2天津铁道职业技术学院 天津市 300240
摘要： 洁净手术室是医院控制要求最高的场所，它对环境的温度、湿度等有着严格的要求。但是，手术室内的人员数量、无影灯光及常规照明等都会对手术室内的环境造成一定的影响，使手术室内的恒温恒湿难以达到。温度对病人和医务工作者的舒适有很大的影响。当室内湿度大于60%时，细菌繁殖速度加快。从抑制细菌繁殖的观点来看，湿度也是非常关键的。这就需要手术室内的空气调节系统可以按照特定的算法进行温度、湿度的调整，并能按照各自的操作面板上的设置来对实时的控制需求做出快速的反应。 关键词：洁净手术室 ；空调控制系统；设计与实现
1 空调系统控制设计目标
在洁净手术室的空调操作中，其主要作用是对手术室的温度、湿度、风量进行稳定的控制，并在发生故障时进行报警、自动和人工操作，保证手术室的安全。它的核心部分是：可编程逻辑控制器 (PLC)，用于对数据进行监测、管理和系统控制；PID运算控制器，用于数据的
分析与运算；人机交互界面，人工操作；主要应用于故障警报和各种温度、湿度监控监测。所以，在设计控制系统时，必须达到三个目的：
1.1 准确的温湿度与风量控制
在洁净手术室空调控制系统中，我们需要提高检测传感器对温湿度以及风道风量检测准确性，并有效地控制 PLC 与 PID 对空调系统的控制质量，将手术室温湿度与风量控制在一个较为准确的数据范围内。
1.2 良好的人机交互界面
一般情况下，空调系统分为自动控制和手动控制两种。为了保证两种控制方式的平稳运行，实现自动与手动控制的有效切换，是一项重要的设计需求。
1.3 确保故障报警系统精确性
在故障报警系统中必须保证报警信号包括了声、光等报警形式，可以第一时间起到准确的报警工作，避免漏报或误报问题的出现。
2 系统硬件及工艺简介
2.1 硬件组成
整个系统的硬件由检测、控制、执行三部分构成。通过风管内的温度和湿度集成式传感器来检测回风/排风的温度和湿度；通过安装于管道内的压力传感器来检测回风压力；水管道内装有温度传感器，可对水温进行测量，判断工作方式；主要是S7-224 PLC,TD400C，以及操作间的控制台；该驱动部件由电动阀门、加湿器调节阀、加热器调节阀组成。
2.2 工艺介绍
在系统运行后，若无任何警报等问题时，供水管道上的感应器会探测到水温运行方式。工作方式有冬夏两种。若供水管道温度在30摄氏度以上，就是冬天，30摄氏度以下就是夏天。在冬天，当回风温度低于设定值时，开启水阀执行器，使更多的热水流入，使水温升高；若回风的湿度小于设置的湿度，应开启加湿器，使其保持更高的湿度。在冬季运行时，当回风湿度超过预设值时，将会降低阀门的出汽量；一般情况下，在冬天，回风的含水量总是比设置的含水量低，所以不会考虑比设置湿度更高的回风含水率。在夏季运行时，恒温阀门
对温度、湿度的控制要求较高。系统要求对湿度进行优先调整。所谓“湿度优先”，就是在夏天，温度很高时，由控制器进行计算，调整供水管路阀门的开度（水温在7℃左右），从而达到降温和除湿的作用，并利用电热器对温度变化进行补偿。当回风湿度满足一定的条件时，系统就会自动进入温度调节模式。
3.空调控制系统软件技术分析
在手术室空调控制系统运行中，软件系统技术是实现技术控制要求的基础。因此在 PLC与 PID 软件设计中，我们需要做好以下设计工作。
3.1 PLC 系统设计
在空调控制系统中，其主要的软件功能技术有：第一，空调控制方式。在设计PLC控制软件时，必须先进行空调控制方式的设计。人工控制系统的运行方式有两种，即强迫和不强迫。控制程序首先要停止和对自动控制信号进行遮蔽。在此基础上，通过非强迫式的方式实现了常规的空调器的控制，同时通过人工设定回风温度、回风湿度、回风压力等参数的人工设定和人工操作。第二，设备的故障控制与处置，除了日常的控制和管理，PLC还承
担着对空调设备的各种故障的处理与控制。若空调除湿系统发生故障，无法进行有效的除湿，PLC可在紧急情况下启动后备系统，并通过声光报警，通知相关技术人员进行快速的处置。
3.2 PID 系统设计
PID系统的温控是通过PID系统来实现的，PID软件的设计质量对温、湿度的控制效果有很大的影响。PID控制技术中，采用比例积分微分控制方式，通过对比例积分微分进行运算，得到输出数据，并对 PLC输出的数据进行控制。利用 PID线性控制器对空调进行控制。在运行时，软件利用式 e (t)= r (t)= r (t)- y (t)，通过 PLC对该空调器装置所提供的预定值 r (t）和实际输出值 y (t）进行分析，从而得到控制所需要的控制偏差 e (t）。经过进一步的变换，得到来自 PID系统的分析与计算资料，供PLC进行控制。比如，PID系统在冬天的温度控制中，既可以把实时的温度与手术室的预定恒温相比较，也可以在一定时间内对手术室的温度进行横向的对比和分析。通过比较，当发现室内气温每分钟迅速降低，且呈现出规律，可以判断出温升系统有问题，进而提出了相应的改进措施。PID系统将数据传输给 PLC，实现对手术室温度的自动控制。
4.空调机组控制策略
每台空调器均配备 PLC控制器，可直接控制。通过启动按钮、停止按钮、变换按钮，实现了系统的局部和自动化控制。在局部控制方式中，各装置会根据对应的按键状态的改变，开始或停止工作。自动控制方式是常规工作方式。作为一个实例，介绍了一个用于手术室的空调系统的 PLC控制系统的工作流程。PLC控制系统供电后，首先对第一次扫描的参数进行初始化，然后按照设定的温度、相对湿度、压力差和控制精度，进行绝对湿度、温度、压力差的控制范围，在发现按键状态后，进行起动控制，使整个空调机组的设备依次起动。再依据手术室和室外的压差，对排风机进行操作，以保证手术室内的压差。
通过采集各种传感器的数据，计算出手术室内的真实空气绝对湿度。当室内空气的绝对湿度超过最高限度时，就会进入除湿状态。将电控制冷机完全开启，在表面冷却器段后的空气温度到达露点温度时，以露点温度作为控制对象，通过 PID控制规律来调整表面冷却器的冷水阀的开度，直至室内空气的绝对湿度在绝对湿度控制范围的下限以下。同时，采用 PID控制器对加热热水阀门的开度进行调整，将其达到设定的温度值。当手术室内的绝对湿度含量低于最低限度时，就会进入加湿状态。把加湿器的电热阀门全部打开，在手术室中
的绝对湿气含量不小于绝对湿度控制范围的下限时，加湿器的电蒸汽阀门的开启按照 PID控制规律进行控制，直至手术室中的空气绝对湿度含量超过绝对湿度含量的上限。同时，通过调温子程序，将手术室内的空气温度调至预定值。当手术室内的空气绝对湿度含量处于绝对湿度含量控制的范围之内时，除湿和加湿两种状态不工作时，就会进入温度控制状态。
当回风口的空气温度低于控制区域的最低限度时，就会进入加热状态，将电控制冷机彻底关掉。若一段时期内，手术室的空气温度升高至温度控制区域的下限，则将设定的温度作为控制目标，表面冷却器的电动制冷阀的开度按照 PID控制规则进行调整，直至手术室的温度超过温度控制区域的上限；若一段时期内，手术室内的空气温度低于温控区域的最高值，则设定温度为控制对象，加热器电热水阀的开度按 PID控制进行调整。
5.结语
为实现洁净手术室的空调系统控制,分析了洁净手术室空调系统要求,结合洁净手术室的独立式空调机组,设计了空调机组的PLC控制系统,实现了洁净手术室空调系统控制要求。经调试证明,该系统能满足洁净手术室空调系统控制要求。
参考文献：
[1]岑崇高.基于PLC的洁净手术室净化空调自动控制系统设计[J].自动化与仪器仪表,2019(03):112-115.
[2]解勇,桑海龙,于晓明.基于湿度优先控制模式的医院洁净手术室净化空调系统节能设计[J].暖通空调,2017,47(09):99-104.
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