四方光電粒子計(jì)數(shù)器：潔凈室在線監(jiān)測終極解決方案

在醫(yī)藥、電子、食品、航空航天、生物工程、精密加工等領(lǐng)域，相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)過程中環(huán)境空氣需要滿足較高潔凈度的要求，并符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如制藥行業(yè)需要符合GMP標(biāo)準(zhǔn)。客戶一般采用粒子計(jì)數(shù)器來針對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行檢測，在國內(nèi)相關(guān)檢測設(shè)備需要符合國家計(jì)量總局頒布的JJF1190－2008《塵埃粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)程的技術(shù)要求。

以往客戶僅在項(xiàng)目驗(yàn)收時(shí)采用手持式粒子計(jì)數(shù)器針對(duì)作業(yè)廠區(qū)內(nèi)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行潔凈度檢測，而工程驗(yàn)收合格投入使用后，則只會(huì)定期安排人工進(jìn)行抽查巡檢，這樣的做法會(huì)帶來一系列的問題。

傳統(tǒng)手持式粒子計(jì)數(shù)器存在的問題及風(fēng)險(xiǎn)

1、增加了企業(yè)的潔凈成本。人工監(jiān)測將給潔凈廠房帶來額外的人員和設(shè)備，增加了潔凈負(fù)荷。有些企業(yè)為了能夠確保潔凈室作業(yè)環(huán)境持續(xù)可靠，會(huì)連續(xù)不間斷高功率運(yùn)行FFU風(fēng)機(jī)，這樣做不僅會(huì)加快濾網(wǎng)、風(fēng)機(jī)等的壽命消耗，也帶來了能源的浪費(fèi)。

2、 人工監(jiān)測缺乏采樣點(diǎn)和采樣時(shí)間的固定性。在手工操作下，前后兩次采樣點(diǎn)的位置很難保證在同一點(diǎn)，采樣的時(shí)間也不能保證在不同班次或日期的同一個(gè)相對(duì)或絕對(duì)時(shí)刻。因此，監(jiān)測數(shù)據(jù)之間很難產(chǎn)生相對(duì)的聯(lián)系，沒有可比性，不利于判斷系統(tǒng)運(yùn)行的長期趨勢。

3、定期檢測無法覆蓋所有污染超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。在生產(chǎn)過程中環(huán)境的情況往往是變化的，原材料的進(jìn)出、人員的更換以及產(chǎn)品的變化都將對(duì)潔凈室的潔凈程度有所影響。往往在一個(gè)班次開始時(shí)環(huán)境是滿足要求的，而在結(jié)束時(shí)發(fā)現(xiàn)粒子數(shù)超出了標(biāo)準(zhǔn)。由于人工監(jiān)測無法提供連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此無法估計(jì)系統(tǒng)是在何時(shí)偏離了規(guī)定工況，更無法估計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量情況。這就違背了保證潔凈室空氣質(zhì)量，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量的初衷。

粒子計(jì)數(shù)器升級(jí)在線監(jiān)測的必要性

1、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)在線監(jiān)測的要求。新版GMP在硬件要求方面，提高了部分生產(chǎn)條件的標(biāo)準(zhǔn)，增加了在線監(jiān)測的要求，特別對(duì)懸浮粒子，也就是生產(chǎn)環(huán)境中的懸浮微粒的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測，對(duì)浮游菌、沉降菌（生產(chǎn)環(huán)境中的微生物）和表面微生物的監(jiān)測都作出了詳細(xì)的規(guī)定。

2、實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)控制，無需人工參與。在線粒子計(jì)數(shù)器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測潔凈室內(nèi)懸浮顆粒的個(gè)數(shù)并及時(shí)報(bào)警；并具備能夠與FFU風(fēng)機(jī)等凈化設(shè)備智能聯(lián)動(dòng)的功能，始終將環(huán)境內(nèi)懸浮粒子個(gè)數(shù)維持在標(biāo)準(zhǔn)要求的較低范圍內(nèi)，這樣做其能耗及設(shè)備損耗會(huì)控制在較低水平。

3、覆蓋整個(gè)生產(chǎn)過程，降低污染風(fēng)險(xiǎn)。7＊24小時(shí)的連續(xù)不間斷監(jiān)測，最大程度保證產(chǎn)品在全流程生產(chǎn)工序中免受污染，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

在線粒子計(jì)數(shù)器面臨的挑戰(zhàn)

1、連續(xù)不間斷運(yùn)行，對(duì)壽命的要求。

傳統(tǒng)手持式設(shè)備多采用氣泵進(jìn)行采樣，而氣泵的壽命一般僅有幾千小時(shí)，而且成本較高，噪音較大。而且氣泵在運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)存在機(jī)械磨損，影響檢測性能。

2、連續(xù)不間斷運(yùn)行，對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可靠性的要求。

粒子計(jì)數(shù)器在長期運(yùn)行的過程中，會(huì)由于光源的老化及采樣氣泵的磨損，導(dǎo)致測量準(zhǔn)確度發(fā)生漂移。由于手持式粒子計(jì)數(shù)器可以在每次使用前采用調(diào)零器進(jìn)行校準(zhǔn)，而在線粒子計(jì)數(shù)器由于安裝位置的局限，無法實(shí)現(xiàn)頻繁的調(diào)零動(dòng)作，這需要在線粒子計(jì)數(shù)器滿足免維護(hù)的要求。

3、多點(diǎn)分布式安裝，對(duì)設(shè)備系統(tǒng)及施工安裝的要求。

潔凈室在線監(jiān)測系統(tǒng)，是一套實(shí)時(shí)監(jiān)測潔凈區(qū)域潔凈度的在線監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)潔凈室內(nèi)的多個(gè)傳感器進(jìn)行管理。包括遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析和趨勢圖，當(dāng)被監(jiān)測區(qū)域一旦超出限定值系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。

四方光電粒子計(jì)數(shù)器：潔凈室在線監(jiān)測終極解決方案

四方光電基于10年光散射技術(shù)的研究與創(chuàng)新，推出了激光型粒子計(jì)數(shù)傳感器PM5000S與PM3003NS，以及在線粒子計(jì)數(shù)器OPC－6500F和OPC－6303P，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)、電子行業(yè)、食品衛(wèi)生行業(yè)、光電工程及航空航天等。

1、使用壽命長，滿足7＊24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測。

四方光電在線粒子計(jì)數(shù)器OPC－6500F采用大流量渦輪風(fēng)扇采樣，相對(duì)氣泵采樣有更好的壽命表現(xiàn)，能夠滿足10年連續(xù)工作需求。

圖1：激光粒子計(jì)數(shù)器PM5000S采樣風(fēng)扇壽命測試報(bào)告

2、恒流采樣，確保長期數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

在線粒子計(jì)數(shù)器OPC－6303P內(nèi)置超聲波流量傳感器，能夠快速準(zhǔn)確的監(jiān)測采樣流量，實(shí)時(shí)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，消除了氣泵長時(shí)間運(yùn)行后采樣流量衰減的影響，保證在線粒子計(jì)數(shù)器在長期運(yùn)行過程中的2．83L／min氣泵恒流采樣。

圖2：在線粒子計(jì)數(shù)器OPC－6303P內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

3、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，與Lighthouse設(shè)備線性相關(guān)性R?＞0．9。

為了驗(yàn)證在線粒子計(jì)數(shù)器是否能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求，四方光電將樣品送到韓國第三方測試機(jī)構(gòu)進(jìn)行了PM5000S與Lighthouse手持式粒子計(jì)數(shù)器委托對(duì)比測試，測試數(shù)據(jù)表明，PM5000S與Lighthouse線性相關(guān)系數(shù)R?＝0．91，r＝0．95

圖3：PM5000與Lighthouse 設(shè)備測量值對(duì)比圖表

圖4：PM5000與Lighthouse 設(shè)備線性相關(guān)性分析圖表

4、符合JJF 1190－2008塵埃粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)規(guī)范。

四方光電粒子計(jì)數(shù)器檢測性能符合國家計(jì)量總局頒布的JJF1190－2008《塵埃粒子計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)程的技術(shù)要求，同時(shí)我司也可以向企業(yè)用戶提供核心粒子計(jì)數(shù)傳感器及解決方案，協(xié)助客戶通過整機(jī)的計(jì)量認(rèn)證。

潔凈室在線監(jiān)測的實(shí)施辦法

四方光電在線粒子計(jì)數(shù)器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測塵埃粒子數(shù)及其他環(huán)境參數(shù)（根據(jù)客戶需求靈活定制），將受控環(huán)境中的多個(gè)測量區(qū)域進(jìn)行分散式多點(diǎn)采樣，集中式數(shù)據(jù)處理，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測，并通過自主開發(fā)的上位機(jī)軟件完成數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、分析、管理。

1、系統(tǒng)布點(diǎn)的方法。

在線粒子計(jì)數(shù)器的安裝位置相對(duì)手持式粒子計(jì)數(shù)器的采樣點(diǎn)更為靈活。首先需要確定關(guān)鍵區(qū)域，模擬實(shí)際生產(chǎn)過程（如藥品灌裝），在選定的關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)通過對(duì)各候選粒子采樣點(diǎn)位的靜態(tài)測量和動(dòng)態(tài)測量結(jié)果，確定塵埃粒子計(jì)數(shù)器采樣頭的安裝位置。

2、多點(diǎn)在線監(jiān)測組網(wǎng)。

通過RS485通訊方式將潔凈室內(nèi)不同監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果上傳到中央處理單元，實(shí)時(shí)判斷各點(diǎn)位的檢測結(jié)果是否滿足潔凈室等級(jí)要求。并可在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置屏幕，實(shí)時(shí)能夠了解到各監(jiān)測點(diǎn)的潔凈度。RS485通訊采用兩線制接線方式，其噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜可用長度及傳輸可靠性對(duì)比其他通訊方式，信號(hào)更加穩(wěn)定可靠。

圖3：左：潔凈室在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖 右：OPC－6500F現(xiàn)場安裝照片

3、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

四方光電自主開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)軟件，可實(shí)時(shí)監(jiān)測和收集各點(diǎn)位的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)并及時(shí)進(jìn)行分析處理，同時(shí)能夠比對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)懸浮顆粒的限值，出現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)及時(shí)報(bào)警。

圖4：在線監(jiān)測系統(tǒng)界面展示

四方光電企業(yè)介紹

四方光電股份有限公司2003年成立于“武漢 · 中國光谷”，占地20000＋平方米，是一家專業(yè)從事氣體傳感器、氣體分析儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè)。

公司開發(fā)了基于非分光紅外（NDIR）、光散射探測（LSD）、超聲波（Ultrasonic）、紫外差分吸收光譜（UV－DOAS）、熱導(dǎo)（TCD）、激光拉曼（LRD）等原理的氣體傳感技術(shù)平臺(tái)，形成了氣體傳感器、氣體分析儀器兩大類產(chǎn)業(yè)生態(tài)、幾十款不同產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的家電、汽車、醫(yī)療、環(huán)保、工業(yè)、能源計(jì)量等領(lǐng)域。

四方光電是湖北省首批知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范建設(shè)企業(yè)，建設(shè)有湖北省氣體分析儀器儀表工程技術(shù)研究中心、湖北省企業(yè)技術(shù)中心，承擔(dān)了國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)、工信部物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)等國家科技開發(fā)項(xiàng)目。截至2020年8月底，公司及子公司擁有101項(xiàng)境內(nèi)外注冊(cè)專利，其中國內(nèi)99項(xiàng)，國外2項(xiàng)。發(fā)明專利共有33項(xiàng)（境內(nèi)31項(xiàng)，境外2項(xiàng)）。公司及子公司湖北銳意入選工信部2019年工業(yè)強(qiáng)基傳感器“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃示范企業(yè)。憑借長期的技術(shù)積淀、良好的產(chǎn)品性能及國際化視野，公司已取得多家國內(nèi)外知名企業(yè)的認(rèn)可，產(chǎn)品銷往全國并出口到多個(gè)國家和地區(qū)。