Система мониторинга микроклимата «Гигротермон-CAN» для чистых помещений

Автоматизированная система мониторинга микроклимата «Гигротермон-CAN» позволяет контролировать перепад давления, температуру (в том числе сверхнизкую), относительную влажность в чистых помещениях. В статье представлены компоненты системы: датчики, многоканальный узел «Пирс-CAN», контроллер «Гигротермон-CAN» и ПО «Гигротермон-АРМ».

ООО «Инженерные Технологии», г. Челябинск

скачать pdf >>

Задачи контроля в чистых помещениях

Чистые помещения имеют решающее значение во многих отраслях – в фармацевтике, производстве электроники, медицине и т. д. В таких помещениях поддерживается высокая степень чистоты воздуха. Достигается это с помощью комплекса мероприятий: создания избыточного давления внутри помещения, использования систем вентиляции с HEPA-фильтрами, наличия тамбур-шлюза и т. д.

Поддержание избыточного давления

Для того чтобы сохранять низкую концентрацию аэрозольных частиц в воздухе, давление внутри помещения искусственно повышают, что не позволяет загрязняющим веществам проникать снаружи. Избыточное давление должно постоянно поддерживаться в заданных пределах в соответствии с п. 7.5.4 СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003», ГОСТ Р 56638-2015 «Чистые помещения. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общие требования», ГОСТ Р ИСО 14644-2-2020 «Чистые помещения и связанные с ни­ми контролируемые среды» и другими нормативными документами. А это – непростая задача с высоким риском нарушений. 

Для системы контроля избыточного давления в настоящее время применяют два ти­па измерительных приборов:
- манометры дифференциального давления (со встроенным реле и без);
- датчики дифференциального давления (аналоговые, цифровые).

В целях экономии зачастую используют традиционные стрелочные манометры со встроенным ре­ле, которое срабатывает при превышении пороговых значений. Это бюджетное решение в настоящее время стало распространенным, несмотря на очевидные слабые места:

- отсутствие архивации и недоступность анализа работы системы. Хо­тя манометр и сигнализирует о превышении пороговых значений, без периодической автоматической записи данных измерения невозможно проанализировать, насколько корректно работает система поддержания избыточного давления;

- человеческий фактор. Фиксация показаний манометров выполняется вручную. Это значительно повышает риск ошибок;

- отсутствие защиты от незначительных кратковременных перепадов давления. В чистом помещении возможны случайные кратковременные перепады давления, которые не вызывают негативных последствий. Но так как ре­ле срабатывает при определенном значении, то, если применяются манометры, в любом случае формируется тревожный сигнал. В результате персонал может привыкнуть к «ложным» аварийным сигналам и не отреагировать в тот момент, когда это действительно нужно. Поэтому п. А.3.4 ГОСТ Р ИСО 14644-2-2020 требует устанавливать уровни предупреждения и действия. 

Датчики дифференциального давления позволяют формировать двухуровневую сигнализацию.

Контроль загрязнения HEPA-фильтров

Для соблюдения высоких стандартов чистоты необходимо применение HEPA-фильтров в системе вентиляции. HEPA-фильтры способны удалять до 99,97 % аэрозольных частиц размером 0,3 микрона и более, но для достижения высокого качества воздуха фильтрация должна осуществляться непрерывно. В целях сохранения эффективности системы фильтры регулярно проверяют и заменяют. Контроль загрязненности HEPA-фильтров легко автоматизировать с помощью манометров или датчиков дифференциального давления. В обоих случаях факт загрязнения устанавливается, когда перепад давления между сторонами фильтра начнет расти и достигает предельного значения. Однако применение датчиков дифференциального давления с периодической автоматической записью в память данных измерения позволяет дополнительно получить диаграмму значений перепада давления от времени, с помощью которой можно анализировать и заранее спрогнозировать сроки замены фильтров. Кроме то­го, анализ этих данных позволит выявить отклонения в работе системы вентиляции (если они есть) и привести ее в соответствие с нормативными требованиями.

Система мониторинга «Гигротермон-CAN»

Центральное звено системы – контроллер «Гигротермон-CAN» с многоканальным узлом «Пирс-CAN» (рис. 1). Узлы «Пирс-CAN» опрашивают датчики, установленные в чистом помещении, а также отображают измеренные датчиками значения на своем дисплее. «Пирс-CAN» монтируется перед входом в чистое помещение на удобном для осмотра месте (конструкция его корпуса позволяет произвести скрытый монтаж на стену). Такое расположение позволяет не открывать лишний раз дверь в чистое помещение и при этом иметь возможность в любой момент посмотреть уровень давления внутри и снаружи. Одновременно, с учетом измеренных значений, устройство информирует персонал, можно или нельзя открыть дверь. Информирование осуществляется встроенным в узел трехцветным индикатором: зеленый – норма, желтый – предупреждение, красный – авария. Внутри чистого помещения устанавливается связанная с «Пирс-CAN» световая колонна, которая с помощью тех же сигналов информирует находящийся внутри персонал о том, разрешено или запрещено открытие двери (рис. 2).

Рис. 1. Узел «Пирс-CAN» на двери чистого помещения завода ООО «Р-Опра» (АО «Р-Фарм»)

Рис. 2. Световая колонна, установленная в чистом помещении завода ООО «Р-Опра». Фотография предоставлена пресс-службой мэра и правительства Москвы

Важно отметить, что в проводной узел «Пирс-CAN» встроен алгоритм, позволяющий фильтровать случайные кратковременные перепады давления, чтобы они не учитывались при работе индикаторов.

С датчиками узел «Пирс-CAN» связан по интерфейсам 1-Wire и I2C. При необходимости с нижней стороны корпуса узла можно установить кабельные вводы или встроить герметичный датчик температуры и влажности ИПМ‑10-21-4-2. Для комплектации системы средствами измерений предусмотрено три линейки сертифицированных датчиков: климатические датчики ИПМ для измерения атмосферного и дифференциального давления (рис. 3, 4), температуры, относительной влажности (Госреестр СИ РФ № 83449‑21), термогигрометры ТГМ (Госреестр СИ № 72434‑18), регистраторы температуры и влажности серии TR (Госреестр СИ № 73311‑18). Перечисленные линейки датчиков внесены в реестры СИ ря­да стран СНГ.

Рис. 3. Датчик дифференциального давления ИПМ‑41-03-1

Рис. 4. Шкаф с датчиками перепада давления ИПМ‑41-03-1

Узел «Пирс-CAN» имеет три дискретных выхода, к которым можно подключить разные устройства. Сигнализацию и световую колонну мы уже упомянули. Еще к выходам можно подключить стороннее оборудование, например нагреватели, охладители, увлажнители, воздушные насосы и т. д. В случае необходимости на эти устройства через дискретные выходы системой будет отправлен управляющий сигнал.

Для связи «Пирс-CAN» с программой верхнего уровня «Гигротермон-АРМ» служит контроллер «Гигротермон-CAN», к которому по витой па­ре можно подключить один или несколько узлов. Сам контроллер устанавливается в шкаф мониторинга микроклимата ШКПС. Если система большая, включает много датчиков и узлов «Пирс-CAN», то в шкафу могут устанавливаться сразу несколько контроллеров. Ши­на CAN предназначена для их успешной совместной работы. Наряду с контроллерами в ШКПС установлены ИБП, автоматический выключатель для защиты питания и модем GSM IT-LTE.

Программа верхнего уровня «Гигротермон-АРМ» (рис. 5) также является продуктом собственной разработки компании «Инженерные Технологии». Устанавливается локально на серверном и клиентских ПК заказчика. Лицензия на «Гигротермон-АРМ» передается бесплатно вместе с оборудованием – без ограничений по функциональности и сроку использования. ПО «Гигротермон-АРМ» поддерживается специалистами компании, обеспечивающими его актуальность и надежность. Обновления доступны для скачивания на сайте ООО «Инженерные Технологии».

Рис. 5. Программа «Гигротермон-АРМ», клиентская часть: а – диаграмма давления в комнате отбора проб; б – перепад давления в помещениях рабочего участка жидких лекарственных форм

При необходимости контроллеры можно подключить к SCADA-системам предприятия. Для этого они снабжены интерфейсом RS‑485 (протокол Modbus RTU). Карта регистров Modbus предоставляется по запросу.

На сегодняшний день большое количество систем мониторинга микроклимата «Гигротермон» эксплуатируются в фармацевтических, пищевых и логистических компаниях России, Казахстана, Узбекистана, Кыргызстана и Беларуси. В 2023 го­ду система «Гигротермон», созданная на ба­зе CAN-шины, бы­ла установлена на новом фармацевтическом заводе «Р‑Опра» (г. Зеленоград) компании АО «Р‑Фарм».

Опубликовано_в журнале ИСУП № 3(111)_2024

ООО «Инженерные Технологии», г. Челябинск,
тел.: +7 (351) 242‑0745,
+7 (800) 700‑1870,
e-mail: info@gigrotermon.ru

Иллюстрации предоставлены компанией ООО «Инженерные Технологии»