臭氧消毒闭环控制系统的实现

2021-04-02蒋井明邸立云李盛春刘大明

机电信息 2021年9期

蒋井明邸立云李盛春刘大明

摘要：为了精确控制臭氧消毒浓度，保证在规定的浓度及作用时间下达到可控、准确、安全的消毒目的，现将闭环控制技术与消毒工艺相结合，通过空间臭氧浓度传感器把检测到的信号值反馈给PLC控制系统，对臭氧发生器进行自动控制调节，消毒过程实现自动化运行，消毒结果满足工艺需求，保证臭氧消毒浓度及作用时间的精确性。

关键词：臭氧;消毒;闭环控制;验证

0 引言

《药品生产质量管理规范（2010年修订）》附录1中无菌药品对消毒的要求，“必要时，可采用熏蒸的方法降低洁净区内卫生死角的微生物污染，应当验证熏蒸剂的残留水平”。《空调系统GMP实施指南》对空调系统的消毒也有要求，HVAC系统作为维持环境条件的组成部分，必须定期或临时降低产区及其HVAC系统的微生物负荷，可采取对部分或全部系统用熏蒸消毒剂进行熏蒸循环等措施保证环境的清洁度。

臭氧消毒，依据《医疗机构消毒技术规范》（WS/T 367—2012）附录C中规定，“在封闭环境，采用20 mg/m3浓度的臭氧，作用30 min，对自然菌的杀灭率达到90%以上”。同时，依据《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ 2—2002）的规定，“臭氧最高允许浓度为0.3 mg/m3”。臭氧消毒结束后，一般将空调系统切换为正常运行模式，打开排风机，保持消毒区域的空气置换，待臭氧浓度下降至0.3 mg/m3以下的安全浓度后，人员方可进入洁净区。

1 臭氧消毒原理

臭氧化学分子式为O3，常温、常态、常压下无色，具有强氧化作用，消毒过程属生物化学氧化反应。臭氧消毒有以下3种作用形式：

（1）臭氧能氧化分解细菌内部降解葡萄糖所需的酶，致使TCA循环无法进行，从而导致细胞生命活动所需的ATP无法供应，使细菌灭活死亡;

（2）直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡;

（3）透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。

2 材料与方法

2.1 设备与材料

（1）GUOLIN CF-G-2-200g臭氧发生器;

（2）JK301净化空调系统;

（3）PLC自控系统。

2.2 控制原理

闭环控制就是存在反馈环节的控制。这样的控制系统能够适时地检测控制输出结果，并将检测到的信息通过反馈环节反映到输入端，调整输入量，达到修正控制误差、提高控制精度的目的。反馈技术被广泛地应用在各种需要精确控制的系统中，尤其是电子控制系统。

闭环控制系统框图如图1所示。

2.3 闭环控制系统的臭氧消毒

GUOLIN CF-G-2-200g臭氧发生器为水冷型臭氧设备，压缩空气进入臭氧发生室内放电反应产生臭氧，利用空调的集中送风对各个洁净间进行臭氧消毒，同时对空调部分器件及风管进一步起到消毒净化作用。

臭氧设备可实现远程控制，定时设置，实现自动开关功能，设备配置PLC系统及浓度打印装置，系统配套空间臭氧浓度传感器，可实时检测消毒空间的臭氧浓度，同时将检测到的信息反馈给控制系统进行闭环控制。臭氧消毒工艺流程图如图2所示。

2.4 臭氧消毒程序

关闭新风阀门、排风阀门和排风机，送风风机频率调整。确认冷却水温度、压缩空气气源压力。设定运行参数，当空间臭氧浓度传感器检测到臭氧浓度达到20 mg/m3以上时，设备开始记录消毒时间，保持30 min后消毒完成。

当臭氧消毒结束后，将空调机组切换为正常运行模式，保持消毒区域的空气置换，待臭氧浓度下降至0.3 mg/m3以下的安全浓度后，人员方可进入洁净区。

3 输出结果

臭氧消毒运行程序结束后，输出结果如表1、图3所示。

由上述结果可以看出，空间臭氧浓度传感器通过将检测到的臭氧浓度值反馈给PLC对臭氧发生器功率进行调节。当臭氧浓度低于20 mg/m3时，PLC给出信号，臭氧发生器功率持续上升。当满足臭氧浓度大于20 mg/m3且持续30 min以上时，PLC再次给出信号，臭氧发生器停止运行。在确认臭氧消毒结果符合相关规定后，打开空调机组新风、排风阀门，打开排风机组切换至正常模式。随着空气置换次数的增加，洁净区域内臭氧浓度开始下降，直到降至0.3 mg/m3以下，消毒过程结束。整个消毒过程中，实现由空间臭氧浓度传感器、PLC控制模块、臭氧发生器及净化空调系统构成的闭环控制系统，臭氧消毒过程完全符合消毒需求。

4 总结

臭氧通过管道投加到空调系统送风管中，利用空调的集中送风对各个洁净室房间进行臭氧消毒，并对空调部分器件及风管进一步起到消毒净化作用。同时，利用闭环控制技术实现了对臭氧消毒过程的自动化控制，较大地降低了人为因素干扰及劳动强度，保证了臭氧消毒浓度及作用时间的精准性。另外，臭氧浓度的实时检测，也保证了洁净室在安全臭氧浓度下工作人员的健康卫生环境。

5 结语

根据《药品生产质量管理规范（2010年修订）》附录1中对消毒的要求，可采用熏蒸的方法降低洁净区内卫生死角的微生物污染。在实际工作中，应根据具体的设备臭氧发生量、净化空调系统、洁净室数量、面积、用途以及自动控制系统的情况，达到下述要求：

（1）设备臭氧发生量应满足消毒和作用时间的要求。

（2）臭氧闭环控制系统要经过验证。

（3）臭氧检测点的选择要经过验证，采用风险评估、气流流形、环境监测等多种措施相结合的办法。

（4）臭氧消毒效果必须经过验证。

（5）空间臭氧浓度传感器定期校验。

（6）臭氧消毒后在一定时间内应满足净化空调系统、洁净室区域内臭氧安全浓度的要求。

臭氧消毒作为洁净室和空调系统消毒方法已被广泛应用，自动化控制技术与臭氧消毒工艺的结合，实现了臭氧消毒系统的自动控制和消毒的精准性，是保证洁净室清洁的重要手段。

[参考文献]

[1] 国家食品药品监督管理局药品认证管理中心.药品生产质量管理规范（2010年修订）[M].北京：中国质检出版社，2010.

[2] 国家食品药品监督管理局药品认证管理中心.药品GMP指南[M].北京：中国医药科技出版社，2011.