專利名稱：具有粗調(diào)和微調(diào)的壓力控制裝置的制作方法
具有粗調(diào)和微調(diào)的壓力控制裝置
背景技術(shù)：
控制并監(jiān)測房間和/或?qū)嶒炇业募訅阂源_保其中人員的健康和安全以及保護(hù)敏感的工業(yè)產(chǎn)品是已知的。為了保護(hù)病人、職員和研究人員遠(yuǎn)離危險的病毒、病原體或其他霉 素，健康護(hù)理設(shè)備和研究實驗室可能會采用復(fù)雜的加壓方案。例如，健康護(hù)理或研究設(shè)備可 以將包含危險材料的房間或?qū)嶒炇颐芊夂筒糠纸祲?產(chǎn)生負(fù)靜壓)。由此，如果出現(xiàn)缺口或 意外情況，空氣將會流向危險材料，從而包容和/或最小化可能的污染物擴(kuò)散。生物實驗室經(jīng)常被保持在具體用于防止空氣流出實驗室的負(fù)靜壓下。根據(jù)例如與 實驗室內(nèi)的工作和所容納材料有關(guān)的性質(zhì)和危險性而將這些實驗室構(gòu)造和劃分為生物安 全1級、2級、3級和4級。生物安全4級(BSL-4)是最高的安全等級劃分，表示對實驗室內(nèi) 的個體自身、實驗室內(nèi)容納的設(shè)備和周圍區(qū)域的危險最大。BSL-4評級的實驗室被構(gòu)造為實 際上防漏，例如，它們被非常嚴(yán)密地密封以至于實際上不會發(fā)生計劃外的空氣傳輸或釋放， 由此使污染物從實驗室中泄漏的機(jī)會最小化。可選地，BSL-4評級的實驗室可以是密封的房 間或在其中放入了另一個密封的氣密容器的封裝。無論如何，在致力于控制或防止危險污 染物擴(kuò)散方面，BSL-4評級的實驗室通常是被地理隔離的并且在高的負(fù)靜壓下例如在0. 1 到0. 5英寸水柱或25到125Pa下操作。為了確保并控制BSL-4評級的實驗室內(nèi)的氣流和通風(fēng)，提供給實驗室的機(jī)械通風(fēng) 系統(tǒng)通常被設(shè)計和控制用于輸送期望的氣流流量并保持實驗室和鄰近空間之間設(shè)定的壓 力關(guān)系。在瞬變狀態(tài)例如由打開門或入口造成壓力改變期間必須保持或控制一定的壓力關(guān) 系。已知的實驗室加壓方案例如不同的流量控制或氣流跟蹤在防漏和/或密封的環(huán)境例如 BSL-4評級的實驗室中是無法應(yīng)用的，這樣的環(huán)境中相對供給和排出的氣流是恒定的并且 無法被獨(dú)立調(diào)節(jié)以建立壓差。類似地，直接的壓力控制和階式壓力也不適合用于嚴(yán)格密封 的環(huán)境，這樣的環(huán)境中瞬變狀態(tài)能夠嚴(yán)重和快速地影響到期望的壓力關(guān)系。存在對于能夠在嚴(yán)格密封的環(huán)境例如BSL-4評級的實驗室中使用的加壓方案或 策略的需求，以實現(xiàn)并保持特定的壓力關(guān)系。附圖簡要說明本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點將在以下的具體實施方式
和附圖中進(jìn)行介紹并將由此 而變得顯而易見。

圖1示出了處于第一氣流結(jié)構(gòu)中的實驗室的實施例，其使用了本文中公開的壓力 控制系統(tǒng)；圖2示出了處于第二氣流結(jié)構(gòu)中的實驗室的實施例，其使用了本文中公開的壓力 控制系統(tǒng)；以及圖3示出了可以在一個示例中由控制器使用的控制方案的方塊圖。
具體實施例方式為了在壓力受控的房間或?qū)嶒炇覂?nèi)保持期望的壓力或壓差，可能希望實現(xiàn)一種壓 力控制系統(tǒng)，其利用粗調(diào)流量控制閥或節(jié)氣閥與微調(diào)流量控制閥或節(jié)氣閥相結(jié)合。而且，粗調(diào)或第一節(jié)氣閥和微調(diào)或第二節(jié)氣閥可以由設(shè)置用于提供增量流量和壓力控制的室內(nèi)控 制器進(jìn)行控制。I.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1示出了一種建筑布局10，其可以實現(xiàn)本文中公開的壓力控制系統(tǒng)。建筑布局 10包括通過可密封的通道D連接至第二房間或氣閘室200的房間或?qū)嶒炇?00。實驗室 100可以包括流體連通至排氣裝置104的空氣輸送系統(tǒng)102。空氣輸送系統(tǒng)102和排氣裝 置104在該示范性實施例中可以被設(shè)置用于在實驗室100內(nèi)產(chǎn)生第一負(fù)壓P1。實驗室100 可以是“防漏”或以其他方式密封的符合BSL-4安全標(biāo)準(zhǔn)的房間。在其他的實施例中，實驗 室100或其他房間可以被密封或具有符合其他標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)格調(diào)節(jié)的氣流。
氣閘室200，類似于實驗室100，可以包括流體連通至排氣裝置204的空氣輸送系 統(tǒng)202?？諝廨斔拖到y(tǒng)202和排氣裝置204在該示范性實施例中可以被設(shè)置用于在氣閘室 200內(nèi)產(chǎn)生第二負(fù)壓P2。在本示例中，圍繞實驗室100和氣閘室200的外界環(huán)境(通常用附圖標(biāo)記300表 示)可以假定基本上被保持在第三負(fù)壓P3下。而且，如同該示范性實施例中始終使用的那 樣，三個房間或區(qū)域之間的壓力梯度根據(jù)到實驗室100的接近程度而增大，例如變成更大 的負(fù)值。例如，利用在建筑物內(nèi)的安全位置處的被選擇作為壓力參考值的空氣壓力，外界環(huán) 境300內(nèi)的第三負(fù)壓P3可以是-25Pa，氣閘室200內(nèi)的第二負(fù)壓P2可以是_50Pa，而實驗 室內(nèi)的第一負(fù)壓Pl可以是_75Pa。由此，如果在實驗室100內(nèi)發(fā)生泄漏或緊急情況，污染或 危險材料泄漏的風(fēng)險即可因為壓力梯度將吸引外界環(huán)境300和氣閘室200內(nèi)的空氣流向?qū)?驗室100和潛在的危險因素而降低。這種空氣向?qū)嶒炇?00的內(nèi)涌防止或限制了危險因素 向流體連通的區(qū)域200和300移動。換句話說，在這種結(jié)構(gòu)下，空氣從較高壓力區(qū)域例如具 有較低負(fù)壓的區(qū)域向較低壓力區(qū)域例如相對于空氣源具有更大負(fù)值壓力的區(qū)域內(nèi)的部分 真空流動?？諝廨斔拖到y(tǒng)102和排氣裝置104如圖所示可以是獨(dú)立的和/或與空氣輸送系統(tǒng) 202和排氣裝置204隔離。為了防止兩個系統(tǒng)的交叉污染，限制由于系統(tǒng)故障而造成同時停 機(jī)的可能性以及允許對氣閘室200和實驗室100的獨(dú)立控制，隔離兩個空氣輸送系統(tǒng)102、 202和/或排氣裝置104、204可能正是所希望的?？蛇x地，空氣輸送系統(tǒng)102和排氣裝置 104可以被互相連通和/或流體連通至空氣輸送系統(tǒng)202和排氣裝置204(未示出)。這些 系統(tǒng)102、202和/或104、204可以被連接為例如合用共同的空氣源和/或控制器以降低壓 力控制系統(tǒng)的總體成本和復(fù)雜性。在本示例中，空氣輸送系統(tǒng)102和排氣裝置104被與空氣輸送系統(tǒng)202和排氣裝 置204隔離?？諝廨斔拖到y(tǒng)102包括通過主閥或節(jié)氣閥110流體連通至第一空氣出口或供 氣口 108以及通過微調(diào)閥或節(jié)氣閥114流體連通至第二空氣出口或供氣口 112的供氣源 106。供氣源106可以是例如螺旋槳式鼓風(fēng)機(jī)、離心式鼓風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)或任意其他的空 氣移動或壓力產(chǎn)生設(shè)備。主節(jié)氣閥110可以是設(shè)置用于給實驗室100輸送或提供絕大部分 空氣的可移動或可定位的閥或隔板。具體地，通過將供氣源106連接至空氣出口 108的管 路116來提供主供氣或氣流(由箭頭Al表示)。微調(diào)節(jié)氣閥114可以是閥、隔板或類似于 主節(jié)氣閥110的節(jié)氣閥，被設(shè)置和成形用于給實驗室100輸送少量(與氣流Al相比)或經(jīng) 過精密調(diào)節(jié)的空氣量。例如，調(diào)節(jié)或補(bǔ)充的供氣或氣流(由箭頭A2表示)，通過管路118和微調(diào)節(jié)氣閥114提供，補(bǔ)充主供氣Al由此允許用于微調(diào)流量并對實驗室100的總壓力Pl 進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。實驗室100內(nèi)的空氣將供氣源106和空氣出口 108、112流體連通至通過排氣裝置 104的排氣氣流E1。排氣氣流El由此從房間中帶走實驗室100內(nèi)的空氣。通過氣流Al和 A2提供的空氣流量以及由排氣氣流El移除的空氣流量之間的差值，例如移除的空氣比提 供的空氣更多，就在實驗室100內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓或真空壓力P1。壓力和流量傳感器(未示出) 可以被設(shè)置在實驗室100的各處，空氣輸送系統(tǒng)102內(nèi)和/或排氣裝置104內(nèi)以測量壓力、 空氣流量以及實驗室100內(nèi)部或通過實驗室100的空氣流量差。單個的房間控制器或控制器120可以與空氣輸送系統(tǒng)102和排氣裝置104通信以分別控制實驗室100內(nèi)的氣流Al和A2以及排氣氣流E1?？蛇x地，單獨(dú)的控制器120、 120'(如圖所示)可以分別在空氣輸送系統(tǒng)102和排氣裝置104內(nèi)獨(dú)立操作以提供這些 空氣操作系統(tǒng)的獨(dú)立控制。具體地，控制器120可以使用處理器(未示出)來執(zhí)行存儲在 計算機(jī)可讀介質(zhì)或存儲器(未示出)中的控制流程或程序?？刂屏鞒炭梢砸来斡嬎慊蛞云?他方式確定要由供氣源106提供的空氣體積或數(shù)量。可選地或附加地，控制流程可以計算 或確定主節(jié)氣閥110和微調(diào)節(jié)氣閥114必要的閥位以分別達(dá)到通過出口 108、112的期望空 氣流量Al和A2。類似地，空氣輸送系統(tǒng)202和排氣裝置204包括通過主節(jié)氣閥210流體連通至第 一空氣出口 208以及通過微調(diào)節(jié)氣閥214流體連通至第二空氣出口 112的供氣源206。供 氣源206可以是例如與供氣源106相同的類型或式樣，或者可以是不同的來源或發(fā)生系統(tǒng)。 節(jié)氣閥210和214可以用類似于節(jié)氣閥108和112的方式操作和/或協(xié)作以控制和提供主 氣流A3和調(diào)節(jié)氣流A4。氣閘室200內(nèi)的空氣將供氣源206以及第一和第二空氣出口 208、 212通過排氣氣流E2流體連通至排氣裝置204。類似于實驗室100，壓力和流量傳感器(未 示出)可以被設(shè)置在氣間室200的各處以給房間控制器或控制器220提供讀數(shù)和測量值。 控制器220可以與空氣輸送系統(tǒng)102和控制器120通信以調(diào)節(jié)實驗室100和氣間室200之 間的空氣流量和壓力。圖1進(jìn)一步示出了穩(wěn)態(tài)工況，在這種狀態(tài)下實驗室100被密封且空氣輸送系統(tǒng)102 和排氣裝置104獨(dú)立于氣間室200和外界環(huán)境300操作。具體地，在該狀態(tài)通道D被關(guān)閉， 由此防止另外的壓力較高的空氣不可控地從氣閘室200流入或進(jìn)入實驗室100。在這種結(jié) 構(gòu)或狀態(tài)下，實驗室100通過由主節(jié)氣閥110和微調(diào)節(jié)氣閥114提供的氣流Al和A2的協(xié) 作被保持在壓力Pl下。例如，主節(jié)氣閥110在預(yù)定的操作范圍例如在由可以是既定的高位 氣流流量和低位氣流流量確定的范圍內(nèi)操作，以達(dá)到或建立起在期望壓力Pl下或期望壓 力Pl附近的壓差。主節(jié)氣閥110的預(yù)定操作范圍包括在高位和低位氣流限制之間且涵蓋 期望壓力Pl的死區(qū)，其中粗調(diào)或主氣流Al被保持恒定。一旦主節(jié)氣閥110以及提供的粗 調(diào)或主氣流Al有效地將房間壓力向期望壓力Pl驅(qū)動進(jìn)入了死區(qū)，主節(jié)氣閥110就鎖定就 位。此時，僅在主節(jié)氣閥110的死區(qū)內(nèi)工作的微調(diào)節(jié)氣閥114就開始細(xì)微地調(diào)節(jié)氣流A2以 達(dá)到期望壓力P1。換句話說，主節(jié)氣閥110操作以提供足以將實驗室壓力帶到微調(diào)節(jié)氣閥 114的有效操作范圍內(nèi)的氣流Al，然后微調(diào)節(jié)氣閥114提供必要的微調(diào)控制氣流A2以達(dá)到 期望壓力Pl。圖2示出了過渡狀態(tài)，其中通過氣閘室200的通道D被打開或者用其他手段以不受控制的方式給實驗室100提供附加氣流A。對于本文中討論的示例來說，附加氣流A被假 定由氣間室200提供，通過控制器220將氣間室200保持在恒定的壓力下。II.系統(tǒng)操作圖3示出了可以通過控制器120(或控制器220)實施的房間加壓控制流程400。 房間加壓控制流程400采用多個控制方案或機(jī)構(gòu)以在通道D被關(guān)閉時控制或調(diào)節(jié)實驗室 100 (或氣閘室200)的加壓。當(dāng)通道D打開時，附加氣流A被提供給實驗室100 (或者來自 氣閘室200)。房間加壓控制流程400可以采用(a)高流量反饋控制算法410 ； (b)低流量 反饋控制算法420 ； (c)與高流量反饋控制算法410和低流量反饋控制算法420通信的增 量控制器430和(d)壓力反饋算法或控制器440。增量控制器430被設(shè)置為響應(yīng)于由高流 量反饋控制算法410和低流量反饋控制算法420提供的增量控制信號而驅(qū)動或控制主節(jié)氣 閥或粗調(diào)節(jié)氣閥110。壓力反饋算法或控制器440被設(shè)置為響應(yīng)于參照預(yù)定或期望的壓力 設(shè)定值產(chǎn)生的壓力控制信號而獨(dú)立地調(diào)節(jié)精調(diào)或微調(diào)節(jié)氣閥114。壓力反饋算法或控制器 440可以是比例-積分控制器、比例_積分_微分控制器或比例_微分控制器或者是任意其 他已知的控制器。房間加壓控制流程400可以進(jìn)一步包括比較器或比較器算法450，設(shè)置用 于控制或調(diào)節(jié)主節(jié)氣閥110的操作范圍和死區(qū)與微調(diào)節(jié)氣閥114的與死區(qū)相重合的操作范 圍之間的相互關(guān)系?？刂扑惴?10和420操作用于控制節(jié)氣閥110 (和210，如果可用的話)的閥位以 由此調(diào)節(jié)空氣流量，并最終調(diào)節(jié)實驗室100 (和氣閘室200，如果可用的話)內(nèi)的壓力。但 是，三種控制算法410、420和440中只有一種會被增量控制器430選中。選中的控制算法 隨后確定主節(jié)氣閥110(和/或210)在任意指定時刻或選定時段期間的閥位。例如，高流 量反饋控制算法410和低流量反饋控制算法420可以在試圖控制或調(diào)節(jié)壓力Pl時利用并 監(jiān)測實驗室100內(nèi)的相對或差分的空氣流量(例如氣流Al和排氣氣流El之間的差值)。高流量反饋控制算法410和低流量反饋控制算法420與比較器算法450協(xié)作驅(qū)動 或改變由主節(jié)氣閥110提供的氣流Al以建立Al和El之間的空氣流量差。隨著空氣流量差 接近期望壓力P1，主節(jié)氣門110也接近其操作范圍內(nèi)的死區(qū)。主節(jié)氣閥110操作范圍內(nèi)的 死區(qū)相應(yīng)地應(yīng)與微調(diào)節(jié)氣閥114的操作范圍重合。在該死區(qū)內(nèi)，由主節(jié)氣閥110提供的閥 位以及由此氣流Al都響應(yīng)于由比較器450提供的命令、信號或指令而保持恒定，同時現(xiàn)在 正處于其有效操作范圍內(nèi)并處在壓力控制器440的操作控制之下的微調(diào)節(jié)氣閥114通過氣 流A2進(jìn)行必要的微調(diào)或最終調(diào)節(jié)以在實驗室100內(nèi)建立起期望壓力P1。主節(jié)氣閥110操 作范圍內(nèi)的死區(qū)(微調(diào)節(jié)氣閥114的操作范圍)的閥位或相對位置通常由壓力控制器440 使用并且對應(yīng)于期望壓力Pl的壓力設(shè)定值確定。例如，通過壓力控制器440監(jiān)控的壓力設(shè) 定值可以被建立在微調(diào)節(jié)氣閥114操作范圍的中段內(nèi)，該位置相應(yīng)地也可以處在主節(jié)氣閥 110操作范圍的終端內(nèi)。用這種方式，通過分別允許最大可能地增大和減小氣流Al、A2，節(jié) 氣閥110、114的有效性都可以被最大化。某些情況可能會以需要大幅度改變供氣的方式來擾亂或干擾實驗室100的加壓。 例如，響應(yīng)于壓力的突然降低，微調(diào)節(jié)氣閥114可能會響應(yīng)于壓力控制器440而切換至其正 常操作范圍以外的并且遠(yuǎn)離期望設(shè)定值的閥位。不再被固定在恒定閥位的主節(jié)氣閥110響 應(yīng)于增量控制器430而切換或打開，從而增大氣流Al并導(dǎo)致實驗室100內(nèi)的壓力增大。隨 著壓力Pl向著期望的設(shè)定值增大，壓力控制器440以緩慢地關(guān)閉或限制由微調(diào)節(jié)氣閥114提供的氣流A2來響應(yīng)。當(dāng)微調(diào)節(jié)氣閥114接近其操作范圍內(nèi)的某一閥位例如主節(jié)氣閥110 操作范圍內(nèi)的死區(qū)時，主節(jié)氣閥110的閥位被鎖定或保持，從而阻止對氣流Al進(jìn)行更多的 改變。微調(diào)節(jié)氣閥114現(xiàn)在在其操作范圍內(nèi)發(fā)揮作用，繼續(xù)對氣流A2進(jìn)行必要的微調(diào)以 使房間壓力Pl返回到壓力控制器440內(nèi)存儲的期望設(shè)定值。由此，主節(jié)氣閥110 (通過氣 流Al)實現(xiàn)總體供氣流量的較大改變，但是并不直接影響或者干擾小的輔助或微調(diào)節(jié)氣閥 114。如果改變需要大幅度減少供氣，那么節(jié)氣閥110、114就以相反的方向操作。A.響應(yīng)于排氣氣流增加的改變在一個示范性實施例中，實驗室100可以在“恒定體積”結(jié)構(gòu)下操作，這確保了其中通過的流量(排氣氣流El和結(jié)合的供氣氣流A1/A2)在正常運(yùn)行期間基本上保持不變或 恒定。通常較大的流量改變會在空氣輸送系統(tǒng)102開啟或停止時發(fā)生。但是，排氣裝置104 和/或其他流體連通的排氣設(shè)備例如排氣扇122可能會在空氣輸送系統(tǒng)102的常規(guī)運(yùn)行期 間被開啟或停止。流量也有可能響應(yīng)于沿流體連通的中央排氣系統(tǒng)發(fā)生的事件而改變。例 如，如果排氣裝置204被沿著中央管路系統(tǒng)流體連通至排氣裝置104，那么其中一個排氣裝 置的運(yùn)行就會影響到另一個排氣裝置的運(yùn)行。在這個例子中，當(dāng)系統(tǒng)被開啟或停止時，這兩 個排氣裝置104，204相對于彼此互相影響或作用的結(jié)果可能是很普遍的。這些過渡性事件 的發(fā)生可能會暫時地改變來自實驗室100的排氣氣流E1，并且它可能需要響應(yīng)于房間加壓 控制流程400的氣流Al和A2中的響應(yīng)或改變。例如，當(dāng)實驗室100在正常的穩(wěn)態(tài)工況下運(yùn)行時，氣流Al和A2以及排氣氣流El 是基本穩(wěn)定或恒定的并且接近或處于其各自的設(shè)定值。在該結(jié)構(gòu)或狀態(tài)下，實驗室100內(nèi) 的壓力Pl是基本穩(wěn)定或恒定的并且接近或處于其設(shè)定值。微調(diào)節(jié)氣閥114可以處于恒定 閥位或者可以進(jìn)行微小的移動以在其操作范圍內(nèi)也就是在主節(jié)氣閥110的死區(qū)內(nèi)并且圍 繞被壓力控制器440使用的期望壓力設(shè)定值來調(diào)節(jié)氣流A2。由此，在正常運(yùn)行中，供氣或主 節(jié)氣閥110被固定在能夠使其輸送氣流Al以與通過微調(diào)節(jié)氣閥114輸送的氣流A2 —起平 衡排氣El的任意閥位上。當(dāng)排氣裝置104或?qū)嶒炇?00內(nèi)發(fā)生了增大排氣氣流El的干擾時，供氣氣流Al 和A2就失去了平衡并且實驗室100內(nèi)的壓力Pl將開始下降。房間加壓控制流程400并且 特別是壓力控制器440以打開微調(diào)節(jié)氣閥114的方式響應(yīng)從而試圖增大氣流A2來平衡排 氣El的增加。如果沒有脫離微調(diào)節(jié)氣閥114的操作范圍(主節(jié)氣閥110的死區(qū))就使通 過微調(diào)節(jié)氣閥114的氣流A2匹配或平衡了排氣El的增加，那么平衡即被恢復(fù)并且實驗室 100內(nèi)的流量即可被保持而無需調(diào)節(jié)主節(jié)氣閥110。如果微調(diào)節(jié)氣閥114的閥位以及對應(yīng)的氣流A2的增大或改變不足以平衡排氣El 的增加或改變，那么微調(diào)節(jié)氣閥114保持達(dá)到其操作范圍限度的開度，由此經(jīng)過或離開死 區(qū)。這種變化重新激活主節(jié)氣閥110，其允許氣流Al隨著節(jié)氣閥的打開而增大。由主節(jié)氣 閥110提供的增大的氣流Al對于總的供氣氣流Al和A2具有比微調(diào)節(jié)氣閥114更加明顯 的效果，并將流量增加到足以平衡增加的排氣El的程度。增加總的供氣氣流Al和A2用于帶動實驗室100的壓力Pl返回期望的壓力設(shè)定 值從而導(dǎo)致微調(diào)節(jié)氣閥114移向關(guān)閉閥位并減少氣流A2。隨著微調(diào)節(jié)氣閥114的關(guān)閉，它 重新進(jìn)入其操作范圍或死區(qū)，從而鎖定主節(jié)氣閥110的閥位。主節(jié)氣閥110可以響應(yīng)于由 比較器450提供的指令或信號或者響應(yīng)于由壓力控制器440或增量控制器430提供的指令或信號而被鎖定。此時，壓力控制器440處于房間加壓控制流程400的主要控制狀態(tài)并連 續(xù)用于調(diào)節(jié)或驅(qū)動微調(diào)節(jié)氣閥114以帶動壓力Pl返回設(shè)定值。微調(diào)節(jié)氣閥114可以最終 接近改變之前的初始閥位和初始?xì)饬鰽2?？偟墓鈿饬鰽l和A2最終略高于增加的排氣 El的量。用這種方式，主節(jié)氣閥110就平衡了增加的排氣E1。B.響應(yīng)于排氣氣流減少的改變在圖2示出的示范性實施例中，實驗室100被通過通道D流體連通至氣閘室200。在該示例中，氣閘室具有相對于實驗室100內(nèi)保持的壓力Pl而言更高的壓力P2。在房間 100和200之間的通道被密封時，其間存在很少的或者根本沒有氣流A。因此，實驗室100 在總的供氣氣流Al和A2以及排氣El之間保持平衡。在這種結(jié)構(gòu)中，主節(jié)氣閥110的閥位 是固定的，因為其所有的三個控制功能都已得到滿足(1)高流量反饋控制算法410的高流 量限制高于目前的供氣流量；⑵低流量反饋控制算法420的低流量限制低于目前的供氣 流量；以及(3)微調(diào)節(jié)氣閥114位于接近其期望設(shè)定值的操作范圍內(nèi)，也就是位于由比較器 450確定的死區(qū)之內(nèi)。當(dāng)通道D打開以提供從較高壓力的氣閘室200到實驗室100的氣流A時，開口(通 道D)非常大以至于壓力幾乎立刻平衡(PI = P2)，并且只要通道D仍然打開就將保持平衡。 起初，用于兩個房間100和200的新壓力平衡至各個房間100和200的初始壓力水平Pl和 P2之間的某一壓力。為了圖示說明，假定壓力較高的氣閘室200的空間在整個打開通道D的事件中有 效地保持在恒定的壓力P2下。如上所述，一旦通道D打開并向?qū)嶒炇?00提供氣流A，實驗 室100內(nèi)的壓力就增加以匹配另一氣閘室200 (首先出現(xiàn)在較高壓力P2處的氣流A提供所 需的空氣以將壓力Pl升高至P2)。響應(yīng)于壓力的增加，壓力控制器440以向關(guān)閉閥位驅(qū)動 微調(diào)節(jié)氣閥114的方式作為響應(yīng)由此限制或減小氣流A2。由于它這樣做，所以總的供氣氣 流Al和A2減少并且不再與排氣El平衡。通過通道D的通風(fēng)得以形成以補(bǔ)償該差異。總 的供氣氣流Al和A2的減少由通過通道D提供的氣流A的增大進(jìn)行補(bǔ)償，因此盡管精調(diào)或 微調(diào)節(jié)氣閥114移向關(guān)閉閥位，并且總的供氣氣流Al和A2下降，但是實驗室100的壓力仍 然得以保持在氣閘室200的較高壓力P2下。隨著微調(diào)節(jié)氣閥114響應(yīng)于壓力控制器440而關(guān)閉，它離開其操作范圍例如死區(qū)。 這種過渡激活了主節(jié)氣閥110，其隨后開始關(guān)閉以試圖限制氣流Al并降低實驗室100內(nèi)的 壓力。隨著流量下降的繼續(xù)，它接近或超過在實驗室100內(nèi)運(yùn)行的低流量反饋控制算法 420中建立的低流量限制。此時，微調(diào)節(jié)氣閥114被完全關(guān)閉。壓力控制器440繼續(xù)運(yùn)行， 但是對實驗室100不再有更多的影響。由此低流量反饋算法和低流量限制直接控制由主節(jié) 氣閥110提供的閥位和氣流Al。如果通道D—直打開并繼續(xù)提供氣流A達(dá)到足夠的時段， 那么實驗室100內(nèi)的壓力就將穩(wěn)定在氣閘室200的壓力P2。在這種設(shè)置下，微調(diào)節(jié)氣閥114 被完全關(guān)閉，排氣El可以被保持在其初始流量下，氣流Al被設(shè)置在與低流量反饋控制算法 420相關(guān)聯(lián)的低流量限制下，并且氣流A作為通過通道D的通風(fēng)運(yùn)行以平衡排氣El和低流 量限制之間的氣流。只要通道D是打開的，該狀態(tài)就可以被長期保持。通道D關(guān)閉后，氣流A被消除使得排氣El超過了總的供氣氣流Al和A2 (A2實際 上仍然為零)。氣流的這種改變導(dǎo)致突然的壓降和排氣El從實驗室100中移走空氣。實驗室100內(nèi)的壓力接近與壓力控制器440相關(guān)聯(lián)的設(shè)定值，微調(diào)閥114被向其打開的閥位驅(qū) 動以提供正氣流A2。隨著微調(diào)節(jié)氣閥114打開并增大氣流A2以試圖補(bǔ)償和匹配排氣E1， 它可以在高側(cè)(例如增大流量側(cè))經(jīng)過在主節(jié)氣閥110操作范圍內(nèi)建立的死區(qū)，促使主節(jié) 氣閥110離開低流量反饋算法420的低流量限制并打開以增大氣流Al。這樣就轉(zhuǎn)而增大了 總的供氣氣流Al和A2并帶動實驗室100的壓力Pl返回到與壓力控制器400相關(guān)聯(lián)的設(shè) 定值。壓力控制器440轉(zhuǎn)而以向著關(guān)閉閥位驅(qū)動微調(diào)節(jié)氣閥114并減小氣流A2向死區(qū)返 回作為響應(yīng)。 在通道D被打開時，切換至低流量反饋算法420可防止主節(jié)氣閥110完全關(guān)閉。這 樣即可限制在通道D最終關(guān)閉時發(fā)生的控制超調(diào)量的幅度。應(yīng)該理解對于本文中介紹的當(dāng)前優(yōu)選實施例的各種修改和變形對于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員來說將是顯而易見的。這樣的修改和變形均可進(jìn)行而并不背離本發(fā)明的實質(zhì)和保 護(hù)范圍并且不會減少其預(yù)想的優(yōu)點。因此應(yīng)該理解這樣的修改和變形均被所附的權(quán)利要求覆蓋。
權(quán)利要求
一種設(shè)置用于調(diào)節(jié)空間內(nèi)空氣壓力的加壓控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括流體連通至供氣源的第一節(jié)氣閥，所述第一節(jié)氣閥設(shè)置用于控制氣流的輸送；具有操作范圍的第二節(jié)氣閥，所述第二節(jié)氣閥流體連通至所述供氣源和所述第一節(jié)氣閥，所述第二節(jié)氣閥設(shè)置用于補(bǔ)充所述氣流的輸送；和設(shè)置用于向所述第一和第二節(jié)氣閥提供控制信號的房間控制器，其中所述控制信號驅(qū)動所述第一節(jié)氣閥以引導(dǎo)所述氣流趨向所述操作范圍，并且其中所述控制信號驅(qū)動所述第二節(jié)氣閥以引導(dǎo)所述氣流趨向壓力設(shè)定值。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二節(jié)氣閥是微調(diào)閥。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述房間控制器包括增量控制器和壓力控制器。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述增量控制器被設(shè)置用于產(chǎn)生增量控制信號。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述壓力控制器被設(shè)置用于產(chǎn)生壓力反饋信號并且 其中所述壓力反饋信號被輸送至所述第二節(jié)氣閥。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述壓力控制器從由比例_積分控制器、比例_積 分_微分控制器或比例_微分控制器構(gòu)成的組中選出。
7.一種加壓控制系統(tǒng)，包括具有第一操作范圍的第一節(jié)氣閥，其包括死區(qū)；可操作地連接至所述第一節(jié)氣閥的第二節(jié)氣閥，所述第二節(jié)氣閥具有對應(yīng)于所述死區(qū) 的第二操作范圍；設(shè)置用于產(chǎn)生控制信號的房間控制器，其中所述控制信號將所述第一節(jié)氣閥驅(qū)動至對 應(yīng)于所述死區(qū)的閥位，并且其中所述控制信號將所述第二節(jié)氣閥驅(qū)動至對應(yīng)于所述第二操 作范圍的閥位。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第一節(jié)氣閥是粗調(diào)控制閥，并且其中所述第二 節(jié)氣閥是精細(xì)控制的微調(diào)閥。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述房間控制器包括增量控制器和壓力控制器。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括由所述增量控制器產(chǎn)生并輸送至所述第一節(jié)氣閥的增量流量信號；和由所述壓力控制器產(chǎn)生并輸送至所述第二節(jié)氣閥的壓力控制信號。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述壓力控制信號是作為壓力設(shè)定值和房間壓力 測量值的函數(shù)而產(chǎn)生的。
12.—種壓力控制方法，包括通過第一節(jié)氣閥提供氣流，其中所述第一節(jié)氣閥在具有死區(qū)的第一操作范圍內(nèi)操作；通過第二節(jié)氣閥調(diào)節(jié)氣流，其中所述第二節(jié)氣閥在對應(yīng)于所述死區(qū)的第二操作范圍內(nèi) 操作。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括設(shè)置房間控制器以產(chǎn)生控制信號來驅(qū)動所述第一和第二節(jié)氣閥。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述控制信號包括設(shè)置用于驅(qū)動所述第一節(jié)氣閥 的增量流量控制信號和設(shè)置用于驅(qū)動所述第二節(jié)氣閥的壓力控制信號。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述壓力控制信號是作為壓力設(shè)定值和房間壓力 測量值的函數(shù)而得到的。
全文摘要
一種設(shè)置用于調(diào)節(jié)空間內(nèi)空氣壓力的加壓控制系統(tǒng)，包括流體連通至供氣源的第一節(jié)氣閥，第一節(jié)氣閥設(shè)置用于控制氣流的輸送；以及具有操作范圍的第二節(jié)氣閥，第二節(jié)氣閥流體連通至供氣源和第一節(jié)氣閥，第二節(jié)氣閥設(shè)置用于補(bǔ)充氣流的輸送。加壓控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置用于向第一和第二節(jié)氣閥提供控制信號的房間控制器，其中控制信號驅(qū)動第一節(jié)氣閥以引導(dǎo)氣流趨向所述操作范圍，并且其中控制信號驅(qū)動第二節(jié)氣閥以引導(dǎo)氣流趨向設(shè)定值。
文檔編號G05D16/20GK101802505SQ200880103967
公開日2010年8月11日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者J·J·庫甘 申請人:西門子工業(yè)公司