tǒng)通知實(shí)驗(yàn)室操作人員。
a. 一級(jí)報(bào)警： 壓力超限報(bào)警、溫濕度報(bào)警、高效過(guò)濾器阻力報(bào)警。
b. 二級(jí)報(bào)警：實(shí)驗(yàn)室壓力超限報(bào)警、送風(fēng)系統(tǒng)報(bào)警、排風(fēng)系統(tǒng)報(bào)警、UPS報(bào)警。
送風(fēng)系統(tǒng)報(bào)警： 如果送風(fēng)機(jī)發(fā)生故障， 關(guān)閉送風(fēng)機(jī)組， 在工作正常的前提下， 降低排風(fēng)量， 使實(shí)驗(yàn)室壓力維持在適當(dāng)?shù)呢?fù)壓狀態(tài)， 以保證實(shí)驗(yàn)人員能夠安全的結(jié)束實(shí)驗(yàn)，在確保安全的情況下關(guān)閉系統(tǒng)。
排風(fēng)系統(tǒng)報(bào)警：此系統(tǒng)為兩臺(tái)排風(fēng)機(jī)（ 一常一備），如果其中一臺(tái)發(fā)生故障， 則另一臺(tái)排風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)， 維持系統(tǒng)運(yùn)行。
UPS報(bào)警： 根據(jù)系統(tǒng)要求， 在市電停止時(shí)， 立即將報(bào)警信號(hào)發(fā)送至監(jiān)控室和機(jī)房。
C. 三級(jí)報(bào)警： 系統(tǒng)嚴(yán)重異常（排風(fēng)機(jī)切換失敗、送風(fēng)機(jī)停機(jī)等）、火災(zāi)報(bào)警。 7) 聯(lián)鎖控制 系統(tǒng)開(kāi)啟
打開(kāi)實(shí)驗(yàn)區(qū)的所有排風(fēng)閥—打開(kāi)系統(tǒng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)—低流量報(bào)警開(kāi)始工作—打開(kāi)實(shí)驗(yàn)區(qū)的所有送風(fēng)閥—打開(kāi)總的送風(fēng)機(jī)組的風(fēng)機(jī)（小流量）－程序自動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)室壓力－實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)入正常工況
系統(tǒng)停止:
進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)控界面
按停止按扭執(zhí)行自動(dòng)關(guān)機(jī)程序。自動(dòng)關(guān)機(jī)模式如下： 關(guān)閉送風(fēng)機(jī)——關(guān)閉各送風(fēng)閥——關(guān)閉排風(fēng)機(jī)——關(guān)閉排風(fēng)閥 8）門(mén)的狀態(tài)監(jiān)視
為了確保實(shí)驗(yàn)室各個(gè)房間壓力的穩(wěn)定性，相鄰門(mén)之間是互鎖的。為了達(dá)到互鎖效果，門(mén)禁系統(tǒng)將門(mén)的狀態(tài)信號(hào)通過(guò)硬接線(xiàn)接入PLC模塊，PLC系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)工作區(qū)域互鎖門(mén)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。
3. 自控設(shè)備的配置
4、小結(jié)
BSL－3實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)系統(tǒng)的難點(diǎn)是風(fēng)量控制和多等級(jí)壓力控制，此設(shè)計(jì)能達(dá)到的效果是：
（1）多工況轉(zhuǎn)換時(shí)，房間壓差完全控制在壓差范圍之內(nèi)并達(dá)到萬(wàn)級(jí)潔凈的換氣次數(shù)。當(dāng)不同工況轉(zhuǎn)換時(shí)，自控系統(tǒng)立即對(duì)房間的壓差做出自動(dòng)調(diào)整。確保實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的負(fù)壓要求。
（2）通過(guò)對(duì)BSL－3實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)變風(fēng)量閥的PID控制，消除送風(fēng)溫度對(duì)房間壓力的影響，確保實(shí)驗(yàn)室壓力一直處于壓差范圍中。滿(mǎn)足BSL－3的設(shè)計(jì)要求。 （3）不同工況時(shí)，送、排風(fēng)變頻調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能的效果。
