洁净手术室空调控制系统的设计与实现

李凤坤

摘 要 空调系统控制质量，是洁净手术室环境控制的重要一环，也是医院空调设备技术研究的重点内容。本文结合空调控制系统的设计目标，结合控制硬件与软件系统控制技术，开展了相关的技术研究。

【关键词】洁净手术室 空调控制系统 设计与实现

在当前医疗机构的基础设施建设中，清洁手术室技术发展为医院各科室独立手术水平的提高，提供了重要保障。因此医疗机构基建管理与技术研究部门，以提高清洁手术室使用稳定性与安全性为前提，开展了其各项配套技术建设应用研究。其中手术室配套空调设施及其控制系统设计占据了较为重要位置。因此我们针对洁净手术室空调控制系统，开展了技术设计与实现研究，为洁净手术室控制质量的提升提供支持。

1 空调系统控制设计目标

在洁净手术室空调运行过程中，控制系统的作用是在手术进行中，为手术室提供稳定的温度、湿度、风力控制，并在故障条件下及时进行预警与自动控制、手动控制切换，确保手术室空调系统的正常运行。其主要组成部分包括了以下几点：用于数据监控、管理与系统控制的可编程逻辑控制器（PLC）；用于数据分析与计算的PID计算控制器；用于进行人工控制的人机交换界面；用于故障报警的报警系统以及用于温湿度监控的各类监控探头组成。因此控制系统设计中，我们需要完成以下三个目标。

1.1 准确的温湿度与风力控制

在洁净手术室空调控制系统中，我们需要提高检测探头对温湿度以及风道风力检测准确性，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力控制在一个较为准确的数据范围内。

1.2 良好的人机控制界面

空调系统一般由自动控制与手动控制两个控制系统。确保两种控制方法运行稳定，同时做好自动与手动控制间良好的转换，就成为了控制系统人机控制界面的重要设计要求。

1.3 确保故障报警系统精确性。

在故障报警中系统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，避免漏报或错报问题的出现。

2 空调控制系统软硬件设置

在洁净手术室空调系统技术研究中，其主要的技术研究内容包括了硬件与软件两个技术系统。下面分别就这两个系统开展研究。

2.1 空调控制系统硬件技术分析

2.1.1 控制硬件系统构成

手术室硬件系统包括了空调各类检测设备、控制主机系统以及空调控制执行元件三个部分。 系统构成中检测系统包括了温度、湿度、风道压力以及电路电流等各类监控设备，用于控制中所需的数据监测工作。控制主机系统由PLC与PID系统组成，用于对监测系统提供的数据进行分析、验算等工作，并根据数据结果发出控制指令。 而执行元件则是执行控制主机发出的命令，完成空调温湿度控制、故障管理等各项工作的硬件设备。

2.1.2 硬件系统技术分析

由于我国大部分地区气候季节特征较为明显，因此空调控制系统运行模式，在设计中一般都会分为冬夏两季运行模式。其模式主要是通过送水管水温确定：水温>30℃为冬季运行模式，水温<30℃为夏季运行模式。 而其硬件控制技术也与其运行模式有着重要关系。

（1）冬季运行模式。在这一模式中，其重点在于空调回风风温度和湿度与控制数据设定之比。如回风稳温度低于设定数据，主机系统会打开水阀升温系统，提高手术室温度；若回风湿度低于设定湿度，则打开加湿器开度，以提高湿度。冬季模式里若回风温度高于设反之则进行降温控制。而在湿度控制中，一般在回风湿度低于设定数据的情况下，会采用提高湿度的控制措施。由于回风湿度高于设定数据的情况在冬季较少出现，因此一般不在控制设计中进行体现。

（2）夏季运行模式。这一模式与冬季模式相反，将温度与湿度降低作为控制的主要措施，因此运行方法与冬季相反设计。

2.2 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。

2.2.1 PLC系统设计

在空调控制系统应用中，其主要的软件功能技术包括了以下两点：

（1）空调控制模式。在PLC系统控制软件设计中，我们首先需要完成对空调控制模式的设计。在手控系统运行中其控制方法包括了强制和非强制两种模式。其控制过程首先需要停止并屏蔽自动控制信号。之后非强制控制可以完成一般的空调控制，而强制控制下，技术人员还可以完成回风温度、回风湿度、回风压力等数据的人為设定控制，同时完成各种故障报警的人工处理过程。

（2）设备故障控制处理。 除了日常的控制管理外，PLC系统还在运行中负责空调系统各类故障的处理控制。如空调除湿系统出现故障，难以进行有效的降湿处理时，PLC可以及时启动备用系统，并进行声光性报警，提醒技术人员及时处理。

2.2.2 PID系统设计

PLC系统对于温度的控制是由PID系统提供的数据完成，因此PID系统软件设计质量直接影响了温湿度控制质量。PID控制器在技术应用中，采用的是比例积分微分控制模式，即通过对PLC提供的数据，通过比例积分微分计算分析，得出数据结果并进行控制的过程。 在空调系统控制中我们采用PID线性控制器，在运行中软件根据提前设定好的给定值r（t），与经空调检测设备提供以及PLC分析出的实际输出值y（t），利用公式 e（t）=r（t）一y（t） 求得控制所需的控制偏差e（t） ，在经过进一步换算，形成PID系统所得的分析与计算数据，为PLC控制提供数据。如在冬季温度控制中，PID系统不仅将实时温度与预定的手术室恒温温度进行对比，还可以将手术室温度以分钟为单位进行横向比较分析。在对比中一旦发现其分钟单位内，室内温度降低较快，且呈现出一定的规律性，即可分析出空调温度升温系统出现问题，进而需要提高室内温度，同时进行故障预警。之后PID系统会将这一分析结果输送到PLC系统进行控制处理，完成手术室温度的自动控制过程。

参考文献

[1]张隆希.手术室中央空调控制系统的设计[J].机电工程技术，2016（21）.

[2]孙可.基于PLC的医院洁净手术室净化空调自动控制系统的设计与实现[D].沈阳：沈阳师范大学，2011.

作者单位

辽宁省铁岭县中心医院 辽宁省铁岭市 112000