CN106796047A - 基于可编程逻辑控制器的系统和用于受控环境中空气采样的用户界面 - Google Patents

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Abstract

用于在受控环境中的多个位置处对空气进行采样的系统和方法。该系统和方法包括基于由操作者设置的速率来自动调整真空连接的持续时间和质量流速(经由时间过去或间接通过体积)。另外，该系统和方法使得用户能够经由网络连接的装置监控和控制系统的各方面。另外，该系统使得真空泵能够响应于物理紧急按钮、在网络连接的装置上可用的基于软件的紧急停止按钮以及响应于可能潜在地影响真空泵的异常质量流量读数的自动断电而与电源断开。

Description

基于可编程逻辑控制器的系统和用于受控环境中空气采样的 用户界面
技术领域
本发明涉及用于监控空气污染物的装置和方法。具体地，本发明涉及基于可编程逻辑控制器的系统以及用于在受控环境中控制空气采样的一个或多个相应的操作者界面终端。
背景技术
在制造设施、研究设施和其它设施中建立的洁净室通常基于相对于大气压力的室内静态空气压力和/或基于邻近洁净室的空间中的空气压力分成两类。正空气压力室保持在绝对空气压力，该绝对空气压力大于大气压力、大于邻近洁净室的空间中的空气压力或大于大气压力和邻近洁净室的空间中的空气压力两者。这种室中的正空气压力通过将经过滤和/或调节的空气泵送至室内并且控制空气流出该室来提供。可为制造设施或办公室的邻近空间通常通过加热、通风和空调(heating,ventilation,and air conditioning，HVAC)系统或者通过向环境提供允许邻近空间与大气压力平衡的开口来保持在大气压力或接近于大气压力。因而，从正压洁净室流出的空气会流向邻近室或大气中的较低压力。
当正空气压力洁净室被破坏时，流向邻近空间或大气的空气通常不是问题，只要存在于洁净室中的空气污染物不对邻近空间中的人造成潜在的不利健康影响。通常，在其中制造或进行电子、航空航天硬件、光学系统、军事装备和国防相关研究的洁净室内的空气可能不包括浓度对人类健康或环境存在安全或健康影响的空气传播的气体、蒸气和颗粒物质。然而，并不总是这样，由于那些工业内的其它操作可产生高于可接受水平的污染物，并且，因此，必须防止其在没有处理的情况下漏出洁净室。
负空气压力室保持在绝对空气压力，该绝对空气压力小于大气压力、小于邻近洁净室的空间中的空气压力或小于大气压力和邻近洁净室的空间中的空气压力两者。通过以比经过滤和/或经调节的空气被泵送到室中更快的速率将空气泵送出该室来保持负压。当担心室内空气中的污染物可能对邻近空间或环境中的人类健康造成潜在的健康威胁时，经常使用负压室。
尽管对人类健康和环境有影响，某些类型的制造和研究操作必须在正空气压力洁净室内进行，以满足法规要求和工业采用的良好制造和实验室质量控制标准。例如，州和联邦法规，包括由国家职业安全与健康研究所(National Institute for OccupationalSafety and Health，NIOSH)颁布的法规，可能必须使用正压洁净室或负压洁净室。
具体地，美国食品和药物管理局(the U.S.Food&Drug Administration，FDA)要求在洁净室的范围内进行药物生产，洁净室为在卫生环境中生产所制造批次的药品提供验证和证明。各种FDA规章和标准还规定了在洁净室内使用的空气采样和/或空气监控设备的要求，以在某些药物生产活动期间证实或验证设施的清洁度。规章还规定了与监控洁净室内空气质量有关的电子数据记录、准确性、精度和记录保存。对其他行业，诸如生物技术行业，也有类似的要求。
当前用于测试和监控受控环境中的空气质量的系统包括连接至分布式数字控制(distributed digital control,DDC)控制器的多个可灭菌微生物中庭(sterilizablemicrobial atriums,SMA)。SMA-DDC系统的示例包括由宾夕法尼亚马尔文的VeltekAssociates公司生产的SMA-DDC-10和集成的单触摸控制系统。其它系统在第8169330号、第7973668号、第7940188号、第8188874号、第8701980号美国专利和第2014-0132415 A1号美国专利公开号示出，其公开内容通过引用并入本文。这种系统通常包括允许用户与空气采样设备接口的基于硬件的界面。
如下所述，常规系统需要手动控制流量开关以控制真空连接的质量流速。另外，常规系统需要用户从受限的位置监控和控制系统的各方面。另外，如果真空连接或空气采样装置被阻塞，常规系统的真空泵可能被物理损坏或造成伤害。
发明内容
为了克服常规空气采样系统的这些缺点和其它缺点，本发明的示例性实施方式的各方面使得能够基于由操作者设置的速率来自动调节真空连接中的每个的质量流速。另外，本发明的示例性实施方式的各方面使得用户能够经由网络连接的装置来监控和控制系统的各方面。另外，本发明的示例性实施方式的各方面使得真空泵能够响应于物理紧急按钮而从电源断开，使得基于软件的紧急停止按钮能够在网络连接的装置上可用，以及使得能够响应于可能潜在地影响真空泵的异常质量流读数而自动断电。
附图说明
处于说明的目的，在附图中示出了本发明的某些实施方式。在附图中，相同的数字始终表示相同的元件。应当理解的是，本发明不限于所示的精确布置、尺寸和仪器。在附图中：
图1是根据本发明的示例性实施方式的其中具有洁净室的示例性设施的示意图；
图2是根据本发明的示例性实施方式的用于在图1的洁净室中使用的跟踪/记录和空气采样/监控系统的示意图，其包括基于PLC的控制器和一个或多个相关联的触摸面板显示器；
图3是根据本发明的示例性实施方式的流量中心的示意图；
图4示出了根据本发明的示例性实施方式的图形用户界面(graphical userinterface，GUI)的系统概览屏幕；
图5示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的平面图屏幕；
图6示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的端口概览屏幕；
图7示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的标签屏幕；
图8示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的组控制屏幕；
图9示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的事件日志屏幕；
图10示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的安全屏幕；
图11示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的时间和日期屏幕；以及
图12示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的泵概览屏幕。
具体实施方式
以下会根据示例性实施方式来解释本发明。本说明书公开了结合本发明的特征的一个或多个实施方式。本文的公开内容会提供实施方式的示例，包括数据分析的示例，本领域技术人员会从其中理解由发明人研发的各种新颖方法和特征。如本文中可能出现的这些各种新颖方法和特征可以单独使用，或根据需要彼此组合使用。
首先参照图1，其中示出了根据本发明的示例性实施方式的示例性设施100的示意图，该示例性设施100中具有一个或多个洁净室102。洁净室102由邻近空间104和室外大气106围绕。邻近空间104可为洁净室102位于其中的相同设施100内的、邻近洁净室102的一个或多个室，例如，单独的制造室、另一洁净室、整理和填充室、研究实验室、办公室等。洁净室102和邻近空间104由诸如壁105的分隔器分隔开。
示例性设施100中的洁净室102能够保持在小于或大于邻近空间104的空气压力P2和室外大气106的大气压力PATM的空气压力P1。这通过HVAC系统(未示出)完成，HVAC系统使得将经调节和过滤的空气以受控流速QIN泵送至洁净室102内，如图1所示。从洁净室102泵送出或以其他方式流出洁净室102内部的空气由QOUT表示。当QIN和QOUT之间的差(即，QIN-QOUT)大于零时，会在洁净室102中保持正压。并且，当QIN和QOUT之间的差小于零时，会在洁净室102中保持负压。
现在参照图2，图中示出了根据本发明的示例性实施方式的空气采样/监控系统200的示意图。系统200大体包括控制器210、流量中心240、空气采样装置260、操作者界面终端270、真空泵340和接触器350。控制器210、流量中心240和操作者界面终端270可以包括处理器、显示器、无线装置和存储器以根据本发明操作。如下所述，控制器210、流量中心240、空气采样装置260、操作者界面终端270每个均可与其自身传感器291或共享传感器291相关联。
系统200配置为用于跟踪和记录通过空气采样装置260从空气采样的过程获得的数据。在空气采样期间，通过系统200的空气采样装置260抽吸来自洁净室102的空气，以收集洁净室102的空气中存在的污染物。关于空气采样装置260获取的数据用于监控和收集洁净室102中的空气中颗粒数和其它参数水平，以便保持其中的实验或生产过程的完整性。
设置一个或多个流量中心240以监控和控制通过一个或多个真空连接232的空气流。流量中心240可以以独立式或壁式安装在洁净室102内、洁净室102外部或在多个洁净室102中。(如图2所示，例如，流量中心240a在洁净室102内部，以及流量中心240b在洁净室102外部。)流量中心240可以包括模块化端口，诸如在'330专利中描述和示出的模块化端口，这样的端口中的每个均可连接至真空连接232。使用这些端口，流量中心240可以配置成从空气采样装置260吸入空气，并提供用于由空气采样装置260执行的空气采样。真空连接232可以通过壁式安装的快速分离出口114穿过壁105进行连接，其中出口位于在洁净室102与邻近空间104之间的壁105上。
多个空气采样装置260可以共同位于洁净室102中或多个洁净室中。空气采样装置260可为用于收集一定体积的空气的、任何已知的空气采样装置。在'330专利和/或第8474335号美国专利中描述了适合用作空气采样装置260的空气采样装置的示例，其内容通过引用并入本文。
对象265位于洁净室102内的各个位置。对象265可为设备、人员等。空气采样装置260可定位成例如邻近对象265中的一个或多个，以收集围绕相应对象265的空气，即，在空气采样期间在对象265上抽吸空气，以使得通过空气采样装置260在感兴趣位置处收集洁净室102的空气中的污染物。传感器291可配置为识别对象265。例如，传感器可以包括相机、射频识别(radio frequency identification，RFID)读取器、条形码扫描器等。
控制器210实时(或近实时地)传送用于监控和控制系统200的数据和命令，并将数据和命令记录在由控制器210保持的数据库290中。控制器210可为任何合适的计算装置，诸如服务器。控制器210可为独立式的或壁式安装在机架式机箱中。数据库290可为任何计算机可读存储介质，并且可以与控制器210位于一处或位于远处。(控制器210可包括与通过引用并入本说明书的文献中描述的“控制器(controllers)”或“控制中心(controlcenters)”相同或相似的特征)。
操作者界面终端270传送用于监控和控制系统200的数据和命令。操作者界面终端270中的每个均可为任何合适的计算装置，诸如台式计算机、笔记本计算机、触摸屏计算机、识别装置(诸如相机、条形码扫描器、RFID读取器、指纹读取器等)等。每个操作者界面终端270均可包括监控器、扬声器、触摸屏和/或键盘。操作者界面终端270可为壁式、台式、便携式或组合式。操作者界面终端270可位于整个系统200中。例如，操作者界面终端270可与控制器210、流量中心240、空气采样装置260等位于一处。与另一硬件组件(诸如控制器210、流量中心240)位于一处的操作者界面终端270可直接或经由网络连接与硬件组件通信。如下所述，每个操作者界面终端270均包括可由用户轻松访问以监控和控制系统200的图形用户界面(GUI)。
图2中所示的系统200的示例性实施方式示出了一个洁净室102、两个流量中心240a至240b和4个真空连接232a至232d，4个真空连接232a至232d中的每个均对应于4个空气采样装置260a至260d中的相应一个。应当理解的是，洁净室102、流量中心240、真空连接232、空气采样装置260和传感器291的数量不限于此。也就是说，系统200可线性缩放到基本上任何数量n的洁净室102a至102n、流量中心240a至240n、真空连接232a至232n、空气采样装置260a至260n、对象265a至265n和操作者界面终端270a至270n。
控制器210、流量中心240和操作者界面终端270以任何合适的方式彼此通信。例如，操作者界面终端270和流量中心240可具有网络地址，以及控制器210可通过使用这些网络地址经由公共连接(例如，以太网网络或无线局域网(local area network，LAN))与流量中心240和操作者界面终端270通信。在图2所示的示例性实施方式中，流量中心240a和240b以及操作者界面终端270c和270b经由有线网络连接275与控制器210通信，而操作者界面终端270a和270b经由无线信号285与控制面板210通信。有线网络连接275可例如经由通道112从邻近空间104进入洁净室102。控制器210、流量中心240和操作者界面终端270可经由联网通信和/或原始电子信号进行通信。
在一个示例性场景中，诸如第一操作者界面终端270a的第一操作者界面终端可位于诸如空气采样装置260a的第一空气采样装置附近，并且远离诸如空气采样装置260b的第二空气采样装置。通过与由第一操作者界面终端270a代表的图形用户界面交互，用户可使得将信号发送至控制器210和/或流量中心240a，从而控制或监控第二空气采样装置260b。因而，可使用任何操作者界面终端270a至270d来控制或监控任何空气采样装置260a至260d，无论其位于何处。
在另一示例性场景中，可由第一操作者界面终端260a产生警报，并且可向操作者界面终端270a至270d的一个或多个呈现警报的通知，而不管其位置。例如，在图2所示的示例性配置中，可由控制器210检测由操作者界面终端260a产生的警报，然后，代替邻近操作者界面终端270a或者除了邻近操作者界面终端270a之外，与警报相关联的信息可中继至位于远处的操作者界面终端270b至270d中的一个或多个。以这种方式，当检测到警报时，会将重要的警报信息自动呈现给用户所位于的一个或多个位置，而不是仅呈现给用户可能位于或可能不位于的警报位置处。然而，应认识到的是，操作者界面终端270可彼此直接通信，以便去激活警报信号。
可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)可为用于机电过程的自动化的数字计算机，包括机械控制，例如本文所述的可灭菌微生物中庭(SMA)。与通用计算机不同，PLC可设计成用于多输入和输出布置、扩展的温度范围、抗电噪声以及抗振动和冲击。可使用在单独的通用计算机上执行的应用软件对PLC进行编程。这样的计算机可通过以太网、RS-232、RS-485、RS-422或其他合适的通信电缆连接至PLC。通常，编程软件例如通过突出显示逻辑的部分以在操作期间或经由模拟显示当前状态来提供用于调试和故障排除PLC软件的功能。软件可上传和下载PLC程序以用于备份和恢复目的。在一些PLC实施方式中，程序通过编程板从个人计算机传输至到PLC，该编程板将程序写入诸如SD卡、EEPROM、EPROM等的可移动存储器芯片中。PLC可用于出于配置、警报报告或日常控制的目的而与用户交互。为此目的，采用人机界面(human-machine interface，HMI)。HMI还被称为人机界面(human-computer interface，HCI)、人机界面(man-machine interface，MMI)和在人机界面上显示的图形用户界面(GUI)。简单的系统可使用按钮和灯与用户交互。可使用文本显示以及图形触摸屏。
系统200还可配置为与客户的现有硬件对接。例如，控制器210可向客户的现有工业控制系统发送数据并从客户的现有工业控制系统接收数据，诸如监控和数据采集(supervisory control and data acquisition，SCADA)系统和/或数据收集系统(datacollection system，DCS)。典型的SCADA系统是运行SCADA应用的、基于桌面或服务器的计算机。控制器210还可包括用于诸如流量中心240、分布式PLC 310(在下文进行讨论)和操作者界面终端270的远程系统的电源。
图3是根据本发明的示例性实施方式的流量中心240的概览。流量中心240包括分布式PLC 310、操作者界面终端270和一个或多个质量流量控制器320。质量流量控制器320中的每个均包括流量控制阀322、致动器324和流量传感器326。真空连接232中的每个均可与歧管330和真空泵340流动连通。真空泵340和/或歧管330可位于洁净室102外部的间隙空间中。
流量中心240包括一个或多个真空连接232，真空连接中的每个均与空气采样装置260中的一个流动连通。流量中心240配置为通过真空连接232从空气采样装置260中的每个抽吸空气。通过真空连接232抽吸的空气通过歧管330组合，并排出至真空泵340。真空泵340可与流量中心240或控制器210流动连通。(如图2所示，例如，真空泵340的真空管线由控制器210分流，并由流量中心240调节。)
流量中心240配置为在从分布式PLC 310向质量流量控制器320中的每个发送和接收信号的同时，独立地监控和调节真空连接232中的每个的流速。质量流量控制器320中的每个均包括流量控制阀322，流量控制阀322配置为通过定位该阀来控制通过真空连接232的流速。质量流量控制器320中的每个还均包括致动器324，致动器324配置为基于从分布式PLC 310接收的电信号来输出电信号，以打开或关闭流量控制阀322。质量流量控制器320中的每个还均包括流量传感器326，流量传感器326配置为基于通过真空连接的流速来向分布式PLC310输出电信号。
流量传感器326可为配置为输出与穿过真空连接232的空气的质量流速成比例的电信号的任何合适的装置。例如，流量传感器326可为毛细管，该毛细管配置为吸入小体积的空气，感测与流速成比例的温度的增加，将电阻的变化(由于温度的提高)转换成电压，以及将电流输出至分布式PLC 310。分布式PLC 310包括配置为将电信号缩放到适当的工程单位的软件。
分布式PLC 310可经由任何合适的方法与控制器210通信。例如，分布式PLC 310可通过无线或有线网络连接使用公共工业协议(或其他协议)与控制器210通信。分布式PLC310配置为基于从每个质量流量控制器320的每个流量传感器326接收的流速测量，监控流量中心240中的真空连接232中的每个的流速，并将流速测量输出至控制器210或其他联网装置。
分布式PLC 310还配置为通过将电信号输出至质量流量控制器320的致动器324来控制流量中心240中的真空连接232中的每个的流速。例如，流量中心240可配置为使得分布式PLC 310将由用户设置的期望流速(或“设置点”)与从流量传感器326接收的实际测量的流速进行比较，并确定设置点与所测量流速之间的差(“误差”)。根据误差是否为正(即，所测量的流速大于设置点)或负的(即，设置点大于所测量的流量)，分布式PLC 310将电信号输出至致动器324，从而打开或关闭流量控制阀322。输出至致动器324的电信号可与误差的大小成比例。例如，如果误差小，则分布式PLC 310会向致动器324输出电信号，从而以少量打开或关闭阀324。如果误差大，则分布式PLC 310会向致动器324输出电信号，从而以较大量打开或关闭阀324。因此，流量控制阀322的位置(即，大小)的变化可与误差的大小成比例。另外，流量控制阀322的变化速率可与质量流速测量的变化速度成比例。这被称为比例-积分-微分控制或PID控制。
使用常规系统，必须通过手动调节每个管线上的流量开关来手动控制真空连接232中的每个的质量流速，以改变每个阀的位置。因为一些或所有真空连接232流动连通(例如，经由歧管330)，所以调节用于一个真空连接232的一个流量开关可能无意地影响其他真空连接232的质量流速。因此，常规系统需要调节多个流量开关来调节一个真空连接232的质量流速，并保持其它真空连接232的恒定质量流速。另外，如果附加的真空连接232是活动的或如果空气采样装置260受到干扰，则必须调节常规系统的多个流量开关。系统200通过将真空连接232中的每个的质量流速自动调节至由操作者设置的各个速率来克服常规系统的这个缺点。
流量中心240中的每个均可包括操作者界面终端270，操作者界面终端270包括可由用户轻松访问以监控和控制真空连接232中的每个的质量流速的图形用户界面(GUI)。另外，每个PLC 310均经由专用和开源通信协议网络连接至控制器210和其他工业和企业装置。因为分布式PLC 310是网络连接的，所以真空连接232中的每个的质量流速也可从控制器210、其它操作者界面终端270(即，不与流量中心共同定位的终端)和/或办公计算机、工业工作站、移动装置或任何其他因特网支持的计算装置，经由网络浏览器进行监控和/或控制。工业控制系统可包括监控和数据采集(SCADA)系统、数据收集系统(DCS)、人机界面(HMI)、制造执行系统(manufacturing execution system，MES)、工厂监控系统(plant-monitoring systems，PMS)和类似系统。控制器210、分布式PLC 310、操作者界面终端270和工业控制系统可经由如上所述的网络进行连接。网络连接的系统中的每个均可经由互联网远程访问。
如果空气采样装置260或真空连接232中的一个或多个变得阻塞，则相应的真空泵340可能过热或遭受物理损坏。损坏的真空泵340具有通过引起火灾或突出的碎片威胁人员安全的潜在可能性。为了将这种潜在的安全风险降至最低，真空泵340中的每个均包括接触器350，以将电力输送和控制到相应的真空泵340。系统200可配置为使得如果流量传感器326中的一个或多个没有检测到流速，则接触器350自动地从真空泵340断电。另外，接触器350中的每个均可包括紧急停止按钮352，紧急停止按钮352在致动时，中断至真空泵350的所有电源连接，并且向分布式PLC 310、控制器210和/或其他网络连接的装置输出警报信号。除了紧急停止按钮352，接触器350中的每个均可由包括于操作者界面终端270或其他网络连接装置的图形用户界面(GUI)中的、基于软件的紧急停止按钮来控制。如果任何网络连接的装置检测到紧急情况，或者如果在另一个网络连接的装置上选择紧急停止按钮352或基于软件的停止按钮中的一个，GUI也可输出指示。
系统200还配置为响应于确定与真空泵350流动连通的真空连接件232中的任何一个正经历异常低的质量流速(例如，0)，而自动地断开至真空泵350的电源。然而，常规系统会仅在所有采样点被手动中止时关闭真空泵，而系统200提供额外保护，以防阻塞的空气取样装置260或真空连接232损坏真空泵350。
除了上述的正常操作之外，系统200还可配置为进入辅助模式(或隔离器模式)，其中，系统200配置为清洗真空连接232和空气采样装置260。在第8169330号美国专利(其通过引用并入本文)中描述了示例性清洗过程。系统可包括与真空连接232流动连通的一个或多个清洗泵(未示出)。真空连接232中的每个均可包括隔离器设备(未示出)，隔离器设备配置为使得来自空气采样装置260的空气绕过流量中心240而流向清洗泵。隔离器设备可与流量中心240共处一处或在流量中心240的外部。隔离器设备和清洗泵可经由如上所述的网络进行连接。
如上所述，系统200可配置为使得图形用户界面(GUI)在任何操作者界面终端270或其他网络连接的装置上可用。GUI显示从控制器210、流量中心240或其他网络连接的装置接收的、关于端口中的每个(例如，空气采样装置260)和真空泵340的信息。系统200可配置为使得用户可经由GUI控制整个系统中的任何端口(例如，空气采样装置260)或真空泵340。参照图2和图3，例如，用户可通过经由GUI输入空气采样装置260b的设置点来调整来自操作者界面终端270a(其可位于空气取样装置260a旁边)的空气采样装置260b的空气采样率。响应于用户输入，系统200可将来自操作者界面终端270a的信号发送至与空气采样装置260b流动连通的真空连接232b相关联的分布式PLC 310(例如，经由至控制器210的无线信号285，以及经由至流量中心240a的分布式PLC 310的有线信号或无线信号)。流量中心240a的分布式PLC 310向致动器324b发送信号，以调节流量控制阀322b，并从流量传感器324b接收关于真空连接322b的质量流速的信号。分布式PLC 310响应于如上所述的、来自流量传感器324b的信号而调节流量控制阀322b，直至真空连接232b的质量流速对应于用户输入(例如，在预定的误差范围内)。因为真空连接232b还经由歧管330与真空连接232a流动连通，所以如上所述调节真空连接232b的流速可间接影响真空连接232a的流速。因此，分布式PLC 310可从流量传感器326a接收真空连接232a的质量流速的更新的测量，并且向致动器324a发送信号，以补偿真空连接232a的质量流速的间接变化，直至真空连接232a的质量流速对应于先前确定的、用于空气采样装置260a的设置点。
图4示出了根据本发明的示例性实施方式的GUI的概览屏幕400。概览屏幕400可包括顶部工具栏410，顶部工具栏410包括基于软件的紧急停止按钮412，以如上所述发出系统暂停请求。用户可使用顶部工具栏410上的导航按钮来导航至屏幕，从而登录或退出其帐户、访问系统设置、监控采样点(例如，流量传感器326中的每个)、监控真空泵340、查看系统活动的日志、以及导航返回至概览屏幕400。概览屏幕400包括概览区域450，概览区域450包括关于一个或多个端口的操作参数。例如，概览区域450可包括名称452、位置454、状态456、当前流速458、采样持续时间460和采样体积462。在采样期间，概览区域450可包括剩余体积和/或剩余时间。概览区域450还可包括当端口不活动时的非活动时间464(即，采样已经停用多长时间)、隔离器模式期间的剩余时间、采样时剩余的体积或时间和/或如果采样报警的警报持续时间。概览屏幕400还可包括下部工具栏490，下部工具栏490包括导航至描述系统200的屏幕的关于按钮492、导航至屏幕以监控和控制每个端口的端口按钮494、用户名496和时间/日期498。
每个端口对应于相应的空气采样装置260中的一个。每个端口的操作参数由用户经由GUI设置和/或由流量控制器320的流量传感器326测量，流动控制器320对应于与相应的空气采样装置260流动连通的真空连接232。
系统200以期望的流速对对象265进行采样。系统200能够可调整地配置为在预设时间过去之后和/或在预设体积被采样之后自动结束。GUI使用户能够调整预设时间、调整预设体积、以及将系统配置为在预设时间、预设体积或两者之后自动结束。如果流速偏离期望流速超过可接受的报警极限，则系统200向网络连接的装置输出警报。GUI使用户能够响应于警报停止采样。GUI还使得用户能够设置和/或调整期望的流速和可接受的极限。GUI可配置为以立方英尺每分钟(CFM)、升每分钟(LPM)或立方米每分钟(CMM)显示流速。GUI可配置以立方英尺(CF)、升(L)或立方米(CM)显示体积的单位。系统200可配置为进入如上所述的隔离器模式。系统200可配置为保持在隔离器模式中，直至手动中止或直到预定时间过去。GUI使用户能够手动中止隔离器模式，或者设置或调整隔离器模式的预定时间以自动结束。
顶部工具栏410还可包括导航至GUI的平面图屏幕500的平面图按钮414。图5示出了根据本发明的示例性实施方式的平面图屏幕500中的一个。平面图屏幕500可包括上述顶部工具栏410和下部工具栏490。平面图屏幕500中的每个还均可包括区平面图区域550，区平面图区域550包括覆盖至建筑图的图像上的操作参数。在图5所示的示例性实施方式中，区平面图区域550包括系统200的、被标识为区#1的一部分的建筑图552，建筑图552包括室170中的端口1至端口3。区平面图区域550可包括关于每个端口的操作参数，例如名称452、位置454、状态456、当前流速458、采样持续时间460、采样体积462以及剩余体积或剩余时间464。
选择端口按钮494中的一个，导航至与由端口按钮494标识的端口相对应的端口屏幕600。图6示出了根据本发明的示例性实施方式的端口屏幕600中的一个。端口屏幕600可包括上述的工具栏410和工具栏490。端口屏幕600还可包括提供端口中的一个的概览的端口区域650。在图6所示的示例性实施方式中，端口区域650包括端口#2的过程信息。过程信息可包括所选端口的名称452、位置454、状态456、当前流速458、采样持续时间460、采样体积462以及剩余体积664或剩余时间464(如果适用)。另外，端口区域650可包括所选端口的流速的图形表示652。警报654可在警报发生时进行显示，并且颜色可改变以指示异常状况。端口区域650还可包括配置为启动采样过程的启动按钮656和/或配置为中止采样过程的中止按钮658。用户还可导航至设置屏幕，并修改各种过程控制设置，诸如所期望的流速以及在采样结束之前采样的预设时间和/或预设体积。
图7示出了根据本发明的示例性实施方式的标签屏幕700。标签屏幕700可包括上述的工具栏410和工具栏490。标签屏幕700还可包括标签区域750，在标签屏幕700中，用户可标记端口中的每个和/或端口中的每个的位置。
系统200配置为使得各个端口可作为组被控制。图8示出了根据本发明的示例性实施例的组控制屏幕800。组控制屏幕800包括用于通过单个用户操作来控制端口组(例如，单个室或室的部分中的多个或所有端口)的组区域850。组控制屏幕800还可包括所有端口区域860。每个组区域850均可包括开始按钮852和中止按钮854，开始按钮852和中止按钮854配置为启动和中止包括于组中的端口中的每个的空气采样过程。
系统200配置为记录每个系统事件的时间以及命令每个事件的用户。图9示出了根据本发明的示例性实施方式的事件日志屏幕900。事件日志屏幕900可经由图4中所示的顶部工具栏410的事件日志按钮416访问。事件日志屏幕900包括每个系统事件的日期902、时间904和描述906。系统200还可配置为使得事件日志可在外部系统上进行打印、输出和/或查看。事件日志屏幕900还可包括配置为重置警报的重置警报按钮910、配置为清除事件日志的清除日志按钮912以及配置为使可听警报静音的鸣叫静音按钮914。
系统200可在现场(例如，使用外部流量计)进行校准。因此，系统200可包括维护模式，其中系统配置为超过操作流量设置点。在维护模式中，系统200可配置为禁用警报功能。另外，系统200使得用户能够设置用于真空泵340的维护的提醒。系统200可配置为使得用户能够设置维护提醒阈值，诸如具体日期、自真空泵340上次被维护的天数和/或真空泵340自上次被维护后已操作的小时数。系统200可配置为当接近或已经超过维护提醒阈值时向用户输出提醒。
系统200配置为基于每个具有用户名和密码的用户帐户来认证用户，以防止与系统进行未经批准的交互。图10示出了根据本发明的示例性实施方式的安全屏幕1000。安全屏幕1000使得用户能够使用用户名和密码来访问用户帐户。不同类型的用户帐户具有不同的功能访问权限。例如，允许“访客用户”帐户查看系统的状态，但不允许发出命令；允许“操作者”帐户开始和停止系统；允许“工程”帐户配置某些设置；以及允许“管理员”帐户配置用户帐户设置。
GUI还使得用户能够跨系统200同步日期和时间，包括控制器210、操作者终端270等的时间/日期。图11示出了根据本发明的示例性实施方式的时间和日期屏幕1100。
GUI还使得用户能够监控每个单独的真空泵340。图12示出了根据本发明的示例性实施方式的泵概览屏幕1200。泵概览屏幕1200可包括工具栏410和工具栏419，并且用户可通过选择顶部工具栏410的泵按钮418来访问泵概览屏幕1200。GUI可包括用于安装在系统中的每个真空泵340的泵概览屏幕1200。在图13所示的示例性实施方式中，泵概览屏幕1200包括示出泵#1的过程信息的泵概览部分1250。过程信息可包括名称1052、位置1054、状态1056(活动或不活动)、当前运行时间1058和总运行时间1058。当前运行时间1058是从真空泵340关闭起的时间。总运行时间1058是所有运行时间的总和，并且可由操作者重置。
系统200还可配置为，如果系统200在采样时经历警报系统或者如果发生异常情况，则输出警报通知。系统200可经由GUI向操作者界面终端270或其他网络连接的装置输出警报通知。可响应于异常流量情况、系统流量损失或者如果紧急停止按钮352或基于软件的紧急停止按钮412被按下，输出警报信号。例如，可以以红色或“警报”文本将警报指示输出至每个网络连接的屏幕。警报指示可记录在事件日志中。可保持警报状态，直至重置。只允许某些用户重置警报状态。
除了由GUI输出的视觉警报之外，系统200可包括指示灯和光堆以指示警报情况。例如，流量中心240中的每个和真空泵340中的每个均可包括指示灯或光堆。在与流量中心240或真空泵340中的一个相关的警报条件的情况下，可通过与经历警报情况的流量中心240或真空泵340相关联的指示灯或光堆来输出视觉警报。
除了视觉警报之外，还可响应于警报情况输出听觉警报。操作者界面终端270可包括扬声器以输出听觉警报。
过程参数可发送至系统200的网络连接的硬件组件中的每个以及从系统200的网络连接的硬件组件中的每个发送。另外，系统200可配置为经由外部系统(例如，经由网络浏览器或远程桌面客户端)接收来自授权用户的命令。系统200可配置为从外部系统接受电信号作为离散命令。外部系统可发送电命令以启动过程、重置警报以及激活警报。系统200提供作为外部系统的状态的电信号。系统200可配置为提供离散的过程状态。
本发明的示例性实施方式的各方面通过将每个真空连接的质量流速自动调节到由操作者设置的单独速率来克服常规系统的缺点。另外，本发明的示例性实施方式的方面使得用户能够经由网络连接的装置监控和控制系统的各方面。另外，本发明的示例性实施方式的各方面使得真空泵能够响应于物理紧急按钮、在网络连接的装置上可用的、基于软件的紧急停止按钮以及响应于可能潜在地影响真空泵的异常质量流量读数的自动断电而与电源断开。
系统200还配置为响应于确定与真空泵350流动连通的真空连接件232的任何一个正经历异常低的质量流速(例如，0)而自动地断开至真空泵350的电源。然而，常规系统会仅在所有采样点手动中止时关闭真空泵，而系统200提供额外保护，以防止阻塞的空气取样装置260或真空连接232损坏真空泵350。
所描述的一个或多个实施方式和说明书中对“一个实施方式(one embodiment)”、“实施方式(an embodiment)”、“示例实施方式(an example embodiment)”等的引用指示所描述的实施方式可包括具体特征、结构或特性，但是每个实施方式可不必包括具体特征、结构或特性。另外，这样的短语不一定是指相同的实施方式。另外，当结合实施方式描述具体特征、结构或特性时，本领域技术人员可结合无论是否明确描述的其它实施方式影响这样的特征、结构或特性。
本发明的实施方式(具体是控制器210、流量中心240、操作者界面终端270、分布式PLC 310和质量流量控制器320等)可在硬件、固件、软件或其任何组合中实现，或者可在没有自动计算设备的情况下实现。本发明的实施方式还可实现为存储在机器可读介质上的指令，其可由一个或多个处理器或处理装置读取和执行。机器可读介质可包括用于以机器(例如，计算装置)可读的形式存储或发送信息的任何机制。例如，机器可读介质或数据库(诸如数据库290)可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、PDA、移动电话和其他便携式装置中的硬件存储器、磁盘存储介质、光存储介质、闪存装置、电、光、声或其它形式的传播信号(例如载波、红外信号、数字信号、模拟信号等)等。另外，固件、软件、例程、指令在本文中可被描述为执行某些动作。然而，应当理解但是，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上从计算设备、处理器、控制器或执行固件、软件、例程、指令等的其他装置产生。
应当理解的是，本发明的一个优点包括通过避免对某些组件(例如常规流量开关)的需要来简化在受控环境中监控和控制空气采样所需的空气采样装置和相关组件的构造。本发明还提供了重新安排显示器以显示与空气采样和监控相关联的任何数量的单独参数的高度灵活性，参数包括但不限于空气质量测试的位置名称、采样时间或持续时间。
根据前述说明书，本发明的这些和其它优点对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本领域技术人员应当认识到，在不脱离本发明的广泛的发明构思的情况下，可对上述实施方式进行改变或修改。应当理解，本发明不限于本文所描述的特定实施方式，而是旨在包括在本发明的范围和精神内的所有改变和修改。

Claims (30)

1.用于在受控环境中的多个位置处对空气进行采样的系统，所述系统包括：
多个空气采样装置，配置为监控和测试受控环境内的体积的空气；
多个真空连接，所述多个真空连接中的每个均配置为从所述多个空气采样装置中的一个接收所述体积的空气；
多个流量控制阀，所述多个流量控制阀中的每个均配置为控制由所述真空连接中的一个所接收的所述体积的空气的质量流速；
多个流量传感器，所述多个流量传感器中的每个均配置为感测由所述真空连接中的一个所接收的所述体积的空气的质量流速；
流量中心，包括可编程逻辑控制器(PLC)，所述可编程逻辑控制器配置为监控和控制由所述多个真空连接所接收的空气的质量流速；以及
操作者界面终端，包括图形用户界面(GUI)，所述图形用户界面配置为监控和控制由所述多个真空连接所接收的空气的质量流速。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述PLC还配置为：
接收指示所述多个真空连接的期望质量流速的设置点；
存储所述设置点；
从所述多个流量传感器接收指示所述真空连接中的每个的所述质量流速的测量流速；
确定指示所述测量流速和所述设置点之间的差异的误差；
向多个致动器输出控制信号，所述多个致动器中的每个均配置为打开和关闭所述流量控制阀中的一个，以减小所述测量流速与所述设置点之间的差异。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述流量控制阀中的每个就配置为进行调节，以使得所述流量控制阀的位置变化与所述差异的大小成比例，所述差异是所述设置点与对应于相应流量控制阀的所述真空连接的所述测量流速之间的差异。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述流量控制阀中的每个均配置为打开和关闭，以使得所述流量控制阀的位置变化率与对应于相应流量控制阀的所述真空连接的所述测量流速的变化率成比例。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统配置为经由网络连接将指示由所述多个真空连接接收的体积的空气的质量流速的数据输出至外部装置。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述外部装置是监控和数据采集系统或数据收集系统。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述网络连接包括经由因特网的通信，以及所述外部装置经由网络浏览器或远程桌面应用接收所述数据。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统配置为基于从外部装置接收的设置点来控制由所述多个真空连接中的一个接收的所述体积的空气的所述质量流速。
9.根据权利要求1所述的系统，基于经由互联网从网络浏览器或远程桌面应用接收的设置点来控制由所述多个真空连接中的一个接收的所述体积的空气的所述质量流速。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个真空连接中的每个均经由歧管与真空泵流动连通，所述真空泵配置为从所述多个空气采样装置抽吸所述体积的空气。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述真空泵还包括接触器，所述接触器配置为向所述真空泵输送和控制功率，所述接触器包括紧急停止按钮，所述紧急停止按钮配置为断开至所述真空泵的电源。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述图形用户界面包括配置为断开至所述真空泵的电源的紧急停止按钮。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述系统配置为响应于确定由与所述真空泵流动连通的所述真空连接中的一个接收的所述体积的空气的所述质量流速低于预定阈值而断开至所述真空泵的电源。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作者界面终端与所述流量中心位于一处。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述操作者界面终端与所述多个空气采样装置中的一个位于一处。
16.用于在受控环境中的多个位置处对空气进行采样的方法，所述方法包括：
由多个空气采样装置监控和测试受控环境内的体积的空气；
由多个真空连接从所述多个空气采样装置中的每个接收所述体积的空气；
由多个流量控制阀控制由所述真空连接中的每个接收的所述体积的空气的质量流速；
由多个流量传感器感测由所述真空连接中的每个接收的所述体积的空气的所述质量流速；
由包括可编程逻辑控制器(PLC)的流量中心监控由所述多个真空连接中的每个接收的空气的所述质量流速；
向包括图形用户界面(GUI)的操作者界面终端输出指示由所述多个真空连接中的每个接收的空气的所述质量流速的数据；
经由所述GUI从所述操作者界面终端接收指示所述多个真空连接中的一个的期望质量流速的设置点；以及
基于所述设置点控制由所述多个真空连接中的一个接收的空气的所述质量流速。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
接收指示所述多个真空连接的期望质量流速的设置点；
存储所述设置点；
从所述多个流量传感器接收指示所述真空连接的所述质量流速的测量流速；
确定指示所述测量流速与所述设置点之间的差异的误差；
向多个致动器输出控制信号，所述多个致动器中的每个均配置为打开和关闭所述流量控制阀中的一个，以减小所述测量流速与所述设置点之间的差异。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
调节所述流量控制阀中的每个，以使得所述流量控制阀的位置变化与所述差异的大小成比例，所述差异是所述设置点与对应于相应流量控制阀的所述真空连接的所述测量流速之间的差异。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
调节所述流量控制阀中的每个，以使得所述流量控制阀的所述位置变化与所述差异的变化率成比例，所述差异是所述设置点与对应于相应流量控制阀的所述真空连接的所述测量流速之间的差异。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
经由网络连接将指示由所述多个真空连接接收的所述体积的空气的质量流速的数据输出至外部装置。
21.根据权利要求16所述的方法，还包括：
将指示由所述多个真空连接接收的所述体积的空气的质量流速的数据输出至监控和数据采集系统或数据收集系统。
22.根据权利要求16所述的方法，还包括：
经由网络浏览器或远程桌面应用将指示由所述多个真空连接接收的所述体积的空气的质量流速的数据输出至外部装置。
23.根据权利要求16所述的方法，还包括：
基于从外部装置接收的设置点来控制由所述多个真空连接中的一个接收的所述体积的空气的所述质量流速。
24.根据权利要求16所述的方法，还包括：
基于经由互联网从网络浏览器或远程桌面应用接收的设置点来控制由所述多个真空连接中的一个接收的所述体积的空气的所述质量流速。
25.根据权利要求16所述的方法，其中，所述监控和测试受控环境内的所述体积的空气还包括：
由真空泵经由歧管通过所述多个真空连接从所述多个空气采样装置抽吸所述体积的空气。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：
经由包括紧急停止按钮的接触器向所述真空泵输送和控制功率，所述紧急停止按钮配置为断开至所述真空泵的电源。
27.根据权利要求28所述的方法，作为所述图形用户界面的一部分，提供紧急停止按钮，所述紧急停止按钮配置为断开至所述真空泵的电源。
28.根据权利要求28所述的方法，还包括：
响应于确定由与所述真空泵流动连通的所述真空连接中的一个接收的所述体积的空气的所述质量流速低于预定阈值而断开至所述真空泵的电源。
29.根据权利要求18所述的方法，其中，所述操作者界面终端与所述流量中心位于一处。
30.根据权利要求18所述的方法，其中，所述操作者界面终端与所述多个空气采样装置中的一个位于一处。
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