用於在受控環境中進行空氣取樣的系統和方法

2023-09-17 20:26:30

專利名稱：用於在受控環境中進行空氣取樣的系統和方法
技術領域：
本發明涉及在室內環鏡中收集空氣樣本的裝置和方法。特別地，本發明涉及用於 收集、處理和分析清潔室內的空氣樣本，電氣地和自動地控制取樣設備並且校準所述取樣 設備的裝置和方法。
背景技術：
建立在製造、研究和其它設施中的清潔室，基於室內的靜態空氣壓強，相對於大氣 壓強和/或與清潔室鄰近的空間中的空氣壓強，典型地被分成兩大類。正空氣壓強室維持 在絕對空氣壓強大於大氣壓強、大於與該清潔室鄰近的空間中的空氣壓強或者都大於兩 者。通過將過濾後的和/或調節後的空氣泵入室中並控制空氣到室外的流動，來提供這種 室中的正空氣壓強。鄰近空間，可以是製造設施或辦公室，典型地通過加熱、通風和空氣調 節(HVAC)系統，或者通過提供允許鄰近空間與大氣壓強平衡的通到大氣中的開口，而被維 持在大氣壓強或接近大氣壓強。因而，流自正壓清潔室的空氣將朝向鄰近的室中的低壓或 向大氣流動。當正空氣壓強清潔室有缺口時，只要清潔室中存在的空氣傳播的汙染物對健康不 會造成潛在的不利影響，流到鄰近空間或大氣的空氣就沒有問題。典型地，清潔室內的空氣 可能沒有含有對人體健康或環境存在安全或健康擔心的濃度的空氣傳播的氣體、蒸汽和顆 粒物質，其中在清潔室中製造或進行電子、宇宙航空器件、光學系統、軍事裝備和與國防相 關的研究。然而，不總是如此，因為這些工業中的其它操作可能產生在可接受的水平以上的 汙染物，因此，必須防止未經處理而從清潔室離開。負空氣壓強室維持在絕對空氣壓強低於大氣壓強、低於與清潔室鄰近的空間中的 空氣壓強或者都低於兩者。通過將空氣泵出室外，來維持該負壓。當擔心空氣中的汙染物 可能對鄰近空間或者環鏡中的人體健康造成潛在健康威脅時，通常使用負壓室。儘管涉及到人體健康和環境，但是某些類型的製造和研究操作必須在正空氣壓強 清潔室中進行，以滿足規定的要求和工業上適用的良好的製造和實驗室質量控制標準。例 如，州和聯邦法規，包括由國家職業安全與健康研究所(NIOSH)公布的法規，可能使使用正 壓或負壓清潔室成為必需。特別地，美國食品及藥品管理局(FDA)要求藥物生產在清潔室的範圍內進行，該 清潔室為在清潔環鏡中進行成批藥品製造提供驗證和證明。正空氣壓強清潔室和負空氣壓強清潔室已經使用了許多年。例如，美國專利 No. 4，604，111公開了一種負壓設備和用於保護環境和人免受建築內的空氣傳播的石棉和 其它顆粒汙染物影響的方法，其包括封閉空間，該封閉空間具有鼓風機，以將空氣抽入在封 閉空間內的過濾單元，且將過濾後的空氣排放到大氣中。美國專利No. 5，645，480公開了清 潔室的一般特徵。各種FDA法規和標準還規定了將用於清潔室內的空氣取樣和/空氣監測裝備的要 求，以檢驗或驗證在特定藥品製造活動過程中設施的清潔度。所述法規還提供了與清潔室內的空氣品質監測有關的電子數據記錄、準確度、精度和記錄保存。類似的要求也施加於其 它工業，諸如生物技術工業。美國專利No. 6，514，721描述了一種空氣取樣裝置和用於從室內或者從遠程空氣 樣本中收集空氣傳播的病原體和溼度數據的方法，其中，樣本量通過嚴密監測風扇速度而 被電氣地控制。本專利示出使用泵將室內的空氣抽入裝置的裝置，其使空氣中的含病原體 的顆粒衝擊安置在取樣裝置內的盤中所容納的生長/抑制介質(固體、液體、凝膠體或它們 的混合)。本專利指出，先前的取樣裝置不能實現相對於公稱或設定點流速好於士 30%的 恆定體積的空氣流，這使得病原體的濃度計算出現大的可變性。如美國6，514，721號專利所建議的那樣，其中的一個關鍵是成功地監測清潔室內 的空氣品質，以確保在收集一定量的空氣的時期，通過空氣取樣/監測裝置的空氣流速被 很準確地確定。在公開了一種電氣定時的、用於與各種空氣樣本收集裝置在各種環境條件 下一起使用的正移位空氣取樣泵的美國專利No. 4，091，674中，也領會到了該事實。所公 開的發明據稱要為準確的平均流速，而提供獨立測量的總體積、操作時間記錄器和「速率故 障」警報。在該專利中，通過使用耦接到機械波紋管的定時電路來實現準確度。美國專利No. 6，216，548示出了用於在受控環境中使用的空氣取樣裝置的控制系 統流程圖。特別地，該專利公開了涉及接通泵、檢查壓強、監測取樣時間、向取樣器中抽入空 氣、關掉泵和檢查線路中的洩露的控制器邏輯。該專利還教示使用淨化系統，該淨化系統用 於使用諸如氮氣的淨化氣體來淨化線路和相關的空氣顆粒取樣器。上述的現有技術的裝置和空氣取樣方法都不適用於監測現代清潔室的空氣中的 汙染物的水平，其中，樣本體積準確度和精度、系統控制和監測、報告、模塊化和遠程監測等 事項是重要的。因此，存在對這種空氣取樣裝置和方法的需求。

發明內容
本發明的空氣取樣/監測系統在清潔室中有用，諸如使用製藥、生物技術、半導體 和電子工業，以及其他所操作的那些室。系統被設計成測試清潔室內的空氣，以鑑別一定量 的空氣中存在的存活的汙染物的水平。系統在設施的清潔室或無菌區域外提供控制器和真 空泵，並且在清潔室/無菌區域內提供遠程控制觸摸板和空氣取樣裝置。系統需要真空管 道和用於遠程控制觸摸板的電子空間配線(electronic plenum wiring)兩者的硬連線。使 用用於設置期望的流速和可接受的與期望流速的偏差的流速開關以及流速流速可編程邏 輯，來實現流經系統的高準確性的空氣。本發明的一個目的是提供一種用於從設施內的受控環境收集一定量的空氣的方法。本發明的另一個目的是提供一種用於控制從設施內的受控環境收集的流體的流 速的方法。本發明的再一個目的是提供一種用於從設施內的受控環境收集一定量的空氣的 取樣系統，所述一定量的空氣被分析以確定受控環境中所存在的汙染物的數量。本發明的另一個目的是提供一種用於確定設施內的受控環境中的汙染物的量的 取樣系統，用於實現對規章的遵守。本發明的再一個目的是提供一種系統和方法，利用無線技術，以減少清潔室的受控環境和清潔室外的空間之間的對結構的穿透的數量。簡單地描述，如這裡所具體表現和充分描述的，本發明的那些和其它目的和特徵， 通過用於收集設施內的受控環境的一定量的空氣的系統來完成，該系統包括位於受控環 境外的控制器，控制器具有定時器電路、用於提供流體流量的流速電路、流量開關和與位於 受控環境內的至少一個空氣取樣裝置成流體連通的管埠，其中，流速電路控制流量開關 並且將流體流量維持在大約為預編程的流速值；真空泵，其與空氣流量開關成流體連通； 以及觸摸板，其無線地連接至控制器，其中，觸摸板包括用於向控制器發送開始信號以收集 一定量的空氣，以及當已經收集到一定量的空氣時向控制器發送停止信號的通信裝置。如這裡所具體表現和充分地描述的，本發明的那些和其它目的和特徵通過用於從 設施內的受控環境收集一定量的空氣的方法來完成，該方法包括如下步驟在受控環境內 提供至少一個空氣取樣裝置；在受控環境外提供與至少一個空氣取樣裝置成流體連通的第 一空氣取樣控制器埠 ；在受控環境內提供與第一空氣取樣控制器無線連接的至少一個觸 摸板控制器；提供與第一空氣取樣控制器埠成流體連通的真空源；從至少一個觸摸板向 真空源傳遞信號，以實際流速通過至少一個空氣取樣裝置抽取預定量的空氣；當已收集到 預定量的空氣時，或者當通過至少一個空氣取樣裝置的流速低於編程值時，輸出信號。通過參照本發明的下面的詳細描述、所附的權利要求書以及參照附於此的幾個圖 形，利用本發明的在下文中將明顯的那些和其它目的、優點和特徵，本發明的特性將會被更 清楚地理解。


圖1是根據本發明的一個方面的在其中具有清潔室的示例性設施的示意圖；圖2是根據本發明的一個實施方式的用在圖1的清潔室中的空氣取樣/監測系統 的方塊圖。圖3是根據本發明的一個實施方式的連接至基站和觸摸板的控制器的方塊圖；圖4是圖3所示的控制器的埠的方塊圖；圖5是根據本發明的一個實施方式的用於對空氣取樣裝置進行淨化的淨化系統 的方塊圖；圖6是用圖示說明了隔離器控制器邏輯的工藝流程圖；圖7是根據本發明的一個方面的觸摸板的方塊圖；以及圖8是根據本發明的另一實施方式的用在圖1的清潔室中的空氣取樣/監測系統 的方塊圖。
具體實施例方式為說明性目的而描述本發明的幾個優選實施方式，應當理解，本發明可以附圖中 沒有具體示出的其它方式來具體表現。首先轉到圖1，其中示出了示例性的設施100的示意圖，該設施100中具有一個或 多個清潔室102。清潔室102與空間104和室外大氣106鄰近。鄰近空間104可以是清潔 室102所位於的同一設施100內的並且與清潔室102鄰接的任何一個或多個室，諸如，例 如，獨自的製造室、另一清潔室、罐裝和封裝室(finish and fill room)、研究實驗室或辦公室。清潔室102和鄰近空間104由諸如壁等的分隔物分開。示例性設施100中的清潔室102能夠維持在比鄰近空間104的空氣壓強P2低的空 氣壓強P1，並且空氣壓強P1也比大氣壓強Patm低。這是由HVAC系統(未示出)完成的，該 HVAC系統使經調節和過濾的空氣如圖1所描繪地以受控的流速An被泵入清潔室102。清 潔室102內的空氣被如Q。ut所表示地泵出或者另外流出清潔室102。只要^^PQ。ut之間的 差大於零，就可以在清潔室102中維持正壓。現在轉到圖2，其中示出根據本發明的一個實施方式的用於對清潔室102中的空 氣進行取樣和監測的空氣取樣/監測系統200的方塊圖。空氣取樣/監測系統200包括控 制器202、真空泵208、可選的淨化泵206、可選的計算機210，它們都可以一起位於鄰近或遠 離(即，非直接鄰近)清潔室102的鄰近空間104。單機的壁裝式或臺式觸摸板214和一個或多個空氣取樣裝置216a、216b、 216c、……、216n遠程連接至控制器202，其中η優選地為1_10，但是，該數量不被空氣取樣 /監測系統200限制成空氣取樣裝置的任何特定數量。也就是，系統可線性地調整至10個 空氣取樣裝置以上或以下。適用於本發明的典型的空氣取樣裝置是美國賓夕法尼亞州馬爾 文(Malvern)的威爾泰克聯合股份有限公司(Veltek Associates, Inc.)生產的心房型空 氣取樣裝置(SMA Atrium)。根據本發明的空氣取樣裝置216a、216b、216c、……、216n可 以是用於收集一定量的空氣的任何已知的空氣取樣裝置。術語「收集」、「取樣」、「監測」等 不用於僅指整個空氣取樣裝置，也指處理流體流的裝置以為後續的分析和量化而分離流體 中特定的氣體、蒸汽和顆粒物質。術語「空氣」和「流體」用於可互換地指氣體、蒸汽和顆粒； 因而，「空氣取樣器」不意味著僅收集了空氣。儘管圖2僅示出連接至多個空氣取樣裝置216a、216b、216c的單個觸摸板214，但 是也考慮可以有另外的觸摸板的布置和空氣取樣裝置的布置。例如，單獨的或分立的觸摸 板214和空氣取樣裝置216的比率可以為一比一，或者也許是單個觸摸板214可以連接至 兩個或多個空氣取樣裝置216a和216b，而一個獨自的觸摸板214可以連接至第三空氣取樣 裝置216c。觸摸板214通過線218與控制器202連通，或者使用諸如接收器/發送器212與 控制器202聯接，而接收器/發送器2M與觸摸板214聯接的無線部件。接收器/發送器 212,224是在對整個空氣取樣/監測系統200來說唯一的同一高頻上。選擇該頻率以減小 與設施100中的其它設備幹擾的可能性，並且當控制器202與觸摸板214位於彼此運離時， 允許通信。一個或多個空氣取樣裝置216a、216b、216c使用一個或多個空氣管220經由控制 器202連接至真空泵208 (下面描述)，空氣管220在空氣取樣/監測系統200的清潔室102 側可以是0. 25英寸的真空管道，在空氣取樣/監測系統200的鄰近空間104側可以是3/8 英寸的真空管道。在控制器202內，歧管(未示出)將所有單獨的空氣管220連結在一起 並且將它們連接至真空泵208的真空側。與氣管220聯接的單獨的螺線管(未示出)用於 接通通向各空氣取樣裝置216的空氣流。觸摸板214和空氣取樣裝置216 —起位於清潔室102中，或者位於清潔室102的 一部分中。一個或多個空氣管220被連接至位於清潔室102中的壁處的壁裝式快速斷開出 Π 226ο
真空泵208是需要的泵，其當接收到來自控制器202的信號時操作，以在空氣取樣 循環的開始操作。其由安裝有空氣取樣/監測系統200的設施100提供的標準交流電，或 者由來自控制器202的電力(或者兩者)供電。真空泵208使用0. 75英寸(內徑)的真 空管道(也可以使用其它尺寸的管道)連接至控制器202。根據本發明的一個實施方式的 真空泵208是1. 5HP的馬達真空泵。如排氣管222所示，來自真空泵208的排氣按照需要 被引導到鄰近空間104的外部，或者被引導到鄰近空間104內。可選的淨化泵206可以使用0. 25英寸(內徑)的真空管道(也可以使用其它尺 寸的管道)連接至控制器202。來自真空泵208的排氣按照需要被引導到鄰近空間104的 外部，或者被引導到鄰近空間104內。最好通過消減系統(abatement system)(未示出) 處理排氣，以收集或洗刷在淨化循環(下面描述)中收集的淨化氣體和汙染物。計算機210可以被用作數據記錄器。計算機210可以是專用的計算裝置；然而，如 果在設施100處已經安裝有專用的或網絡計算裝置，則不需要計算機210來用於數據記錄 的目的。由計算機210記錄的數據包括取樣時間、取樣日期、取樣長度和取樣位置，以及其 他數據。現在轉到圖3，其中示出了連接至基站302和觸摸板214的本發明的控制器202的 方塊圖。控制器202包括一個或多個單獨的模塊化埠 308a、308b、308c、……、308n，用於 將控制器202分別連接至單獨的空氣取樣裝置216a、216b、216c、……、216n，以及連接至 一個或多個觸摸板214(僅示出了一個觸摸板214)。最簡單的構造可以是具有單個埠 308a的單個控制器202位於一個室內，並且連接至位於另一個室內的一個或多個空氣取樣 裝置216和單個觸摸板214。然後，一附加埠 308b可以增加到控制器202，以與附加的一 個或多個空氣取樣裝置216連接(並且可以更新觸摸板214，以具有控制第二空氣取樣裝置 216的接口 ；或者可以使用第二觸摸板214)。埠 308b的觸摸板214和空氣取樣裝置216 可以與用於接口 308a的觸摸板214和空氣取樣裝置216處於同一室，但是處於該室的不同 區域；或者可以處於完全不同的室。埠 308a、30mK308C、……、308n進一步模塊化，因為 它們包括它們自己的專用電源、硬體和軟體，包括操作所需的配件和連接器。換句話說，模 塊化，通過增加或移除埠 308a、30mK308C、……、308n，以分別地與單獨的觸摸板214連 接和與它們相關的一個或多個空氣取樣裝置216a、216b、216c、……、216n連接，而使系統 可容易地構造。儘管圖3示出了觸摸板214連接至單個埠 308η，其可以連接至每個埠 308a、 308b,308c,……、308n，並且間接地分別連接至每個空氣取樣裝置216a、216b、216c、……、 216n (或者如圖2所最佳地示出，直接連接至每個空氣取樣裝置)。控制器202在觸摸板214 和連接至特定埠 308的取樣裝置216之間傳遞信號。因而，從觸摸板214或埠 308a發 送來的控制信號被發送到也連接至相同的埠 308a的空氣取樣裝置216，而不是發送到連 接至埠 30 的空氣取樣裝置216。因為控制器是模塊化的，其可以具有任何數量的埠 n，取決於所指定的清潔室 102 (或多個清潔室)的需要，例如，單獨的設施的空氣取樣協議、標準操作程序、質量保證/ 質量控制計劃、規章等。例如，控制器202可以用於控制部署在一個或多個清潔室102中的 1、2、3、……、η個空氣取樣器，在這種情況下，控制器202具有對應數量的埠。優選地， 一個或多個單獨的空氣取樣裝置216a、216b、216c、……、216n和一個觸摸板連接至單獨的埠 308a、308b、308c、......,308η 中的每一個埠。每個單獨的埠 308a、308b、308c、……、308n均包括至少一個連接器，用於將單 獨的埠 308a、308b、308c、……、308n連接至諸如計算機210的數據記錄器，或連接至其 它裝置。優選地，使用至少兩個多針連接器。成對的多針連接器並行地電連接。適合的針 連接器可以包括，但不限於，九針連接器。如果觸摸板214被設計為沒有用於與控制器202通信的無線通信特徵，則需要基 站302。基站302可以與控制器202位於同一位置，或者另外位於清潔室102的外部，或者 其可以與觸摸板214 —起位於清潔室102內。主要用作觸摸板214和控制器202之間的數 據通信中繼的基站可以經由數據通信網絡306可操作地連接至觸摸板214，使得觸摸板214 不需要直接連接至控制器202(即，其可以無線地連接)。數據通信網絡306可以是任何專 有或公共網絡，包括諸如網際網路、區域網、無線網絡或複合網絡的分組交換網絡。經由數據 通信網絡306的基站302與觸摸板214之間的通信可以由接收器/發送器310、312幫助實 現。控制器202和基站302可以通過電纜314，或者經由有線或無線數據通信網絡316 而可操作地彼此連接，其中數據通信網絡316使用具有數字輸入/輸出(未示出)的集成 無線電。數據通信網絡316可以是任何專有或公共網絡，包括諸如網際網路的分組交換網絡。 控制器202和基站302的接收器/發送器處於對整個空氣取樣/監測系統200唯一的同一 高頻上。選擇該頻率以減少幹擾的可能性。基站302接口操作為具有可擴展的輸入/輸出選項的雙向(點對點)監測和控制 裝置。位於基站302中的接收器/發送器310和位於清潔室102內的觸摸板214中的接收 器/發送器312是僅彼此通信的專用的一對。接收器/發送器310、312連接至輸入/輸
出電路板，其觀察單獨的埠 308a,308b,308c, ......、308n加電、單獨的埠 308a,308b,
308c、……、308n在空氣取樣模式中，並且播送空氣取樣循環期間的空氣流量誤差。基站 302可以檢測每個單獨的埠 308a、308b、308c、……、308n的活動狀態。位於控制器202 附近的基站302具有輸入/輸出，該輸入/輸出直接電纜連接至控制器202中的與該輸入 / 輸出對應的埠 308a、308b、308c、......、308n。現在轉到圖4，其中示出根據本發明的一個實施方式的控制器202的示例性埠 308的方塊圖。埠 308具有其自身專用的定時器402、空氣流量開關404、直流電源406、空 氣管接口 408、設施系統控制和數據採集(SCADA)接口 410和計算機412。如前面所描述， 埠 308是模塊化的並且與控制器202關聯的其它埠獨立。因而，如果埠 308有故障， 與控制器202關聯的剩餘埠能夠繼續在校準公差內起作用。模塊化設計還消除了單點系 統故障的可能性。埠 308具有其自身的直流電源406，並且不依賴於集中電源而操作。通 過使用光耦合電路(未示出)可以除去接地迴路或者直流電壓轉換，從而提供穩定耐用的 性能。這些電路使SCADA直流接地和SCADA電壓分布系統與控制器202的直流電壓和接地 分布系統(未示出)隔離。如果存在設施系統，其與控制器將不依靠於共用直流接地總線 連接。這使得設施系統和控制器202以長電纜連接，而無需兩個系統之間的特別的直流接 地互連。設施系統參考設施的直流電源系統，發送電流信號或者接收電流信號。這是安全 和有效地消除具有不同電力要求的兩個系統之間的互連的方式。專用的定時器402用於監測空氣取樣循環持續時間。定時器402可以位於清潔室102外部的控制器202處，或者位於清潔室102內的觸摸板214處並且經由線218連接至 控制器202。可以在控制器202處和/或在觸摸板214處觀察用於埠 308的定時器402 的狀況。每個定時器402可以與其它埠 308獨立地或者同時地運行。定時器402可以被 校準至已知的標準，以獲得非常精確的讀取。定時器402啟動空氣取樣循環、通過其輸入/ 輸出發出命令以打開螺線管(未示出)並且啟動真空泵208。定時器402使空氣流量開關 404知道取樣循環已經開始，並且如果不存在適當的氣體流量，則宣告Icfm的誤差信號。定 時器402還向埠 308和觸摸板214的其它部件提供+12伏的直流電力。
控制器202具有內部接口，該內部接口能夠連接至用戶的SCADA接口 410或者計 算機412 ；或者可編程邏輯控制器(PLC)，其能夠與監測系統連接，該監測系統與設施100相 關聯。控制器202包括隔離器接口(未示出)，當連接至設施系統時，該隔離器接口將不產 生可能引起設施或控制器的信息問題的任何電壓變換或接地迴路。控制器202的淨化模式 不受系統200的無線控制或系統200的隔離接口輸入/輸出幹擾和影響。通過一個或多個空氣取樣裝置216a、216b、216c的每個的公稱或設定點體積流速 是Icfm(或者301pm)。這由Icfm電路和空氣流量開關404完成。空氣流量開關404包括數 字空氣流量顯示器414，該數字空氣流量顯示器414可以被編程以升/分(Ipm)、立方英尺/ 分(cfm)或其它單位顯示空氣流速。如果在空氣取樣循環T期間流經埠 308的空氣沒有 滿足預編程或設定點Icfm的空氣流量值，或者沒有滿足預定公差，則空氣流量開關404產 生誤差信號。該信號允許警告用戶特定空氣樣本有問題。因為空氣流量開關404是數字開 關，其可以容易地相對於標準流量開關(諸如國家標準和技術研究院認證的開關)校準，其 不受空氣流管道中的壓強變化或空氣流量開關404的位置空氣壓強所產生的影響。數字流 量開關還消除系統與系統之間的內部管路的變化，其具有減少管路的集成的流量調節夾管 閥。空氣流量開關404被機械連接和電連接至空氣管接口 408，其接收空氣管220，以 提供埠 308的空氣流量開關404和遠程空氣取樣裝置216(如圖2所示)之間的物理連 接。雖然數字空氣流量開關404是優選的，如果考慮壓強變化，也可以使用浮子式流量計轉 子流量計)。轉子流量計是較不可取的，其原因是除了其他事以外，可能需要提供校準轉換 裝置和計算轉移功能，並且轉子流量計必須安置在適當的水平高度和角度，以允許準確的 人工讀取。空氣流量開關404位於一個或多個空氣取樣裝置216a、216b、216c和Icfm電路之 間，並且被設計成維持通過一個或多個空氣取樣裝置216a、216b、216c和相關聯的空氣管 道220的穩態流速，具有相對於公稱設定點流速的可檢測的空氣流速容許偏差士3% (典 型地，所關心的事是當流速從公稱設定點流速降低3%時)。該空氣流速準確度為，例如，被 校準了 士5%的系統提供大約2%的誤差幅度，該空氣流速準確度通過使用如上所述的標 準流量開關的常規和非常規的校準檢測的組合，以及實時或接近實時地恆定監測流速的軟 件和硬體實現。空氣流量開關404被編程為當空氣流量低於編程的設定點或低流量值時向 Icfm電路板(未示出)發送誤差信號。也就是，流量開關404通知Icfm電路空氣流量低於 編程入系統中的3%的最低水平。該Icfm電路檢查以確保空氣流速誤差是有效的。如果該 電路確認空氣流量的有效性，其向正在進行空氣取樣的單獨的埠 308a、308b、308c、……、 308η發送信號。
流量開關404具有可編程的低設定點和高設定點。當空氣流量過於高於或低於設 定點值時，流量開關404向Icfm發送數字「on」信號，表示空氣流量有錯誤。在空氣取樣循 環期間，Icfm電路是起作用的，並且來自流量開關404的信號會使Icfm電路向控制器202、 觸摸板214、無線控制面板和隔離器控制器504(圖幻發送或者播送流量誤差。SCADA接口 410允許埠 308連接至設施SCADA，這允許空氣取樣/監測系統200 集成到其它的設施數據收集和監測系統中。當連接至第三方設備時，如前所述，通過除去接 地迴路和電壓轉換，隔離接口防止本系統危害控制器或SCADA系統的性能。除了連接至觸摸板214之外，埠 308可以直接連接至獨自的計算機412或者與 獨自的計算機412互相連接。獨自的計算機412具有軟體和硬體，以執行埠 308的功能。 獨自的計算機412可以是具有存儲器的處理器。控制器202也可以具有中央處理器，獨自 的計算機412與該處理器通信以控制控制器202和空氣取樣/監測系統200的全部操作。現在轉到圖5，其中示出用於對空氣取樣裝置216a、216b、216c、……、216η和相關 聯的控氣管220進行淨化，以確保在空氣取樣/監測系統200的這些部分中沒有殘餘汙染 物的淨化系統502。隔離器控制器504根據空氣取樣循環和淨化循環控制真空泵208和淨 化泵206的操作。在空氣取樣循環中，可以是三向螺線管的隔離器控制器504通過經由電 連接512向真空泵208發信號來使真空泵208停止。同時，隔離器控制器504通過經由電 連接510向淨化泵206發送信號來控制淨化泵206接入。當發送這些信號時，不是由真空 泵208經由空氣取樣裝置216a、216b、216c、……,216η和空氣管508抽取空氣，而是由淨 化泵206經由空氣取樣裝置216a、216b、216c、……,216η和空氣管220代替抽取空氣。因 而，在空氣取樣循環期間，將空氣流引到真空泵208，而關閉淨化路徑。在淨化循環期間，作 相反行為，由此將空氣流引到淨化泵206，而關閉空氣取樣路徑。儘管隔離器控制器504優選關聯多達10個單獨的埠 308和對應的空氣取樣裝 置216，但是圖5僅示出了 一個埠 /空氣取樣裝置。在任何取樣循環期間，防止控制器202 開啟淨化循環。然而，一旦每個空氣取樣裝置216的空氣取樣循環完成，控制器202就設置 為淨化模式。隔離器控制器504埠均具有將在淨化循環期間收集的空氣引導至淨化出口 222(如圖2所最佳示出)的專用螺線管(未示出)。圖6是根據本發明的一個實施方式用圖示說明了隔離器控制器邏輯的工序流程 圖。在步驟602中，工序使能空氣取樣循環，這是系統的正常操作。在步驟604中，隔離器 控制器504檢查真空泵208是否接通。如果真空泵208接通，則淨化泵206必需斷開，因為 隔離器控制器504在任一時間僅能夠使能真空泵208或淨化泵206。如果真空泵208沒有 接通，則在步驟606中接通真空泵208。這可以基於預編程的時間或操作自動地完成，或者 通過在遠程計算機210或本地觸摸板214處輸入命令而手動完成。在步驟608中，隔離器控制器504保持真空泵208接通。在步驟610中，隔離器控 制器504檢查以確定淨化循環是否應該繼續禁用。如是，則工序返回步驟604並且取樣循 環繼續。一旦隔離器控制器504接收來自控制器202的進入淨化循環的信號，在步驟612 中，隔離器控制器504開始淨化循環。在淨化循環結束時，隔離器控制器504在步驟604返 回空氣取樣循環，或者可能關掉系統直至下個空氣取樣系統開始。通常，淨化循環將運行直 至下一空氣取樣循環被安排，其可以是，例如，每M小時一次。在一些清潔室102中，諸如 100級清潔室，可能不必要在正沒有執行空氣取樣循環的時間期間內運行淨化循環。通過與SCADA (典型地由個人計算機操作)或可編程的邏輯控制器連接的隔離器印刷電路板(未示 出)，實現隔離器控制器邏輯。該電路板去除了設施電壓系統與本發明的電力系統的連接。螺線管電路板位於控制器202中，並且能夠連接至SCADA或者連接至可編程的邏 輯控制器系統。可以在觸摸板214處輸入所有命令和進行所有觀察。系統200的無線和隔 離特徵可以在連接至控制器202的三個接口中的任一個上實施。例如，當無線面板接收到 開始空氣取樣循環的命令時，觸摸板214、控制器202和計算機210均將觀察進行中的空氣 取樣循環。再例如，當檢測到空氣流量誤差時，控制器202可以將特定埠 308中檢測到的 誤差播送至觸摸板214和計算機210(或者連接至系統200的可能使用的任何其它輸入/ 輸出裝置)。淨化循環包括經由空氣取樣裝置216a、216b、216c、……、216n和空氣管220，將水 蒸汽、過氧化氫或其它蒸汽/氣體注入空氣流中。當淨化循環開始時，這可以通過在一個或 多個隔離器腔室514中隔離空氣取樣裝置216a、216b、216c、……,216η,以及將淨化氣體 流以流速％引入該腔室流速來完成。隔離器腔室514沒有或不允許封閉空間內的任何人 體接觸。用於淨化和除汙空氣管的其它技術在現有技術中眾所周知。涉及製藥操作的本系 統的用戶將期望在任何原料藥混合之前以及著手罐裝和封裝操作之前，清潔各系統部件。 本發明的淨化模式允許直接連接至隔離器的管的滅菌。淨化蒸汽/氣體離開隔離器控制器 504。在隔離淨化循環期間，流經空氣管508的空氣可以由氣體調節裝置516調節，該氣體 調節裝置516可以包括微粒過濾器(未示出)、有機吸附劑、活性碳、氣液分離罐、旋風分離 器或其它物質或裝置，或物質和裝置的組合。現在轉到圖7，其中示出根據本發明的一個方面的觸摸板214的方塊圖。如前所 述，觸摸板214可以是靜止的壁裝裝置，或者其可以是可攜式的並且適於位於清潔室102的 工作區域內的，諸如工作檯，的任何平面上。觸摸板214是用於空氣取樣/監測系統200的 人性化接口輸出/輸出裝置。其遠程控制位於清潔室102外部的控制器202。該設計從清 潔室102的無菌區域移除了系統的大多數電子部件，包括系統電源、流量開關線路和其它 電子部件。觸摸板214的電子部件被密封在裝置內，使得裝置可以像清潔室102的其它部 分一樣進行消毒。觸摸板214允許用戶開始、停止、編程和監測在清潔室102內的空氣取樣和淨化循 環。其還允許用戶中斷空氣取樣循環、當空氣取樣循環完成時收聽可聽的信號或者觀察可 視信號、如果在空氣取樣循環期間檢測到空氣流量誤差，則允許用戶觀察空氣流量誤差並 且激活警報。例如，當系統檢測到高於或低於預編程的設定點流速Icfm的空氣流量誤差 時，可以產生可視信號。可視信號可以使一個或多個發光二極體(LED)發光，以向用戶提供 可視警報。啟動/中斷印刷電路板(未示出)控制定時器402(見圖4)的運行和中斷輸入。開始信號是從觸摸板214或定時器402 (與埠中的一個308相關聯)到控制 器202的輸入，該信號將開啟控制202硬體中的取樣循環。當控制器202上的單獨的埠 308a、308b、308c、……、308n接收到開始信號時，控制器202將通過控制隔離器控制器504 來開始取樣循環。控制器202然後通知觸摸板214 取樣循環指令信號已經發出。中斷信號被輸入到控制器202，停止已經在進程中的取樣循環。當控制器202的單 獨的埠 308a、308b、308c、……、308n接收到中斷信號時，控制器202將通過控制隔離器 控制器504來指示觸摸板214。控制器202然後通知觸摸板214 取樣循環指令信號已經停止。當取樣循環處於進程中時，控制器202的單獨的埠 308a、308b、308c、……,308η 將指示觸摸板214和，如必要的話，指示SCADA接口 410(以與獨自的設施系統通信)取樣 循環在進程中，並且該信號將在取樣持續時間的剩餘時間內保持起作用。當單獨的埠 308a、308b、308c、……、308n處於取樣循環中並且檢測到空氣流缺 乏時，控制器202將向正取樣的埠播送Icfm誤差。對於該埠，在取樣循環期間，輸入到 SCADA系統的電力將從起作用轉變到不起作用，並且在取樣循環的持續時間內繼續接通/ 斷開，直到Icfm誤差被去除。觸摸板214包括顯示器702。顯示器702包括用於使觸摸板214和與觸摸板214 連接的控制器202上的單獨的埠 308a、308b、308c、……、308n通電的開關。一個或多個 發光二極體提供觸摸板214已經激活以及真空泵208接通的視覺確認。顯示器702適於顯 示準確的流速信息，而無論空氣的成分(即，氮、氬和二氧化碳氣體的量)如何。每個觸摸板214均包括其自身的電源704，或者觸摸板214可以通過電纜706 (與 圖2中的電纜218相同)電連接至控制器202並且由控制器202供電，這向觸摸板提供了 電壓。觸摸板214利用包含少於大約2瓦特的電力的屏蔽增壓線。觸摸板214可以包括向控制器202上的單獨的埠 308a、308b、308c、……、308n 中的一個提供信號的電纜708，或者這可以是無線連接。觸摸板214可以包括向控制器202 上的單獨的埠 308a、308b、308c、……、308n中的一個提供信號的第二電纜710，或者這也 可以是無線連接。將觸摸板214連接至控制器202上的單獨的埠 308a、308b、308c、……、 308η的電纜的數量將取決於觸摸板214正控制的埠的數量。現在轉到圖8，其中示出根據本發明的另一實施方式的用在清潔室102中的空氣 取樣/監測系統800的方塊圖。空氣取樣/監測系統800包括空氣取樣裝置802、控制器 804、基礎模塊806和控制面板808。圖8中的空氣取樣裝置802被示出為位於空氣層流罩或隔離腔室810中，其可以 包括高效顆粒空氣(HEPA)過濾器(未示出)。空氣取樣裝置802和控制器804提供在可以 根據需要放置在清潔室102中或者清潔室102外的單個可攜式裝置內。控制器804可以包括獨立空氣取樣泵818。空氣取樣裝置802使用大約7英尺或 7英尺以下的真空管如圖所示地連接至控制器804。控制器804的特徵與圖3有關描述的 上述特徵類似。例如，控制器804在空氣取樣循環期間提供Icfm空氣流量誤差檢測，並且 其易於連接至設施的SCADA。基礎模塊806電連接至控制器804和空氣取樣裝置802，或者使用接收器/發送器 812經由網絡814無線連接至控制器804。典型地固定在空氣取樣裝置802附近的位置處 的基礎模塊806，使用接收器/發送器812，通過有線或無線網絡816，在控制器804與控制 面板808之間發送信號。因而，可以是可壁裝式的面板808經由控制器804為用戶提供空 氣取樣裝置802的輸入/輸出控制。因為圖8中的構造是無線的，所述空氣取樣/監測系 統800不需要為電纜或空氣管安排路線而穿透任何壁、天花板或地板。因而，安裝成本比前 述的其它實施方式少很多。雖然，這裡已經明確描述了所公開的發明的目前看來是優選的特定實施方式，但 是對本發明所屬領域的技術人員將是明白的，可以對這裡示出和描述的各實施方式作改變和變型，而不背離本發明的精神和範圍。因此，本發明旨在僅受所附權利要求書所要求的範 圍和適用的法律法規的限制。
權利要求
1.一種用於從設施內的受控環境收集一定量的空氣的方法，包括如下步驟 在所述受控環境內提供至少一個空氣取樣裝置；在所述受控環境外提供與所述至少一個空氣取樣裝置成流體連通的第一空氣取樣控 制器埠 ；在所述受控環境內提供與所述第一空氣取樣控制器埠無線通信的至少一個觸摸板 控制器；提供與所述第一空氣取樣控制器埠成流體連通的真空源；從所述至少一個觸摸板向所述第一控制器埠傳遞信號，以控制所述源以實際流速通 過所述至少一個空氣取樣裝置抽取預定量的空氣；當已收集到所述預定量的空氣時，或者當通過所述至少一個空氣取樣裝置的流速低於 或者高於編程值時，輸出信號。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括 鑑別所述一定量的空氣中的汙染物的量。
3.根據權利要求2所述的方法，還包括 計算所述受控環境中的汙染物的濃度。
4.根據權利要求1所述的方法，還包括提供與所述第一空氣取樣控制器埠成流體連通的淨化真空源； 使所述至少一個空氣取樣裝置與所述受控環境隔離；從所述至少一個觸摸板向所述淨化真空源傳遞信號，以通過所述至少一個空氣取樣裝 置抽取預定量的流體，其中，所述流體是氣體、蒸汽或氣體和蒸汽的組合；以及，當已收集到所述預定量的流體時，或者當通過所述至少一個空氣取樣裝置的流速低於 或者高於編程值時，輸出信號。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括如果所述實際流速偏離預編程的流速，則輸出警報信號。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，由所述受控環境內的可工作地連接至所述觸摸 板的基站傳送所述無線信號。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一空氣取樣控制器埠包括用於將所述 實際流速維持在所述預編程值的大約士3%之內的流量開關電路。
8.一種用於控制流體的流速的方法，所述流體收集自設施內的受控環境，所述方法包 括如下步驟在所述受控環境外提供與所述受控環境內的至少一個空氣取樣裝置成流體連通的第 一空氣取樣控制器埠，所述控制器埠包括定時器電路和流速控制電路； 從所述定時器電路向螺線管輸出信號，以啟動真空泵循環；在所述流速控制電路處接收代表流經所述控制器埠的流體的信號，以確定所述流體 的流速，其中，所述流體是氣體、蒸汽、微粒物質中的一種或者是氣體、蒸汽和微粒物質的組 合；以及當已經過了預定時間段時，從所述定時器電路向所述螺線管輸出信號，以停止所述真 空泵循環。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括如果流經所述控制器埠的流體偏離預編程的流速，則從所述流速控制電路輸出警報。
10.根據權利要求8所述的方法，還包括將流經所述控制器埠的流體的速率調整到在所述預編程流速的大約士 3%之內。
11.一種用於收集設施內的受控環境中一定量的空氣的取樣系統，包括位於所述受控環境外的控制器，所述控制器包括定時器電路、用於提供流體流量的流 速電路、流量開關、電源和與位於所述受控環境內的至少一個空氣取樣裝置成流體連通的 管埠，其中，所述流速電路控制所述流量開關並且將所述流體流量維持在大約為預編程 的流速值；與所述空氣流量開關成流體連通的真空泵；以及無線地連接至所述控制器的觸摸板，其中，所述觸摸板包括通信裝置，所述通信裝置用 於向所述控制器發送開始信號以收集所述一定量的空氣，並且在已經收集到所述一定量的 空氣時，向所述控制器發送停止信號。
12.根據權利要求11所述的空氣取樣系統，還包括淨化泵和隔離腔室。
13.根據權利要求11所述的空氣取樣系統，其中，所述預編程的流速是大約lcfm。
14.根據權利要求11所述的空氣取樣系統，其中，所述流速電路將流體流量維持在所 述預編程的流速值的大約士3%之內。
15.根據權利要求11所述的空氣取樣系統，還包括所述控制器上的接口，用於將所述 控制器連接至數據收集裝置。
16.根據權利要求11所述的空氣取樣系統，還包括連接在所述管埠和所述至少一個 空氣取樣裝置之間的真空管。
17.一種用於確定設施內的受控環境中汙染物的量的取樣系統，包括控制器，包括多個埠，每個埠均包括定時器電路、流速電路、流量開關和真空管；多個空氣取樣裝置，位於所述受控環境內，每一個所述空氣取樣裝置均經由所述真空 管連接至所述多個埠中的一個；真空泵，與所述空氣流量開關中的每一個成流體連通；淨化泵，與所述空氣流量開關中的每一個成流體連通；觸摸板，連接至所述多個埠中的至少一個並且控制著連接至所述至少一個埠的所 述空氣取樣裝置。
18.根據權利要求17所述的空氣取樣系統，其中，所述流速電路控制所述流量開關，並 且將通過所述真空管的流體流量維持在大約lcfm。
19.根據權利要求17所述的空氣取樣系統，其中，基站，其中，所述基站包括用於從所 述觸摸板向所述控制器無線地發送開始和停止信號的通信裝置。
20.根據權利要求17所述的空氣取樣系統，還包括隔離腔室。
21.根據權利要求17所述的空氣取樣系統，其中，所述流速電路將所述流體流量維持 在大約Icfm的大約士3%之內。
22.根據權利要求17所述的空氣取樣系統，還包括所述控制器上的接口，用於將所述 控制器連接至數據收集裝置。
全文摘要
一種用於確定設施內的受控環境中的汙染物的量的取樣系統，控制器具有多個埠，每個埠均具有定時器電路、流速電路、流量開關和真空管，其中，流速電路控制流量開關，並且將通過真空管的流體流量維持在大約1cfm。所述系統還包括位於受控環境內的多個空氣取樣裝置，每一個空氣取樣裝置均經由真空管連接至多個埠中的一個埠。觸摸板輸入/輸出裝置連接至基站，其中，基站包括用於從觸摸板向控制器無線地發送開始和停止信號的通信裝置。
文檔編號G01N1/26GK102066897SQ200980111818
公開日2011年5月18日 申請日期2009年2月5日 優先權日2008年2月7日
發明者羅薩裡奧·卡利奧 申請人:威爾泰克聯合股份有限公司