洁净手术室空调控制系统的设计与实现

摘 要：洁净手术室空调系统的温度与湿度控制效果对于手术有直接的影响。介绍了一种基于西门予S7―200PLC和TD一400C的控制系统来实现洁净手术室对温湿度的控制。由于温湿度具有大滞后性，使用传统PID调节方法难以得到满意效果，通过引入温度变化率来调整死区，改善了系统的控制效果，有效避免了过冲。经过实际运行，验证其在洁净手术室控制系统中的可行性。
关键词：温湿度；PID；PLC；温度变化率；死区

0 引 言
洁净手术室作为医院中控制要求最高的单位之一，其对温湿度有着恒定的控制要求。但由于手术室内的无影灯、普通照明灯等均会对温度和湿度产生影响，导致其很难满足手术时温度和湿度需保持恒定的要求，故温、湿度指标是洁净手术室中最重要的控制指标。温度直接影响病人及医护人员的舒适程度，而当房间湿度大于60％时候，细菌繁殖的速度就会大大加快，从控制细菌滋生的角度出发，湿度控制也极为重要。这就要求手术室内的空调系统能够根据特定的算法调节温湿度，并根据相应操作面板上的设定值快速响应实时控制要求。这里采用基于西门子S7―224cn PLC和文本显示器TD400C构成控制系统。

l 系统控制要求
1．1 温度控制要求
通过设置在风管里的温湿度一体传感器检测回风温度，并将所测得的温度信号送到PLC的模拟输入端。PLC将测得的温度和通过手术室面板温度设定值比较并进行PID计算，将结果输出到相应模拟量输出，如冷冻／热水的电动调节阀，通过控制其开度达到温度控制的目的。
1．2 湿度控制要求
通过设置在风管里的温湿度一体传感器检测回风湿度，并将所测得的温度信号传送到PLC的模拟输入端。PLC将测得的湿度和通过手术室面板湿度设定值比较并进行PID计算，将结果输出到相应模拟量输出。在冬季模式里通过对加湿器电动调节阀的开度调节达到湿度控制的目的。而在夏季模式里，湿度的控制并非通过对加湿器开度的单一控制，而是对水阀调节器和加热器的综合PID控制实现的。
1．3 风道压力控制
按照工艺要求，风道内压力需保持一定值，以满足手术室医用要求。系统通过变频器驱动送风机，事先将满足工艺要求时的变频器频率值作为设定值，将设置在管道内的回风压力检测传感器测得的压力值作为反馈值，通过PID计算控制变频器的输出频率，以达到风压控制要求。
1．4 人机界面要求
按照现场工艺要求，在手术室内设有操作面板一块，可以设定温度，湿度并控制系统启停，同时面板上有实时温度和湿度显示功能；同样，在控制柜上安装了人机界面TD400C，通过TD400C也可设定温度湿度启停机组。出于调试系统的目的，在TD400C上设有强制模式，及人工设定回风温湿度，屏蔽报警信号。
TD400C的控制优先权高于手术室设定面板，可屏蔽来自手术室的设定信号。
1．5 安全要求
该系统中故障信号有3种，分别是送风机故障信号，缺风保护故障信号，中效压差信号。这3种信号都是为了保障风道内的空气流通。报警要有声光显示，提醒工作人员采取措施。

2 系统硬件及工艺简介
2．1 硬件组成
整个系统硬件由检测元件，控制元件与执行元件组成。
通过设置在风道内的温湿度一体传感器来检测回风温湿度；通过设置在管风道内的压力传感器检测回风压力；通过设置在水管上的温度传感器来检测水温并以此判断工作模式；控制元件主要指S7―224 PLC，TD400C及手术室控制面板；执行元件包括水管的电动调节阀，加湿器调节阀和加热器调节阀等。