生物安全柜風(fēng)速控制方法

于吉帥 鄭永權(quán)

（冰山松洋生物科技（大連）有限公司，遼寧 大連 116600）

一、概述

本文主要講述的生物安全柜是采用雙風(fēng)機控制的（下降風(fēng)機和排氣風(fēng)機），控制器通過調(diào)節(jié)下降風(fēng)機和排氣風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)控制下降風(fēng)速（0.32m/s）和流入風(fēng)速（0.53m/s）的目的，下面將詳細講述下降風(fēng)速和流入風(fēng)速的控制方法。

二、硬件選型及風(fēng)速控制方法

1.下降風(fēng)機選型

下降風(fēng)速是通過下降風(fēng)機垂直向下氣流所產(chǎn)生的，因此下降風(fēng)機選擇軸流式風(fēng)機。根據(jù)II級A2生物安全柜的性能要求，選取了ebm-papst品牌的R1G310-AD17-20型號作為下降風(fēng)機使用。

2.排氣風(fēng)機選型

流入風(fēng)速是通過排氣風(fēng)機將一部分下降氣流和一部分流入氣流進行排出時所產(chǎn)生的，因此下降風(fēng)機選擇離心式風(fēng)機。根據(jù)II級A2生物安全柜的性能要求，選取了ebm-papst品牌的D1G160-DA33-19型號作為排氣風(fēng)機使用。

3.風(fēng)速傳感器選型

風(fēng)速傳感器分別測量下降風(fēng)速和流入風(fēng)速，因為下降風(fēng)速和流入風(fēng)速標(biāo)稱值分別為0.32m/s和0.53m/s,因此需要量程至少1m/s，分別率為0.01m/s的風(fēng)速傳感器，信號傳輸方式為4-20mA。

4.控制器選型

PLC作為控制器，PLC自帶AD/DA模塊，可進行16位運算,AD模塊將風(fēng)速傳感器的4-20mA信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，DA模塊將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成0-10V模擬量輸出給風(fēng)機調(diào)速端口。

5.下降風(fēng)速控制方法

生物安全柜的下降風(fēng)速通過柜內(nèi)的風(fēng)速傳感器進行讀取，下降風(fēng)速傳感器將風(fēng)速轉(zhuǎn)換成4—20mA的電流信號傳輸?shù)娇刂破鬏斎攵耍刂破魍ㄟ^AD轉(zhuǎn)換器將電流信號模擬量轉(zhuǎn)換成程序可識別的數(shù)字量，在程序內(nèi)部進行運算，控制器根據(jù)運算結(jié)果，通過DA轉(zhuǎn)換器輸出0—10V的控制信號給下降風(fēng)機控制端（調(diào)速端口），對下降風(fēng)機進行調(diào)速，實現(xiàn)對下降風(fēng)速的閉環(huán)控制。控制器實現(xiàn)下降風(fēng)速調(diào)節(jié)算法如下[1]。

設(shè)備預(yù)熱開始時，為了快速啟動風(fēng)機，控制器會給風(fēng)機一個初始的DA值4000（風(fēng)機調(diào)速范圍：0～10000）

風(fēng)機轉(zhuǎn)動后，下降風(fēng)速差值：D80(下降風(fēng)速測量值-0.32)：

當(dāng)D80>0.5時DA值減40（程序每2秒控制一次）；

當(dāng)D80<-0.5時DA值加40（程序每2秒控制一次）；

當(dāng)0.2

當(dāng)-0.5<=D80<-0.2時DA值加15（程序每2秒控制一次）；

當(dāng)0.15

當(dāng)-0.2<=D80<-0.15時DA值加5（程序每5秒控制一次）；

程序中為防止風(fēng)機失控，DA值限幅10000。

6.流入風(fēng)速控制方法

生物安全柜的流入風(fēng)速通過柜內(nèi)的風(fēng)速傳感器進行讀取，排氣風(fēng)速傳感器將風(fēng)速信號轉(zhuǎn)換成4—20mA的電流信號傳輸?shù)娇刂破鬏斎攵耍刂破魍ㄟ^AD轉(zhuǎn)換器將電流信號模擬量轉(zhuǎn)換成程序可識別的數(shù)字量，在程序內(nèi)部進行運算，控制器根據(jù)運算結(jié)果，通過DA轉(zhuǎn)換器輸出0—10V的控制信號給排氣風(fēng)機控制端（調(diào)速端口），對排氣風(fēng)機進行調(diào)速，實現(xiàn)對下降風(fēng)速的閉環(huán)控制。控制器實現(xiàn)流入風(fēng)速調(diào)節(jié)算法如下。

設(shè)備預(yù)熱開始時，為了快速啟動風(fēng)機，控制器會給風(fēng)機一個初始的DA值7000（風(fēng)機調(diào)速范圍：0～10000）

風(fēng)機轉(zhuǎn)動后，流入風(fēng)速差值：D81(流入風(fēng)速測量值-0.53)：

當(dāng)D81>0.5時DA值減40（程序每3秒控制一次）；

當(dāng)D81<-0.5時DA值加40（程序每3秒控制一次）；

當(dāng)0.2

當(dāng)-0.5<=D81<-0.2時DA值加15（程序每3秒控制一次）；

當(dāng)0.15

當(dāng)-0.2<=D81<-0.15時DA值加5（程序每5秒控制一次）；

程序中為防止風(fēng)機失控，DA值限幅10000。

三、實驗結(jié)果

圖1 風(fēng)速調(diào)節(jié)曲線

從上述試驗結(jié)果可以看出，兩臺風(fēng)機啟動后，由于控制器給兩臺風(fēng)機初始DA值，風(fēng)速值迅速增高，然后風(fēng)速曲線斜率逐漸減小，說明風(fēng)速正在按照控制程序進行調(diào)節(jié)，最終穩(wěn)定至設(shè)定風(fēng)速值。