洁净手术室空调控制系统设计

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中图分类号：TP273洁净手术室空调控带IJ系统设计余斌高，罗庚合(西安航空技术高等专科学校机械工程系，陕西西安710077)

手术室的空调系统控制，本文分析了洁净手术室空调系统要求，结合洁净手术室的空气处理系统，设计了由蓁i主薹一B1主00994机9212的00n8)￡08二策23二02’实现了洁净手术室空_二二二i园_洁净手术室空调系统控制要求。麓豳豳豳镕圈k豳鬣器；洁净手术室；空调控制；定风量系统●圈瞄■豳圈蠢嘲文献标识码：文章编号：一(一00一———■——●—一

1前言洁净手术室空调系统作为洁净手术室设计、施工中必须严格保证的一个重要环节，建设部的《医院洁净手术部建筑技术规范》对其技术指标提出了具体的要求。洁净手术室空调控制系统除了具有普通空调控制系统的数据量大、模拟量多等特点以外，还有控制因素多和控制精度高等特点。要求使洁净手术室内环境中的温度、湿度、压差和空气洁净度等状态参数均保持在一定的阈值范围内…。对于这种要求，依靠维护人员的手工操作或者传统的继电器控制是根本无法实现的。目前，洁净手术室的空调系统控制有多种方式。除了单片机系统以外，还有数字直接控制(DDC)或集散控制系统(DCS)[2]，而PLC的应用还不是很多。其主要原因是传统上认为PLC适用于逻辑运算、顺序控制领域，不适宜于控制以模拟量为主要处理对象的空调系统。而事实上，随着新型PLC在存储容量和运算能力方面的迅速发展，许多PLC产品在硬件水平大幅提升的同时，模拟量的运算和分析能力也大大增强。从发展趋向来看，PLC系统在运算能力上已经与PC控制系统差别不大，通讯能力也大为提高，加上其固有的可靠性、扩展性和价格优势，必将在空调控制系统中占据重要地位Ⅲ。2洁净手术室空调系统要求根据国家标准的中的相关条文㈣，医院洁净手术室的净化空调系统宜使洁净手术部处于受控状态，应既能保证洁净手术部整体控制，又能使各洁净手术室灵活使用。从空调控制系统分布上，洁净手术室应与辅助用房分开设置收稿日期：2008—02—25净化空调系统；I、Ⅱ级洁净手术室应每间采用独立净化空调系统，Ⅲ、Ⅳ级洁净手术室可2～3间合用一个系统；新风可采用集中系统。各手术室应设置独立排风系统。有条件时，可在送、回、新、排风各系统上采用定风量装置。从控制要求上，除了尘粒和浮游菌浓度等要求以外，还要求净化空调系统能够保证手术室内的温度可在22～25℃范围内调节；I、Ⅱ级手术室相对湿度定在40％～60％，而Ⅲ、Ⅳ级手术室可放宽到35％～60％。对I级、Ⅱ～Ⅲ级和Ⅳ级手术室的最小新风量分别定为1000m3／h、800m3／h和600m3／h，相邻洁净级别房问的运行压差平均可取8Pa，以保证洁净要求。3洁净手术室的空气处理系统设计根据上述的规范要求，洁净手术室空气处理系统采用定风量系统，由集中新风系统(提供多个手术室的空调用新风)、手术室一拖一空调系统(高洁净度级别手术室专用的空调机组，处理单个房间空气)、手术室一拖二空调系统(低洁净度级别手术室适用的空调机组，处理两个房间空气)和辅房空调系统(处理辅助用房空气的空调机组)组成。新风机组的空调系统由新风阀、电加热器、初效过滤器、新风送风机组、中效过滤器、表冷器和加热器等构成。手术室一拖一的空调系统由入口定风量阀、亚高效过滤器、循环风机、中效过滤器、表冷器、加湿器、加热器、排风中效过滤器、排风机和回风阀等构成。手术室一拖二空调系统与一拖一系统基本类似，不同的是由于增加了一个手术室的空调控制，因此增加了一套对于手术房间压力检测的门控开关、微差压传感器、排风中效过滤器维普资讯 http://www.cqvip.com 技术　和排风机。辅房的空调系统由初效过滤器、定风艟阀、循　环风机、ｒ｛ｌ效过滤器、表冷器、加湿器和加热器等构成。　４控制系统设计　洁净手术楼的每个褛层设　化计算机一台，作为总监　控站。上位计算机建立设备运行历史参数和实时参数的数　据库，设置医护人员界面和检修人员界而。利用医护人员　界面，医护人员能随时监控各个手术拳信息以便及时处　理；利用检修人员界面，榆修人员可依据设备运行历史参　数，对空调控制参数进行优化调帑。上位计算机还可作为　以太网接人设备，便于远程监控：　每个手术宰设情报面板一个，用以集中监控手术相关　设备运行状态，便于手术室人员及时根据情况随时渊整。　实现了医用气体压力检测、手术设备绝缘电阻检测、内／　外线呼叫与接收、防火报警、空凋起／停控制　运行参数　修改、手术时间及麻醉时问显示等内容的监控。情报而板　采用双单片机系统，其中一个ＣＰＵ集『ｆｌ处理与不同没备的　通讯数据，定时扫描并响应按键状态，调整设定参数。另　一个ＣＰＵ专门完成背景音乐、广播呼叫等其余功能。为便　于手术室医护人员根据手术要求调整于术审空凋没定值，　设定手术室情报面板具有最高优先级：　空调机组的起／停、运行和空气的处理过程控制由　ＰＬＣ实现，利用ＰＬＣ的串口实现其与情报面板和上位机的　通讯。各楼层空调控制系统结构如图１所示。　５空调机组控制策略　每套空调机组均配一台ＰＬＣ直接控制，通过起动按　钮、停止按钮和转换按钮可实现就地控制和自动控制模　式。就地控制模式时，空调机组各设备响应相应按钮的状　上位控制计算机　

手术室情报面板ｆｌ　ｆ手术室情报面板　医用　气体　巡回　检测　仪　

医用气站　绝　缘　电　阻　测　试　仪　绝　缘　电　阻　测　试　仪　新　风　机　组　控　制　新　风　空　调　机　组　图１　各楼层洁净　调控制系统结构图　念变化而进行起、停运行，主要用于设备调试或ＰＬＣ出现　故障时应急使用。自动控制模式为正常使用模式，以手术　室空调机组控制ＰＬＣ为例，其工作过程描述如下。　ＰＬＣ控制系统上电后，首次扫描先初始化参数，按照　设定的温度、相对湿度、压差及控制精度计算绝对湿含　量、温度和压羞的控制范围，检测按钮状态后进人开机控　制，实现空调机组各个设备的顺序启动。冉根据手术事与　审外的压差挎制排风机的运行，保持手术室的压差要求。　在空调机组正常运行一段时间后，采集各传感器信　号，并计算予术室空气的实际绝对湿含量。如果手术室空　气的绝对湿含量大于绝对湿含量控制范围上限，则进入除　湿模式。先全开表冷器冷水电动阀，当表冷器后的空气温　度达到露点温度时，再以露点温度为控制目标，以ＰＩＤ控　制规律调节表冷器的冷水电动阀的开度，直至手术室空气　的绝对湿含量低于绝对湿含量控制范围下限。同时以设定　温度为控制目标，以ＰＩＤ控制规律调节加热器热水电动阀　开度，使于术室牵气温度达到设定温度。　如果手术率空气的绝对湿含越小于绝对湿含量控制范　下限，则进人加湿模式。先全开加湿器蒸汽电动阀，当　手术室空气的绝对湿含量不小于绝对湿含量控制范围下限　时，以没定湿度为控制日标，以ＰＩＤ控制规律加湿器蒸汽　电动阀开度，直至手术室空气绝对湿含碹大于绝对湿含量　控制范围ｆ：限。同时调用调温子程序段，使手术室空气温　度达到设定温度。　如果手术室空气的绝对湿含量处于绝对湿含量控制范　围之内，同时除湿模式和加湿模式均不运行，则进入调温　模式。如果回风口空气温度小于温度控制区下限，则进入　升温模式。先全关表冷器冷水电动阀，如果在一段时间内　手术室空气温度升至温度控制区下限，则以设定温度为控　制目标，以ＰＩＤ控制规律调节表冷器冷水电动阀开度，直　至手术室空气温度大于温度控制区上限；如果在～段时间　内手术室空气温度未升至温度控制区下限，则全开加热器　热水电动阀，使手术室空气温度升至温度控制区下限，再　以设定温度为控制目标，以ＰＩＤ控制规律调节加热器热水　电动阀开度，直至空气温度大于温度控制区上限。如果手　术室空气温度大于温度控制区上限，则进入降温模式：先　全关加热器热水电动阀，如果在一段时间内手术室空气温　度降至温度控制区上限，则以设定温度为控制目标，以　ＰＩＤ控制规律调节加热器热水电动阀开度，直至手术室空　气温发小于温度控制区下限；如果在一段时间内手术室空　气温度未降至温度控制区上限，则全开表冷器冷水电动　阀，使手术窀空气温度降至温度控制区上限，再以设定温　度为控制日标，以ＰＩＤ控制规律调节表冷器冷水电动阀开　度，直至手术室空气温度小于温度控制区下限。　集中新风系统不设加湿装置，不进行出风压力控制，　其主要任务是温度和除湿控制。辅房的空调系统除控制精　度要求略低外，控制方法和手术室空调控制完全一样。　（下转第１０９页）　［二］　Ⅱ］　辅房机组控制空

空维普资讯 http://www.cqvip.com 塞　

表１　某空调器模拟环境下各参数对应关系　

稳定正常运行，设实际检测的感温包温度为　１，而设计值　为　，则　１一　＝△　，当△　超过某设定值时，控制外电　机电压降低或升高，实现电机转速的降低或升高，使　１　逐步达到　，控制的最终结果是要使得△　值趋向于零　（该例感温包设计温度为１℃）。　４结论　１）要实现低温下的制冷，较便捷的方式是通过调整　室外换热风扇转速。　２）实现低温下的制冷要考虑到检测元件的灵敏度，　要保持反馈和指令控制的一致性。　３）在一定低温下，外风机降速，室内蒸发温度上升，　系统压力升高，容易出现高压现象。　

；　出　墨　温度电压曲线　一一　厂　／　＿　

一５－３－１　１　３　５　７　９　１１　１３　１５　１７　１９　２１　２３　２５　２７　外环境温度（℃）　图４　低温制冷环境各温度与控制后电机电压对应图　４）在一定低温下，外风机升速，内蒸发温度下降，　系统压力变低，室内易出现结冰现象。　参考文献：　［１］清华大学，等．空气调节［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版　社，２０００．　［２］ＧＢ／Ｔ　７７２５—２００４，房间空气调节器［Ｓ］　．　第一作者简介：王铭坤，男，１９７９年生，广西梧州人，大学本　科，助理工程师。研究领域：空调技术。　（编辑：向　飞）　

、　（上接第２４页）　６　ＰＬＣ程序设计　各空调机组的ＰＬＣ程序设计均由主控制程序和若干　子程序组成。子程序包括空调机组的顺序控制、ＰＬＣ控　制数据的初始化设置、手术室空气绝对湿度的计算、通　讯数据的处理和组织、除湿度、调温度、加湿度、表冷　器冷水电动阀控制、加热器热水电动阀控制、加湿器蒸　汽电动阀控制及通讯中断等子程序。主控制程序根据按　钮状态和输入信号的变化有选择的调用各个子程序完成　对空调机组的控制，实现手术室的温度、湿度和压差的　调节。通过中端子程序实现ＰＬＣ和手术室情报面板和上　位机的数据传输。　７结论　经过调试，所设计的洁净手术室空调控制系统实现了　温度、湿度和压差的解耦控制，达到了手术室的控制精度　要求，能满足洁净手术室的控制要求。　参考文献：　［１］黄高飞，逢增志．洁净空调与民用空调比较［Ｊ］．医药工程　设计，１９９８（２）：３２—３５．　［２］杨守权．建筑自动化在工业建筑中的应用［Ｊ］．工程设计　ＣＡＤ与智能建筑，２００２（６）：３３—３４．　［３］陈剑波，金传曼，郭永尚、可编程控制器在洁净空调自动控　制系统中的应用［Ｊ］、上海理工大学学报，２００３，２５（２）：　１２５—１２９．　［４］ＧＢ　５０３３３－２００２，医院洁净手术部建筑技术规范［Ｓ］、　第一作者简介：余斌高，男，１９７３年生，陕西西安人，硕士。助　讲。研究领域：数控技术，自动控制，ＰＬＣ应用。　（编辑：昊智恒）　∞们加∞∞∞们加