摘 要：潔凈手術(shù)室空調系統的溫度與濕度控制效果對于手術(shù)有直接的影響。介紹了一種基于西門(mén)子S7-200PLC和TD-400C的控制系統來(lái)實(shí)現潔凈手術(shù)室對溫濕度的控制。由于溫濕度具有大滯后性,使用傳統PID調節方法難以得到滿(mǎn)意效果,通過(guò)引入溫度變化率來(lái)調整死區,改善了系統的控制效果,有效避免了過(guò)沖。經(jīng)過(guò)實(shí)際運行,驗證其在潔凈手術(shù)室控制系統中的可行性。 

0 引 言 

　　 
　　潔凈手術(shù)室作為醫院中控制要求最高的單位之一,其對溫濕度有著(zhù)恒定的控制要求。但由于手術(shù)室內的無(wú)影燈、普通照明燈等均會(huì )對溫度和濕度產(chǎn)生影響,導致其很難滿(mǎn)足手術(shù)時(shí)溫度和濕度需保持恒定的要求,故溫、濕度指標是潔凈手術(shù)室中最重要的控制指標。溫度直接影響病人及醫護人員的舒適程度,而當房間濕度大于60％時(shí)候,細菌繁殖的速度就會(huì )大大加快,從控制細菌滋生的角度出發(fā),濕度控制也極為重要。這就要求手術(shù)室內的空調系統能夠根據特定的算法調節溫濕度,并根據相應操作面板上的設定值快速響應實(shí)時(shí)控制要求。這里采用基于西門(mén)子S7-224cn PLC和文本顯示器 TD400C構成控制系統。 
　　 
　　1 系統控制要求 
　　 
　　1.1 溫度控制要求 
　　通過(guò)設置在風(fēng)管里的溫濕度一體傳感器檢測回風(fēng)溫度,并將所測得的溫度信號送到PLC的模擬輸入端。PLC將測得的溫度和通過(guò)手術(shù)室面板溫度設定值比較并進(jìn)行PID計算,將結果輸出到相應模擬量輸出,如冷凍/熱水的電動(dòng)調節閥,通過(guò)控制其開(kāi)度達到溫度控制的目的。 
　　1.2 濕度控制要求 
　　通過(guò)設置在風(fēng)管里的溫濕度一體傳感器檢測回風(fēng)濕度,并將所測得的溫度信號傳送到PLC的模擬輸入端。PLC將測得的濕度和通過(guò)手術(shù)室面板濕度設定值比較并進(jìn)行PID計算,將結果輸出到相應模擬量輸出。在冬季模式里通過(guò)對加濕器電動(dòng)調節閥的開(kāi)度調節達到濕度控制的目的。而在夏季模式里,濕度的控制并非通過(guò)對加濕器開(kāi)度的單一控制,而是對水閥調節器和加熱器的綜合PID控制實(shí)現的。 
　　1.3 風(fēng)道壓力控制 
　　按照工藝要求,風(fēng)道內壓力需保持一定值,以滿(mǎn)足手術(shù)室醫用要求。系統通過(guò)變頻器驅動(dòng)送風(fēng)機,事先將滿(mǎn)足工藝要求時(shí)的變頻器頻率值作為設定值,將設置在管道內的回風(fēng)壓力檢測傳感器測得的壓力值作為反饋值,通過(guò)PID計算控制變頻器的輸出頻率,以達到風(fēng)壓控制要求。 
　　1.4 人機界面要求 
　　按照現場(chǎng)工藝要求,在手術(shù)室內設有操作面板一塊,可以設定溫度,濕度并控制系統啟停,同時(shí)面板上有實(shí)時(shí)溫度和濕度顯示功能；同樣,在控制柜上安裝了人機界面TD400C,通過(guò)TD400C也可設定溫度濕度啟停機組。出于調試系統的目的,在TD400C上設有強制模式,及人工設定回風(fēng)溫濕度,屏蔽報警信號。TD400C的控制優(yōu)先權高于手術(shù)室設定面板,可屏蔽來(lái)自手術(shù)室的設定信號。 
　　1.5 安全要求 
　　該系統中故障信號有3種,分別是送風(fēng)機故障信號,缺風(fēng)保護故障信號,中效壓差信號。這3種信號都是為了保障風(fēng)道內的空氣流通。報警要有聲光顯示,提醒工作人員采取措施。 
　　 
　　2 系統硬件及工藝簡(jiǎn)介 
　　 
　　2.1 硬件組成 
　　整個(gè)系統硬件由檢測元件,控制元件與執行元件組成。 
　　通過(guò)設置在風(fēng)道內的溫濕度一體傳感器來(lái)檢測回風(fēng)溫濕度;通過(guò)設置在管風(fēng)道內的壓力傳感器檢測回風(fēng)壓力；通過(guò)設置在水管上的溫度傳感器來(lái)檢測水溫并以此判斷工作模式；控制元件主要指S7-224 PLC,TD400C及手術(shù)室控制面板；執行元件包括水管的電動(dòng)調節閥,加濕器調節閥和加熱器調節閥等。 
　　2.2 工藝介紹 
　　系統啟動(dòng)后若無(wú)缺風(fēng)保護等報警信號,則開(kāi)始通過(guò)安裝在送水管上的傳感器檢測水溫工作模式系統。工作模式分為冬夏兩季。若送水管水溫大于30 ℃則為冬季模式,低于30 ℃則為夏季模式。 
　　在冬季模式里,若回風(fēng)溫度低于設定溫度,則打開(kāi)水閥執行器,流出更多的熱水以提高溫度；若回風(fēng)濕度低于設定濕度,則打開(kāi)加濕器開(kāi)度,以提高濕度。冬季模式里若回風(fēng)溫度高于設定值,則減小水閥執行器的輸出開(kāi)度；通常情況下冬季模式里回風(fēng)濕度總是低于設定濕度的,故不考慮回風(fēng)濕度高于設定濕度的可能。 
　　在夏季模式里,控制要求主要是除溫除濕。該系統要求濕度優(yōu)先調節。所謂濕度優(yōu)先調節是指夏季濕度較高時(shí)候,控制器通過(guò)計算后調節送水管的開(kāi)度(管內是7 ℃左右的冷凍水)達到降溫除濕的目的,而由此造成的溫度差則通過(guò)打開(kāi)電加熱器來(lái)補償。當回風(fēng)濕度達到設定要求時(shí),系統自動(dòng)進(jìn)入溫度控制狀態(tài)。 
　　工作模式選擇流程圖如圖1所示。 
　　 
　　3 系統軟件設計 
　　 
　　根據工藝要求和硬件配置,采用西門(mén)子公司的STEP7 MICRO/WIN32軟件進(jìn)行系統組態(tài)和TD400C人機界面設計。 
　　圖1 工作模式選擇流程框圖 
　　軟件設計主要包括溫濕度控制,強制模式選擇,工作模式選擇和故障報警處理。 
　　3.1 模式選擇 
　　控制模式設置是指系統控制分為T(mén)D400C設置(手動(dòng))和手術(shù)室控制面板設置(自動(dòng))兩種。在手動(dòng)模式下又有強制和非強制模式。在手動(dòng)模式下可以屏蔽手術(shù)室面板的設定溫、濕度及系統啟停信號。出于調試系統的考慮,系統還設置了強制模式。在強制模式下,可以手動(dòng)設定回風(fēng)溫度、回風(fēng)濕度、回風(fēng)壓力等傳感器信號,并可以手動(dòng)復位各種故障報警信號,其控制模式選擇流程圖如圖2所示。 
　　圖2 控制模式選擇流程框圖 
　　3.2 故障報警處理 
　　按照設計要求,如果出現送風(fēng)機故障信號,缺風(fēng)保護故障信號,中效壓差信號,將有聲光顯示,提醒工作人員采取措施,