醫(yī)藥工程空氣凈化智能調(diào)控系統(tǒng)控制方案

張磊

摘 要：本文設(shè)計(jì)方案目前已提交并投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、本地實(shí)時(shí)控制、遠(yuǎn)程系統(tǒng)協(xié)調(diào)監(jiān)控，同時(shí)減少了空調(diào)設(shè)備的能量損耗，提高了能源使用效率，項(xiàng)目方案可移植于如紡織行業(yè)、電子行業(yè)、生物工程等各類凈化工程項(xiàng)目中。

關(guān)鍵詞：醫(yī)藥工程;空氣凈化智能調(diào)控系統(tǒng);控制方案

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，改變現(xiàn)有室內(nèi)空氣凈化器的功能與結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一款兼具室內(nèi)空氣感知與凈化功能的儀器越來(lái)越重要。智能化的空氣凈化器不僅能過(guò)濾空氣中對(duì)人體有害的物質(zhì)，還可以對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估。

1關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控方案

1.1報(bào)警

檢測(cè)初、中效過(guò)濾網(wǎng)壓差，超限報(bào)警;當(dāng)送風(fēng)機(jī)缺風(fēng)時(shí)進(jìn)行報(bào)警;房間高效過(guò)濾網(wǎng)壓差報(bào)警，檢測(cè)房間送風(fēng)支管過(guò)濾網(wǎng)壓差，超限報(bào)警。

1.2風(fēng)速與溫濕度控制

（1）排風(fēng)機(jī)連鎖：排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)連鎖，啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)延時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)，關(guān)閉時(shí)相反（其中排風(fēng)閥和排風(fēng)機(jī)同開(kāi)同關(guān)）。（2）風(fēng)量控制：以設(shè)在送風(fēng)總管風(fēng)量發(fā)出的信號(hào)來(lái)控制送風(fēng)機(jī)變頻器的頻率。（3）新風(fēng)閥控制：通過(guò)監(jiān)測(cè)走廊壓差，來(lái)控制新風(fēng)閥相應(yīng)的開(kāi)度。（4）送風(fēng)壓力和回風(fēng)壓力監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)送風(fēng)管和回風(fēng)管壓力。（5）溫濕度控制：由設(shè)置在回風(fēng)管上溫濕度傳感器控制水閥和蒸汽段閥門開(kāi)度以控制房間溫濕度恒定。

1.3設(shè)備監(jiān)控

控制器檢測(cè)送風(fēng)機(jī)狀態(tài)（運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、自動(dòng)狀態(tài)），控制啟停和輸出頻率，監(jiān)測(cè)新風(fēng)溫濕度、送風(fēng)溫濕度和房間溫濕度，顯示重要房間溫濕度和風(fēng)管溫濕度數(shù)值。

2調(diào)控系統(tǒng)工作模式規(guī)劃

2.1正常模式

送風(fēng)量恒定控制：通過(guò)送風(fēng)管上的風(fēng)管風(fēng)量傳感器來(lái)調(diào)節(jié)變頻器頻率，使送風(fēng)量值達(dá)到設(shè)計(jì)值。

溫濕度控制：通過(guò)送風(fēng)總管溫濕度調(diào)節(jié)表冷、蒸汽加熱、加濕管路的閥門，通過(guò)回風(fēng)總管溫濕度及關(guān)鍵房間溫濕度加權(quán)平均修正控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒溫恒濕控制。

2.2消毒模式

消毒運(yùn)行時(shí)，有消毒前準(zhǔn)備、消毒熏蒸兩個(gè)階段。當(dāng)處于消毒模式時(shí)，系統(tǒng)先將控制區(qū)域溫濕度控制到最佳消毒溫濕度，關(guān)閉新風(fēng)閥、無(wú)需消毒的各房間送風(fēng)電動(dòng)閥以及消毒排風(fēng)閥，停止排風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)頻率，當(dāng)所有消毒區(qū)域的門關(guān)閉后，開(kāi)始啟動(dòng)消毒設(shè)備進(jìn)行熏蒸，熏蒸濃度達(dá)到并維持一定時(shí)間后（時(shí)間可手動(dòng)設(shè)定）自動(dòng)進(jìn)入正常運(yùn)行工況。

2.3值班模式

送風(fēng)量恒定控制：通過(guò)送風(fēng)管上的風(fēng)管風(fēng)量傳感器來(lái)調(diào)節(jié)變頻器頻率，使送風(fēng)量值達(dá)到適宜的設(shè)定值。

溫濕度控制：通過(guò)送風(fēng)總管溫濕度調(diào)節(jié)表冷、蒸汽加熱、加濕管路的閥門，通過(guò)回風(fēng)總管溫濕度及關(guān)鍵房間溫濕度加權(quán)平均修正控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒溫恒濕控制。

2.4停機(jī)模式

關(guān)閉送、排風(fēng)機(jī)、加熱閥、加濕閥、新風(fēng)閥。

除上述幾種運(yùn)行模式，還有一個(gè)特殊的運(yùn)行過(guò)程，就是火災(zāi)事故排風(fēng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是由消防來(lái)完成，空調(diào)自控系統(tǒng)參與聯(lián)動(dòng)，出現(xiàn)緊急斷電，或遇火警、防火閥動(dòng)作聯(lián)動(dòng)停止空調(diào)機(jī)組。

3不同環(huán)境恒溫恒濕控制方案

3.1高溫環(huán)境

由設(shè)置在回風(fēng)管上溫度傳感器控制表冷段水閥開(kāi)度。如設(shè)定溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)水閥開(kāi)度增大，反之當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)水閥開(kāi)度關(guān)閉。夏季濕度較大，可使用表冷器進(jìn)行除濕。除濕過(guò)程中，導(dǎo)致溫度降低則啟動(dòng)蒸汽加熱閥門進(jìn)行補(bǔ)溫，實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕。

3.2低溫環(huán)境

由設(shè)置在回風(fēng)管上溫濕度傳感器控制以控制蒸汽加熱閥和蒸汽加濕閥開(kāi)度。如設(shè)定溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)蒸汽加熱閥關(guān)閉，反之當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)蒸汽加熱法打開(kāi);如設(shè)定濕度，當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)蒸汽加濕閥打開(kāi)。

4智能調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件架構(gòu)與選型

4.1控制層選型

結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)要求，系統(tǒng)選用西門子1200CPU1214CPLC，其高速輸入輸出可以很好的滿足控制要求，模擬量輸入擴(kuò)展模塊選擇SM1231AI，模擬量輸出擴(kuò)展模塊選擇SM1232AQ，同時(shí)由于系統(tǒng)的輸入信號(hào)點(diǎn)數(shù)要求為16個(gè)點(diǎn)，而CPU1214CPLC圖為14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出，因此又配置了輸入擴(kuò)展模塊SM1221。

4.2監(jiān)控系統(tǒng)選型

上位機(jī)界面包括兩部分，單體中央空調(diào)上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)和系統(tǒng)上位機(jī)智能監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。

單體中央空調(diào)上位機(jī)監(jiān)控界面是指自控柜上的觸摸屏組態(tài)界面設(shè)計(jì)，如圖2所示為主界面，自控柜上的觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)中央空調(diào)局部單體進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控室內(nèi)對(duì)的上位機(jī)則對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與操作。觸摸屏采用西門子SMARTIE700V3。

統(tǒng)上位機(jī)智能監(jiān)控界面是指監(jiān)控室內(nèi)的上位機(jī)界面，如圖3所示為主界面，監(jiān)控室內(nèi)上位機(jī)選擇戴爾品牌的工作站，上位機(jī)軟件可讓工作人員對(duì)系統(tǒng)內(nèi)任何位置的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)觀察和參數(shù)監(jiān)測(cè)，能夠遠(yuǎn)程發(fā)出控制指令;也可以在上位機(jī)上對(duì)相關(guān)控制器閥門、監(jiān)控點(diǎn)溫濕度、相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編輯調(diào)整。

4.3其它元部件選型

在空氣凈化智能調(diào)控系統(tǒng)中需使用電動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽閥、空氣壓差開(kāi)關(guān)、電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥執(zhí)行器、溫濕度變送器等器件。

電動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽閥主要有兩類，一類型號(hào)為SKb62，用于閥門的電動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制信號(hào)：4-20mA，帶彈簧復(fù)位功能，斷電復(fù)位;另一類閥體型號(hào)為VVF53，閥體口徑為DN25-DN150，閥體采用法蘭連接連接方式。溫濕度傳感器主要有風(fēng)管溫濕度變送器EE160、溫度變送器EE431、THE110等。

5系統(tǒng)測(cè)試

設(shè)計(jì)完成后，對(duì)空氣凈化器進(jìn)行了功能測(cè)試，包括凈化器控制軟件工作是否正常、空氣凈化器的風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況、空氣質(zhì)量傳感器數(shù)據(jù)的采集、ZigBee無(wú)線數(shù)據(jù)的上傳、手機(jī)APP數(shù)據(jù)的顯示以及LED液晶的觸摸控制與顯示等。測(cè)試設(shè)定在30m2左右的實(shí)驗(yàn)室，室內(nèi)環(huán)境為室溫20℃和濕度21%。實(shí)驗(yàn)時(shí)將空氣凈化器放置在實(shí)驗(yàn)室的中間位置，當(dāng)空氣凈化器風(fēng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)可以使室內(nèi)空氣的擁有良好循環(huán)。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行24h的封閉，使實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)保持一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境。

結(jié)語(yǔ)

醫(yī)藥工程空氣智能調(diào)控系統(tǒng)可有效快速直觀地對(duì)醫(yī)藥環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控與處理，提高醫(yī)藥凈化系統(tǒng)管理的規(guī)范性與實(shí)時(shí)性，為操作人員提供舒適的環(huán)境，減少和防止藥品生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人員的不利影響。因此在工程設(shè)計(jì)中采取有效的措施來(lái)降低能耗，節(jié)約能源，已到了刻不容緩的地步。

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