潔凈手術室空調控制系統的設計與實現

李鳳坤

摘 要 空調系統控制質量，是潔凈手術室環境控制的重要一環，也是醫院空調設備技術研究的重點內容。本文結合空調控制系統的設計目標，結合控制硬件與軟件系統控制技術，開展了相關的技術研究。

【關鍵詞】潔凈手術室 空調控制系統 設計與實現

在當前醫療機構的基礎設施建設中，清潔手術室技術發展為醫院各科室獨立手術水平的提高，提供了重要保障。因此醫療機構基建管理與技術研究部門，以提高清潔手術室使用穩定性與安全性為前提，開展了其各項配套技術建設應用研究。其中手術室配套空調設施及其控制系統設計占據了較為重要位置。因此我們針對潔凈手術室空調控制系統，開展了技術設計與實現研究，為潔凈手術室控制質量的提升提供支持。

1 空調系統控制設計目標

在潔凈手術室空調運行過程中，控制系統的作用是在手術進行中，為手術室提供穩定的溫度、濕度、風力控制，并在故障條件下及時進行預警與自動控制、手動控制切換，確保手術室空調系統的正常運行。其主要組成部分包括了以下幾點：用于數據監控、管理與系統控制的可編程邏輯控制器（PLC）；用于數據分析與計算的PID計算控制器；用于進行人工控制的人機交換界面；用于故障報警的報警系統以及用于溫濕度監控的各類監控探頭組成。因此控制系統設計中，我們需要完成以下三個目標。

1.1 準確的溫濕度與風力控制

在潔凈手術室空調控制系統中，我們需要提高檢測探頭對溫濕度以及風道風力檢測準確性，并有效地控制PLC與PID對空調系統的控制質量，將手術室溫濕度與風力控制在一個較為準確的數據范圍內。

1.2 良好的人機控制界面

空調系統一般由自動控制與手動控制兩個控制系統。確保兩種控制方法運行穩定，同時做好自動與手動控制間良好的轉換，就成為了控制系統人機控制界面的重要設計要求。

1.3 確保故障報警系統精確性。

在故障報警中系統必須保證報警信號包括了聲、光等報警形式，可以第一時間起到準確的報警工作，避免漏報或錯報問題的出現。

2 空調控制系統軟硬件設置

在潔凈手術室空調系統技術研究中，其主要的技術研究內容包括了硬件與軟件兩個技術系統。下面分別就這兩個系統開展研究。

2.1 空調控制系統硬件技術分析

2.1.1 控制硬件系統構成

手術室硬件系統包括了空調各類檢測設備、控制主機系統以及空調控制執行元件三個部分。 系統構成中檢測系統包括了溫度、濕度、風道壓力以及電路電流等各類監控設備，用于控制中所需的數據監測工作。控制主機系統由PLC與PID系統組成，用于對監測系統提供的數據進行分析、驗算等工作，并根據數據結果發出控制指令。 而執行元件則是執行控制主機發出的命令，完成空調溫濕度控制、故障管理等各項工作的硬件設備。

2.1.2 硬件系統技術分析

由于我國大部分地區氣候季節特征較為明顯，因此空調控制系統運行模式，在設計中一般都會分為冬夏兩季運行模式。其模式主要是通過送水管水溫確定：水溫>30℃為冬季運行模式，水溫<30℃為夏季運行模式。 而其硬件控制技術也與其運行模式有著重要關系。

（1）冬季運行模式。在這一模式中，其重點在于空調回風風溫度和濕度與控制數據設定之比。如回風穩溫度低于設定數據，主機系統會打開水閥升溫系統，提高手術室溫度；若回風濕度低于設定濕度，則打開加濕器開度，以提高濕度。冬季模式里若回風溫度高于設反之則進行降溫控制。而在濕度控制中，一般在回風濕度低于設定數據的情況下，會采用提高濕度的控制措施。由于回風濕度高于設定數據的情況在冬季較少出現，因此一般不在控制設計中進行體現。

（2）夏季運行模式。這一模式與冬季模式相反，將溫度與濕度降低作為控制的主要措施，因此運行方法與冬季相反設計。

2.2 空調控制系統軟件技術分析

在手術室空調控制系統運行中，軟件系統技術是實現技術控制要求的基礎。因此在PLC與PID軟件設計中，我們需要做好以下設計工作。

2.2.1 PLC系統設計

在空調控制系統應用中，其主要的軟件功能技術包括了以下兩點：

（1）空調控制模式。在PLC系統控制軟件設計中，我們首先需要完成對空調控制模式的設計。在手控系統運行中其控制方法包括了強制和非強制兩種模式。其控制過程首先需要停止并屏蔽自動控制信號。之后非強制控制可以完成一般的空調控制，而強制控制下，技術人員還可以完成回風溫度、回風濕度、回風壓力等數據的人為設定控制，同時完成各種故障報警的人工處理過程。

（2）設備故障控制處理。 除了日常的控制管理外，PLC系統還在運行中負責空調系統各類故障的處理控制。如空調除濕系統出現故障，難以進行有效的降濕處理時，PLC可以及時啟動備用系統，并進行聲光性報警，提醒技術人員及時處理。

2.2.2 PID系統設計

PLC系統對于溫度的控制是由PID系統提供的數據完成，因此PID系統軟件設計質量直接影響了溫濕度控制質量。PID控制器在技術應用中，采用的是比例積分微分控制模式，即通過對PLC提供的數據，通過比例積分微分計算分析，得出數據結果并進行控制的過程。 在空調系統控制中我們采用PID線性控制器，在運行中軟件根據提前設定好的給定值r（t），與經空調檢測設備提供以及PLC分析出的實際輸出值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） ，在經過進一步換算，形成PID系統所得的分析與計算數據，為PLC控制提供數據。如在冬季溫度控制中，PID系統不僅將實時溫度與預定的手術室恒溫溫度進行對比，還可以將手術室溫度以分鐘為單位進行橫向比較分析。在對比中一旦發現其分鐘單位內，室內溫度降低較快，且呈現出一定的規律性，即可分析出空調溫度升溫系統出現問題，進而需要提高室內溫度，同時進行故障預警。之后PID系統會將這一分析結果輸送到PLC系統進行控制處理，完成手術室溫度的自動控制過程。

參考文獻

[1]張隆希.手術室中央空調控制系統的設計[J].機電工程技術，2016（21）.

[2]孫可.基于PLC的醫院潔凈手術室凈化空調自動控制系統的設計與實現[D].沈陽：沈陽師范大學，2011.

作者單位

遼寧省鐵嶺縣中心醫院 遼寧省鐵嶺市 112000