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

刘佳毅

摘 要： 随着我国经济水平的提升，医院的硬件配备水平也呈现日益上升的趋势。在众多医院硬件设施当中，空调对于患者的康复与治疗有着更为直接的联系。其中，手术室作为医院的核心区域，提升该区域净化空调自动控制系统的设计水平对于降低术中感染有着至关重要的作用。鉴于此，本文首先以介绍净化空调系统的模式为切入点，阐述手术室空气处理的基本方式，对洁净手术室净化空调自动控制系统的设计与实现进行探究，以供专业人士借鉴与参考。

关键词： 洁净手术室；净化空调；自动控制系统；设计

为使手术室中环境符合手术的要求，需要使用净化空调来调节室内湿度与温度，并且过滤手术室中的空气，从而使得手术室中环境达到洁净的程度。此外，为确保手术室中压力为正压状态，同样需要使用净化空调对其进行调节，从而将污染物隔离在室外，保证手术室处于无菌且洁净的状态，最大限度的避免术后感染情况的发生，同时也可提升手术过程中医护人员的舒适度，从而提升手术效率。

一、净化空调系统的模式

净化空调控制系统包括空气净化系统和自动控制系统，空气净化系统主要由空气过滤器、循环风机、表冷器、加热加湿装置等基本设备组成，通过设置粗效、中效和高效过滤器的三级过滤装置来实现对空气的净化处理，表冷器、加热加湿装置用来调节空气的温度和湿度，循环风机的作用是使空气运动起来而形成风自动控制系统包括各种温度、湿度传感器，压力变送器，温控阀门執行器，送风、排风调节阀，控制器和监控设备等。

二、手术室空气处理的基本方式

医院建筑需要大量新鲜、洁净的空气来稀释有害气体，满足人体卫生需求并补偿室内的排风。通风方式可以采用机械送风与自然排风相结合的方式、机械排风与自然补风结合的方式和同时使用机械进行送风和排风等方式。一般医院是将通风系统和空调系统结合起来实现室内良好的空气品质的。医院的空气调节和一般建筑物的空气调节是不同的，它更注重空气的净化和无菌、建筑物内的气流流向和风速、保证医疗上需要的温湿度等方面。具体的空气处理方式有空调机组循环方式，如图所示有一次回风的室内循环机组与空调机组并用方式，如图所示新风承担全部热湿负荷的室内循环机组与空调机组并用方式，如图所示新风机组与风机盘管室内循环机组并用方式，如图1所示。

医院洁净手术部净化空调系统应做到既实现对整个手术部的统一控制，又能方便对各手术室灵活管理。一般遵循以下设计原则：洁净手术室的净化空调系统应与其辅助用房的空调系统分开设置，采用独立的净化空调系统对每个级洁净手术室和级洁净手术室进行空气处理级，洁净手术室和级洁净手术室可以多间手术室公用一个空调系统。但是净化空调系统的新风可以采用集中处理，也可以各系统单独处理，形成各个完全独立的系统。

三、洁净手术室净化空调自动控制系统的设计与实现

1、系统的整体设计

手术部位于医院综合楼的第5层，由手术室及其辅助用房和医生护士办公区组成。手术室分别是是百级手术室、眼科手术室、个腔镜手术室、骨科手术室、产科手术室、正负压手术室和个普外手术室，根据国家标准规范的实际要求，各手术室设计级别及具体控制指标如表1所示。

2、自动控制系统的整体结构

控制系统釆用工控机（Industrial Personal Computer，IPCH可编程控制器（Programmable controller，PLC）+现场总线的形式组成了控制系统，实现洁净手术室净化空调系统的自动 控制。系统整体结构图如图2所示。

从图2可以清楚的看出控制系统的拓扑结构，系统由上位机工控机、风机机组及现场的各种传感器和执行器组成。系统以上位机为核心，通过现场总线将上位机和连接起来，采用的是传输技术，定期从现场传感器采集数据，再通过现场总线将数据传输到上位机中，并将其显示出来。上位机发出的控制信息通过现场总线传至，根据上位机的控制信号进行调节，并将信号传至现场执行器，实现对现场设备的驱动。

3、系统的控制方式

控制系统使用现场总线将上位机和下位机连接起来，使用传输协议和传输技术实现控制器与现场设备和上位机之间数据通信。其中上位机选用的是工控机，下位机选用的是西门子，现场设备是各种传感器、变送器和执行器等。现场控制单元直接与被控对象联系，可以独立实现现场信号的采集及对现场设备的控制等功能。现场控制单元一般安装在工业控制现场，接收上一级监控站发送来的控制命令，并将本地的状态和采集到的数据传送至上位机，在上位机不进行干预的情况下，现场控制单元可根据各自事先设定好的参数进行各种运算，控制输出实现单独对设备进行控制空调机组的控制策略。

对于全年运行的空调系统，需要充分考虑到季节变化对系统运行的影响，根据室内外不同的热、湿条件，确定不同的运行工况，以多工况的方式运行。主要目的是为了充分利用新风和回风的热湿负荷，尽量减少制冷机、加热器和加湿器运行时间，达到节能的目的。面对这样一个多工况系统进行监控和控制，不仅需要根据相关参数确定工况转换的时机，在转换时切换运行设备，还要相应改变控制参数的数值，以及执行机构的动作方向。

4、报警系统

故障报警是对风机进行缺风保护、检测变频故障等，检测风机和过滤器两端压差值对风机运行状态和过滤器堵塞情况进行监测，当被检测对象出现异常时，系统显示报警信息。工作人员根据提示的报警信息对系统进行维护。其中缺风保护报警是通过设在风机处的压差变送器测得的压差值进行判断，如果风机两端压差值不在设定范围内，说明风机运行出现故障，则显示报警信息。

四、结语

综上所述，随着我国医疗硬件水平的提升，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逐渐引起全社会的关注，本文所设计的净化空调自动控制系统可以有效的实现洁净手术室的目的，所以具备一定应用潜力。相信随着未来PLC 技术的发展，手术室净化空调自动控制系统的设计将会更加科学与合理，进而推动我国医用空调行业更为快速的发展。■

参考文献

[1] 齐研.某洁净手术部净化空调自控系统设计[J]. 硅谷. 2010（09）

[2] 张国铭，朱劲.洁净手术室空调控制系统的设计与实现[J]. 现代电子技术. 2009（01）