P3实验室的自动化控制研究

论文摘要

近年来随着微生物制药的发展以及实验设施的进口化对环境要求的提高,大大促进了P3实验室的技术水平。特别是SARS病毒的爆发,国家对微生物及病毒实验室加大投入,新建了一批高质量P3级实验室,实现了实验环境的智能化监控。如何控制好P3实验室的技术指标是控制人员面临的新课题。生物安全防护三级实验室对负压及压力梯度的要求非常严格,系统要根据风机的故障情况,人员的进出以及安全柜的起、停,对室内负压造成的扰动做出应对,并且对传感器和执行器的状况进行实时监控,在各项被控参数超标时发出声光报警信号。本文讨论了集散式控制系统与直接数字控制系统在P3实验室的综合应用,控制软件系统的构成以及数字式PID控制技术的应用。对于由于实验室门的开启所造成的压力梯度的突变,采取了风量转移的措施。为达到这个目的,自动控制系统在门附近进行多点信号采集,使风量转移恰当合理,并且有效的缓解了压力梯度的突变。P3实验室的自动控制系统经过运行及调试,很好的达到了要求并得到了专家的肯定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 自动控制在P3 实验室应用的现状
• 1.2 DDC&DCS控制系统简介
• 1.2.1 直接数字控制系统（Direct Digital Control简称DDC）
• 1.2.2 DCS集散控制系统（Distributed Control System）
• 1.3 课题的研究目的及意义
• 第二章 P3 实验室涉及的自动控制技术
• 2.1 信号处理
• 2.1.1 三种主要变换简要介绍
• 2.1.2 数据采集系统及信号分类
• 2.1.3 数据采集系统各部分的作用
• 2.2 数字式PID控制
• 2.2.1 数字PID控制原理
• 2.2.2 PID控制算法
• 2.2.3 本工程对于数字PID控制技术的应用
• 2.3 串行通讯技术
• 2.3.1 工控串行通信协议标准
• 2.3.2 串行通讯方式
• 2.3.3 8051 单片机的串行接口结构
• 第三章 P3 实验室控制方案的建立
• 3.1 工程概况
• 3.2 P3 实验室控制需要考虑的要素
• 3.2.1 P3 实验室静压环境的技术要求
• 3.2.2 区域压差变化
• 3.2.3 系统倒灌问题及其他
• 3.3 自动控制方案的建立
• 3.3.1 控制方案概述
• 3.3.2 方案逻辑框图
• 第四章 控制系统的搭建以及控制过程的实现
• 4.1 控制系统流程图绘制
• 4.2 控制所需设备选型
• 4.2.1 压差传感器
• 4.2.2 压差开关
• 4.2.3 报警装置
• 4.2.4 三通阀门
• 4.2.5 温湿度传感器
• 4.2.6 信号调理版
• 4.2.7 数据采集版
• 4.2.8 电动阀门
• 4.2.9 文丘里阀
• 4.3 单片机系统组建
• 4.3.1 下位机系统
• 4.3.2 下位机操作
• 4.4 工控机系统组建
• 4.5 上位机与下位机的通讯
• 4.5.1 数据结构规划
• 4.5.2 COMMAND 命令注释
• 4.5.3 数据格式
• 4.6 系统的运行以及调试结果分析
• 4.6.1 实验室负压的实现
• 4.6.2 主实验室内的温湿度动态平衡
• 4.6.3 报警系统的控制
• 4.6.4 数据库的建立和存储
• 4.7 本工程的创新性研究
• 第五章 上位机软件界面的编制与操作
• 第六章 关于本课题的探讨及结论
• 6.1 本课题相关问题的探讨
• 6.1.1 实验室负压的控制问题
• 6.1.2 压差开关的应用
• 6.1.3 软件的开发及其他
• 6.1.4 有关于自动化控制方面的发展
• 6.2 本课题结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢