孙可;刘杰;王晨
【摘 要】净化空调系统由新风机组、循环机组和送风管道组成,新风机组的作用是为手术室提供新风,并将室外新风进行初步净化及热湿处理后送入循环机组,经新风机组处理的新风和手术室回风在循环机组中再进行过滤及热湿处理后送入手术室.笔者成功设计了某市医院洁净手术室净化空调自动控制系统,并实现该系统的稳定运行.目前该项目设计的自动控制系统先已投入使用,运行效果良好,达到了设计的所有指标,取得了用户的认可.控制系统采用西门子S7-200系列PLC作为控制器,与上位机通过PROFIBUS现场总线技术实现通信.PLC是连接上位机与现场传感器、执行器等的桥梁,向上将底层传感器、变送器采集的温湿度、压差等信号上传至上位机,向下将上位机的控制信号传达给现场执行器.文章重点介绍了洁净手术室净化空调自动控制系统新风机组的组成及实时监控的实现.%Air cleaner system consists of fresh air handling unit, cycle unit and air pipe. The fresh air handling unit is to provide fresh air for the operating room, purify fundamentally the air from outside and send it to the cycle unit after hydrothermal process. The air processed through the fresh air handling unit, and the a ir in the operating room is going to be filtered again in the cycle unit and send it back to the operating room after another hydrothermal process. This paper succeeded in designing the automatic control system of air cleaner in the Da Shiqiao Central Hospital, and accomplished the stable operation of the system. SIMENS S7 - 200 series of PLC is the controller, corresponded with upper computer through PROFIBUS Fieldbus Technology. PLC is the bridge linking the upper computer, field sensor and actuator, which uploads the temperature, humidity and pressure differential collected by the sensor and trasmitter froth the lower-layer to the upper computer, and meanwhile transmits the controlling signals down to the field actuator. This paper focused on realization of the fresh air handling unitof air cleaner. The automatic control system designed in the system, was already put into use, which operated well, attained all the criteria, and gained the recognition of users.
【期刊名称】《沈阳师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(029)002
【总页数】有机光电材料5页(P216-220)
【关键词】洁净手术室;净化空调;新风机组;自动控制;可编程控制器
【作 者】孙可;刘杰;王晨
【作者单位】沈阳师范大学,学报编辑部,沈阳,110034;沈阳师范大学,科信软件学院,沈阳,110034;沈阳师范大学,科信软件学院,沈阳,110034;沈阳师范大学,科信软件学院,沈阳,110034
【正文语种】中 文古代建筑模型
【中图分类】TB657.2
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手术室是医院综合病房楼的重要部门,是对空调系统要求比较高的区域,因为洁净空气可以减少和避免通过空气途径的术后感染。医院空调在很多情况下是与康复的重要因素,有时甚至是主要的方法,研究发现,病患者在适宜的温度和湿度环境中更容易康复[1]。医院空调的作用是维持室内所需要的温、湿度并去除空气中的尘埃、微生物、气味和有害气体[
2-4]。因此手术室空调系统除了要实现日常生活中常用的舒适空调对温度和湿度的控制外,还要做到对室内的空气进行净化,实现手术室的空气洁净,降低术中因空气不洁净造成的病菌感染的概率。一般手术室要求室内是正压状态,但有些手术室因为其特殊用途要求手术室内处于负压状态,所以空调系统还要做到能调节手术室内的压力。净化空调系统是能够实现手术室洁净和符合压力要求功能的装置,空气净化是将手术室内的空气使用风机抽出与新风风机处理过的新风混合后再经过多级过滤和热湿处理后再送入手术室内的过程。压力的控制是通过调节送风阀和排风阀的开度进行控制,若手术室需要负压,则减小送风阀的开度并加大排风阀的开度[5-7]。
医院空调系统主要由冷站系统和空调风系统两大部分组成。其中冷站系统是为经过空调机组的空气进行加热或降温的系统,根据季节的变换由医院的能源部门提供热源或冷源。空调风系统包括空气净化系统和温度、湿度、风量、压力(压差)控制系统组成。空气净化系统设置各级过滤器的压差检测和风量调节,温度、湿度、风量、压力控制系统主要由温度、湿度、压力传感器、温控阀门执行器、送风、排风、调节阀、单片微处理机及扩展部分组成[8-12]。
本文是基于某市中心医院的洁净手术室净化空调系统自动控制的项目,由于篇幅的限制,这里仅介绍该医院洁净手术室净化空调新风机组的组成及其控制的实现。
该院手术部位于综合楼的第18层,由11个手术室及其辅助用房和医生护士办公区组成。11个手术室分别是是百级手术室、眼科手术室、2个腔镜手术室、骨科手术室、产科手术室、正负压手术室和4个普外手术室。各手术室除了温湿度调节的要求外,对空气洁净度及压力的要求如下:百级手术室和眼科手术室是I级手术室,其洁净度级别为百级,需要独立的循环机组进行控制;正负压手术室是Ⅱ级手术室,洁净度级别为千级,为了适应特殊手术的需要,手术室除对室内空气的洁净度有要求外,还需要对其进行压力调节,保证室内的正压状态或负压状态,也需要独立的循环机组进行控制;其他的腔镜手术室、普外手术室、骨科和产科手术室是万级洁净手术室,对循环风机组没有特别的要求,可以使用独立循环机组,也可以使用一拖二或一拖三循环机组来实现。
根据手术室实际情况及具体要求,系统设计由10台空调机组实现对手术室空气的净化处理,其中2台空调机组作为新风机组为手术室提供新风,8台空调机组作为循环机组为各手术室及辅助用房的空气进行温度、湿度、压力及净化处理。8台循环机组中3台空调机组作为独立
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循环机组分别对百级手术室、眼科手术室和正负压手术室的空气进行处理,1台空调机组作为一拖二循环机组对骨科手术室和产科手术室的空气进行处理,2台空调机组作为一拖三循环机组实现对2个腔镜手术室和4个普外手术室空气的处理,还有2台空调机组处理走廊、护士站、医生办公室等处的空气。10台空调机组的控制器分别从 K J1至K J10进行编号,其中K J5和 K J10是控制2个新风机组,其他控制器控制范围在下节进行介绍。手术室分布及新风机组送风范围如图1所示。
空调机房位于19层的东西两侧,两侧机房中各安装了1台新风机组和4台循环机组,净化空调控制系统是对10台风机组进行控制,实现对整个18层空气的温度湿度控制及空气的净化处理。自动控制系统的主控室位于18层的主机室,控制命令通过主控室的上位机发出,实现对空调系统的自动控制。
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控制系统采用工控机(Industrial Personal Computer,IPC)+可编程控制器(Programmable controller, PLC)[13]+现场总线[14-15]的形式组成了控制系统,实现洁净手术室净化空调系统的自动控制。系统整体结构图如图2所示。
从图2可以清楚的看出控制系统的拓扑结构,系统由上位机(工控机)、PLC、风机机组及现场
的各种传感器和执行器组成。系统以上位机为核心,通过PROFIBUS-DP现场总线将上位机和PLC连接起来,采用的是RS485传输技术,PLC定期从现场传感器采集数据,再通过现场总线将数据传输到上位机中,并将其显示出来。上位机发出的控制信息通过现场总线传至PLC,PLC根据上位机的控制信号进行调节,并将信号传至现场执行器,实现对现场设备的驱动。
新风机组是手术室新风的主要来源,机组除为手术室提供必须的新风外还在需要更换手术室内空气或室内风量不够、无法形成正压差时提供新风。新风机组以风机柜的形式存在,由新风阀、电加热装置、表冷器装置、电加湿器、初效过滤器[7]、风机和各种传感器、执行器等组成。新风机组各功能段分布结构如图3所示。
实现对新风机组的监控主要是对机组中空气的温度、湿度进行调节和空气洁净度处理,其目的是保证空调系统中的新风风量、温度、湿度在送入循环机组前达到系统的设定值。新风机组的工作过程如下:系统运行的同时新风机柜自动将新风阀打开,新风通过进风口进入新风机柜。首先来到防冻开关处,此处安装了温度传感器,传感器将检测到的温度信号传送到控制器,控制器将测得的温度值与设定值进行比较,如果温度过低,则PLC驱动防冻开关关闭,停止
引进新风。在粗效过滤器处安装有压差变送器,它的作用是检测过滤器两端的压力差,压差变送器将检测到的压差值传送至PLC,PLC根据设定值判断过滤器的状态,如有压差值超过设定值,说明空气不能顺畅的通过过滤器,则将信息传送至上位机,并显示故障报警信息,提示工作人员需要更换过滤器。风机的作用是让空气流动起来,在风机处安装了压差变送器和变频器,压差变送器的作用是检测风机两端的压差,判断风机是否出现故障,变频器的作用是根据PLC发出的控制信息调节风机的转速,压差传感器检测风机两端压差值,并将检测值传送至控制器,控制器对检测值进行分析,如果压差值与设定值不同,则显示缺风保护报警信息,提示工作人员采取相应的措施。出风口处安装有温湿度传感器,此处测定经新风机组处理的空气的温度和湿度是否符合设定值,传感器将检测到的信号传送至控制器,控制器根据监测信号值控制风机与出风口之间的表冷器、加热装置、加湿装置的工作状态,控制器将信号传送至这些装置的执行器上,执行器接收到信号后执行相应的操作,使空气的温湿度达到系统的要求。
