基于PLC的洁净手术室净化空调新风机组自动控制的设计与实现_孙可

收稿日期:2010-01-18。

基金项目:国家自然科学基金资助项目(60970112)。

作者简介:孙　可(1979-),男,山东滕州人,沈阳师范大学编辑,硕士研究生;刘　杰(1957-),男,辽宁本溪人,沈阳师范大学教授,硕士研究生导师。第29卷第2期

2011年4月沈阳师范大学学报(自然科学版)Journal of S henyang N ormal University (Natural Science )Vol .29No .2Apr .2011文章编号:1673-5862(2011)02-0216-05

基于PLC 的洁净手术室净化空调

新风机组自动控制的设计与实现

孙　可1,2,刘　杰2,王　晨2

(1.沈阳师范大学学报编辑部,沈阳　110034;2.沈阳师范大学科信软件学院,沈阳　110034)

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P LC 作为控制器,与上位机通过PROF IBU S 现场总线技术实现通信。P LC 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。

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

中图分类号:T B657.2 文献标志码:A

doi :10.3969/j .issn .1673-5862.2011.02.021

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治疗与康复的重要因素,有时甚至是主要的治疗方法,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。

1　手术部概况及各单元的特点和需求

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KJ1至KJ10进行编号,其中KJ5和KJ10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

。

图1　手术部概况及新风机组送风范围

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。2　新风机组自动控制的实现

2.1　系统总体设计

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

217第2期 孙　可,等:基于P LC 的洁净手术室净化空调新风机组自动控制的设计与实现