生物安全柜風速控制方法

于吉帥 鄭永權

（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機控制的（下降風機和排氣風機），控制器通過調節下降風機和排氣風機的轉速，實現控制下降風速（0.32m/s）和流入風速（0.53m/s）的目的，下面將詳細講述下降風速和流入風速的控制方法。

二、硬件選型及風速控制方法

1.下降風機選型

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

2.排氣風機選型

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

3.風速傳感器選型

風速傳感器分別測量下降風速和流入風速，因為下降風速和流入風速標稱值分別為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模塊將風速傳感器的4-20mA信號轉換成數字量，DA模塊將數字量轉換成0-10V模擬量輸出給風機調速端口。

5.下降風速控制方法

生物安全柜的下降風速通過柜內的風速傳感器進行讀取，下降風速傳感器將風速轉換成4—20mA的電流信號傳輸到控制器輸入端，控制器通過AD轉換器將電流信號模擬量轉換成程序可識別的數字量，在程序內部進行運算，控制器根據運算結果，通過DA轉換器輸出0—10V的控制信號給下降風機控制端（調速端口），對下降風機進行調速，實現對下降風速的閉環控制。控制器實現下降風速調節算法如下[1]。

設備預熱開始時，為了快速啟動風機，控制器會給風機一個初始的DA值4000（風機調速范圍：0～10000）

風機轉動后，下降風速差值：D80(下降風速測量值-0.32)：

當D80>0.5時DA值減40（程序每2秒控制一次）；

當D80<-0.5時DA值加40（程序每2秒控制一次）；

當0.2

當-0.5<=D80<-0.2時DA值加15（程序每2秒控制一次）；

當0.15

當-0.2<=D80<-0.15時DA值加5（程序每5秒控制一次）；

程序中為防止風機失控，DA值限幅10000。

6.流入風速控制方法

生物安全柜的流入風速通過柜內的風速傳感器進行讀取，排氣風速傳感器將風速信號轉換成4—20mA的電流信號傳輸到控制器輸入端，控制器通過AD轉換器將電流信號模擬量轉換成程序可識別的數字量，在程序內部進行運算，控制器根據運算結果，通過DA轉換器輸出0—10V的控制信號給排氣風機控制端（調速端口），對排氣風機進行調速，實現對下降風速的閉環控制。控制器實現流入風速調節算法如下。

設備預熱開始時，為了快速啟動風機，控制器會給風機一個初始的DA值7000（風機調速范圍：0～10000）

風機轉動后，流入風速差值：D81(流入風速測量值-0.53)：

當D81>0.5時DA值減40（程序每3秒控制一次）；

當D81<-0.5時DA值加40（程序每3秒控制一次）；

當0.2

當-0.5<=D81<-0.2時DA值加15（程序每3秒控制一次）；

當0.15

當-0.2<=D81<-0.15時DA值加5（程序每5秒控制一次）；

程序中為防止風機失控，DA值限幅10000。

三、實驗結果

圖1 風速調節曲線

從上述試驗結果可以看出，兩臺風機啟動后，由于控制器給兩臺風機初始DA值，風速值迅速增高，然后風速曲線斜率逐漸減小，說明風速正在按照控制程序進行調節，最終穩定至設定風速值。