潔凈手術室空調(diào)控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘 要：潔凈手術室空調(diào)系統(tǒng)的溫度與濕度控制效果對于手術有直接的影響。介紹了一種基于西門予S7―200PLC和TD一400C的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)潔凈手術室對溫濕度的控制。由于溫濕度具有大滯后性，使用傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)方法難以得到滿意效果，通過引入溫度變化率來調(diào)整死區(qū)，改善了系統(tǒng)的控制效果，有效避免了過沖。經(jīng)過實際運行，驗證其在潔凈手術室控制系統(tǒng)中的可行性。
關鍵詞：溫濕度；PID；PLC；溫度變化率；死區(qū)

0 引 言
潔凈手術室作為醫(yī)院中控制要求最高的單位之一，其對溫濕度有著恒定的控制要求。但由于手術室內(nèi)的無影燈、普通照明燈等均會對溫度和濕度產(chǎn)生影響，導致其很難滿足手術時溫度和濕度需保持恒定的要求，故溫、濕度指標是潔凈手術室中最重要的控制指標。溫度直接影響病人及醫(yī)護人員的舒適程度，而當房間濕度大于60％時候，細菌繁殖的速度就會大大加快，從控制細菌滋生的角度出發(fā)，濕度控制也極為重要。這就要求手術室內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)能夠根據(jù)特定的算法調(diào)節(jié)溫濕度，并根據(jù)相應操作面板上的設定值快速響應實時控制要求。這里采用基于西門子S7―224cn PLC和文本顯示器TD400C構成控制系統(tǒng)。

l 系統(tǒng)控制要求
1．1 溫度控制要求
通過設置在風管里的溫濕度一體傳感器檢測回風溫度，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手術室面板溫度設定值比較并進行PID計算，將結果輸出到相應模擬量輸出，如冷凍／熱水的電動調(diào)節(jié)閥，通過控制其開度達到溫度控制的目的。
1．2 濕度控制要求
通過設置在風管里的溫濕度一體傳感器檢測回風濕度，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手術室面板濕度設定值比較并進行PID計算，將結果輸出到相應模擬量輸出。在冬季模式里通過對加濕器電動調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)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對加濕器開度的單一控制，而是對水閥調(diào)節(jié)器和加熱器的綜合PID控制實現(xiàn)的。
1．3 風道壓力控制
按照工藝要求，風道內(nèi)壓力需保持一定值，以滿足手術室醫(yī)用要求。系統(tǒng)通過變頻器驅(qū)動送風機，事先將滿足工藝要求時的變頻器頻率值作為設定值，將設置在管道內(nèi)的回風壓力檢測傳感器測得的壓力值作為反饋值，通過PID計算控制變頻器的輸出頻率，以達到風壓控制要求。
1．4 人機界面要求
按照現(xiàn)場工藝要求，在手術室內(nèi)設有操作面板一塊，可以設定溫度，濕度并控制系統(tǒng)啟停，同時面板上有實時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TD400C也可設定溫度濕度啟停機組。出于調(diào)試系統(tǒng)的目的，在TD400C上設有強制模式，及人工設定回風溫濕度，屏蔽報警信號。
TD400C的控制優(yōu)先權高于手術室設定面板，可屏蔽來自手術室的設定信號。
1．5 安全要求
該系統(tǒng)中故障信號有3種，分別是送風機故障信號，缺風保護故障信號，中效壓差信號。這3種信號都是為了保障風道內(nèi)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(tǒng)硬件及工藝簡介
2．1 硬件組成
整個系統(tǒng)硬件由檢測元件，控制元件與執(zhí)行元件組成。
通過設置在風道內(nèi)的溫濕度一體傳感器來檢測回風溫濕度；通過設置在管風道內(nèi)的壓力傳感器檢測回風壓力；通過設置在水管上的溫度傳感器來檢測水溫并以此判斷工作模式；控制元件主要指S7―224 PLC，TD400C及手術室控制面板；執(zhí)行元件包括水管的電動調(diào)節(jié)閥，加濕器調(diào)節(jié)閥和加熱器調(diào)節(jié)閥等。