医药工程空气净化智能调控系统控制方案

王浩东，严惠，孔博文

（江苏信息职业技术学院，江苏无锡，214153）

0 引言

对于医疗行业而言，净化工程不仅关系到生产药品的质量，同时也关系到使用者的生命安全[1]，《药品生产质量管理规范》（GMP）对净化空调系统的设计做出了详细的规定[2]。但是由于缺乏有效的工程技术手段，药品质量问题层出不穷,业界期望有一种高校技能可靠实时的智能调控系统的出现，在保证药品生产质量的前提下合理降低系统的运行维护成本[3]。净化空调系统是GMP实施中的关键设施之一，是制药洁净环境的必要保证[4]。医药工程空气智能调控系统可有效快速直观地对医药环境进行监控与处理，提高医药净化系统管理的规范性与实时性，为操作人员提供舒适的环境，减少和防止药品生产过程中对人员的不利影响[5]。因此在工程设计中采取有效的措施来降低能耗，节约能源，已到了刻不容缓的地步。

1 关键指标监控方案

1.1 报警

检测初、中效过滤网压差，超限报警；当送风机缺风时进行报警；房间高效过滤网压差报警，检测房间送风支管过滤网压差，超限报警。

1.2 风速与温湿度控制

（1）排风机连锁：排风机与送风机连锁，启动时先启动送风机延时启动排风机，关闭时相反(其中排风阀和排风机同开同关）。（2）风量控制：以设在送风总管风量发出的信号来控制送风机变频器的频率。（3）新风阀控制：通过监测走廊压差，来控制新风阀相应的开度。（4）送风压力和回风压力监测：监测送风管和回风管压力。（5）温湿度控制：由设置在回风管上温湿度传感器控制水阀和蒸汽段阀门开度以控制房间温湿度恒定。

1.3 设备监控

控制器检测送风机状态（运行状态、故障状态、自动状态），控制启停和输出频率，监测新风温湿度、送风温湿度和房间温湿度，显示重要房间温湿度和风管温湿度数值。

2 调控系统工作模式规划

2.1 正常模式

送风量恒定控制：通过送风管上的风管风量传感器来调节变频器频率,使送风量值达到设计值。

温湿度控制：通过送风总管温湿度调节表冷、蒸汽加热、加湿管路的阀门，通过回风总管温湿度及关键房间温湿度加权平均修正控制，实现系统恒温恒湿控制。

2.2 消毒模式

消毒运行时，有消毒前准备、消毒熏蒸两个阶段。当处于消毒模式时，系统先将控制区域温湿度控制到最佳消毒温湿度，关闭新风阀、无需消毒的各房间送风电动阀以及消毒排风阀，停止排风机，调节送风机频率,当所有消毒区域的门关闭后，开始启动消毒设备进行熏蒸，熏蒸浓度达到并维持一定时间后（时间可手动设定）自动进入正常运行工况。

2.3 值班模式

送风量恒定控制：通过送风管上的风管风量传感器来调节变频器频率,使送风量值达到适宜的设定值。

温湿度控制：通过送风总管温湿度调节表冷、蒸汽加热、加湿管路的阀门，通过回风总管温湿度及关键房间温湿度加权平均修正控制，实现系统恒温恒湿控制。

2.4 停机模式

关闭送、排风机、加热阀、加湿阀、新风阀。

除上述几种运行模式，还有一个特殊的运行过程，就是火灾事故排风过程，这个过程是由消防来完成，空调自控系统参与联动，出现紧急断电，或遇火警、防火阀动作联动停止空调机组。

3 不同环境恒温恒湿控制方案

3.1 高温环境

由设置在回风管上温度传感器控制表冷段水阀开度。如设定温度，当温度高于设定值时水阀开度增大，反之当温度低于设定值时水阀开度关闭。夏季湿度较大，可使用表冷器进行除湿。除湿过程中，导致温度降低则启动蒸汽加热阀门进行补温，实现恒温恒湿。

3.2 低温环境

由设置在回风管上温湿度传感器控制以控制蒸汽加热阀和蒸汽加湿阀开度。如设定温度，当温度高于设定值时蒸汽加热阀关闭，反之当温度低于设定值时蒸汽加热法打开；如设定湿度，当湿度低于设定值时蒸汽加湿阀打开。

4 智能调控系统设计硬件架构与选型

如图1为系统的拓扑结构图，系统主要选用的是ODOTMS205T交换机，通过其为媒介实现上位机、西门子触摸屏、西门子PLC1200三者之间的通讯，必须要保证各终端网段在同一个频道才能进行通讯。

图1 系统拓扑结构图

4.1 控制层选型

结合系统的实时性与数据点数要求，系统选用西门子1200 CPU1214C PLC,其高速输入输出可以很好的满足控制要求，模拟量输入扩展模块选择SM1231AI，模拟量输出扩展模块选择SM1232AQ,同时由于系统的输入信号点数要求为16个点，而CPU1214C PLC图为14点输入，10点输出，因此又配置了输入扩展模块SM1221。

4.2 监控系统选型

上位机界面包括两部分，单体中央空调上位机监控界面设计和系统上位机智能监控界面设计。

单体中央空调上位机监控界面是指自控柜上的触摸屏组态界面设计，如图2所示为主界面，自控柜上的触摸屏实现对中央空调局部单体进行监控，监控室内对的上位机则对整个系统进行监控与操作。触摸屏采用西门子SMART IE700 V3。

图2 AHU-1空调单体主界面系

统上位机智能监控界面是指监控室内的上位机界面，如图3所示为主界面，监控室内上位机选择戴尔品牌的工作站，上位机软件可让工作人员对系统内任何位置的监控点进行状态观察和参数监测，能够远程发出控制指令；也可以在上位机上对相关控制器阀门、监控点温湿度、相关数据库进行编辑调整。

图3 集中控制主界面

4.3 其它元部件选型

在空气净化智能调控系统中需使用电动调节蒸汽阀、空气压差开关、电动开关阀执行器、温湿度变送器等器件。

电动调节蒸汽阀主要有两类，一类型号为SKb62，用于阀门的电动液压执行机构，控制信号：4-20mA，带弹簧复位功能，断电复位；另一类阀体型号为VVF53，阀体口径为DN25-DN150，阀体采用法兰连接连接方式。温湿度传感器主要有风管温湿度变送器EE160、温度变送器EE431、THE110等。

5 结论

本文设计方案目前已提交并投入运行，实现了系统优化运行、本地实时控制、远程系统协调监控，同时减少了空调设备的能量损耗，提高了能源使用效率，项目方案可移植于如纺织行业、电子行业、生物工程等各类净化工程项目中。