狂犬疫苗自动恒温控制系统设计与实现

李洋

摘要：本文阐述了狂犬疫苗恒温室的设计方案。控制系统利用KWY-A温控器来实现PID高精度温度三段式控制，采用模糊算法，优化控制系统，不但实现了必要的声光报警而且具有温控参数及其测温数据的显示功能。

关键词：狂犬疫苗；KWY-A温控器；PID；模糊控制

中图分类号：TP273

文献标识码：A

文章编号：1671-1580（2017）12-0175-03

狂犬病毒严重威胁着人类的健康，狂犬病一旦发病，死亡率几乎100%，全球每年由狂犬病毒引起-的死亡人数约5万多例。目前狂犬疫苗是抵御狂犬病毒的最有效的手段，从细胞培养和病毒繁殖对环境的要求来看，为保证狂犬疫苗的毒力，稳定适宜的温度环境是必须的，否则将导致细胞培养和发育不一致，病变时间相差太大。所以如何保证狂犬疫苗制剂的质量要求，恒温室温度自动控制系统的设计至关重要。

一、恒温室控制要求

本项目狂犬疫苗生产车间恒温室控制要求控温精度为0.5℃，控温曲线可调可控，升温速率可调节。控温方式采用高精度PID调节器，使用模糊控制原理对调节器进行参数整定。本项目涉及到的主要有三个控制间，分别用于烘干、检定和培养疫苗。

（一）检定区

检定区房间面积约9平米，温度控制33℃，需有降温控制，降温时不影响房间内温度变化，避免因降温使房间内温度迅速下降，加温、降温同时工作。

（二）疫苗培养间

疫苗培养间房间面积26平米，温度控制37℃。

（三）烘干房间

烘干房间面积约40平米，房间整体温度达到45℃，湿度不大于60%，房间进行排风，排风同时维持房间内压差平衡。（用于烘干）

二、恒温室温度自动控制系统的设计

（一）恒温室温度自动控制系统的整体设计方案

本项目的温度控制系统是基于KWY-A温度控制器实现的。恒温室温度自动控制系统的整体设计方案，如图1所示。

系统中核心部件是KWY-A温控器，温度的控制主要由它来完成。可以在温度控制器上设定要求的温度参数，由温度传感器采集恒温室均匀温度，系统把传感器信息反馈到温度控制器上，由温度控制器，输送命令到各个执行器，调节升温加热速率，采用渐进方式控制，有效防止虚值温度上冲。

控温曲线分三段控制，最大限度避免控制过程对恒温室运行的稳定性带来影响。控制电加热的加热量，通过控制冷媒流量，调节恒温室温度过高时降温速率，通过精控、精调有效避免加热、制冷同时工作。该系统的升温加热、降温控制为同一台温度控制器控制，避免两套控制系统间产生的误差。

温度采集点在房间的顶板正中下20cm位置。由于房间较大，为了使房间的温度均匀，更好地控制温度恒定，选用德国施乐百循环风机。经过计算，检定区恒温室循环风机额定风量1000m³/h，全压850Pa，功率为1.1kW，电加热量为4kW，电加热功率5kW；疫苗培养间循环风机额定风量1500～2500m³/h，机外余压600Pa，功率1.1kW，电加热量12kW，电加热功率15kW。烘干间循环风机额定风量为2500～3500m³/h，机外余压600Pa，功率为2.2kW，电加热量为22kW，电加热功率为24kW。同时，在出风口位置加装散流板，使热空气在房间内形成乱流，从而保证室内气流的均匀性得到有效保证。

（二）KWY-A溫控器

KWY-A温控器是采用PID调节的高精度温控仪表，运用模糊控制实现自整定方式，采用热电阻PT100做感温元件，测量范围为0～59.9℃；采样周期为1s；有三路相同的周波过零可控硅触发控制输出。同时显示采集温度和控制输出值；温度显示分辨度0.1℃；其控温曲线分三段，升温速率可调节；恒温控制精度好于±0.5℃；KWY-A温控器设有温度下限偏差报警、上限偏差报警和切断加热主回路电源报警、温度采集故障报警、上电控制参数自检故障报警。报警方式为面板状态灯指示、灯光和声音报警信号输出。

KWY-A温控器采取的相应的安全措施有：

故障危及安全时关断自动控制方式下的可控硅触发输出；

故障危及安全时输出切断加热主回路电源信号；

出现温度采集故障时关断自动控制方式下的可控硅触发输出；

双看门狗功能。

KWY-A温度控制器包括控制器面板、输入/输出接线后板和控制主板三部分组成。

1.控制器面板

控制器面板如图2所示。面板上排数码管为绿色，通常用于显示测量温度，在设置参数时，则用于显示参数代码和参数值，当温度采集有故障时，还用于显示故障信息。面板下排数码管为红色，用于显示自动或手动的控制输出值。

面板上有P/M、RL、RH、RU、RP五个指示灯，除P/M为红绿双色外，其余皆为红色。RL灯亮表示下限温度报警。RH灯亮表示上限温度报警。RU灯亮表示分闸温度设定。RP灯亮表示上电时控制参数自检出错。PM为绿色表示控制是自动方式，PM为红灯表示控制是手动方式，灯闪烁表示控制程序在运行，不闪烁表示控制程序已停止运行（即死机）。

面板中有6个操作键，名称及功能定义如下。

①Q键：使控制器回到显示温度和输出值的状态。

②键：使控制器进入参数查询或设置态。

③△键：数值增加键。

④键：数值减小键。

⑤W键：参数新值确认键。

⑥P/M键：自动/手动切换键；设置参数时移动光标。

2.输入/输出接线后板

输入/输出后板接线端的布局、接线端的编号、接线端的功用分类如图3所示。

温度曲线分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段。在Ⅰ、Ⅱ阶段，升温速率受内部参数控制，Ⅲ段是恒温段。

4.控制器的工作状态

控制器分三种工作状态，它们是显示态、参数设置态和输出方式设置态。在显示态中，显示面板上PV显示测量温度，MV显示输出值；在参数设置态中，PV显示参数代码和数值，MV仍旧显示输出值；在输出方式设置态中，PV显示测量温度，MV显示手动输出值。

三种工作状态之间转换操作如图5所示。

（三）系统运行

在设备安装完毕之后，要用分辨率为0.1℃的高精度温度计对传感器误差和控制器的测量误差进行一次修正，具体做法是：将温度计放在传感器旁边，温度稳定之后，对比温度计和控制器指示的温度值，调节控制器，使控制器显示的温度值与温度计的指示值相符，即完成了控制系统的测量误差的修正。系统运行期间恒温控制稳定。

三、总结

本文设计了一套狂犬疫苗生产车间的恒温控制系统，由于东北季节更替的温差较大，昼夜的变化、突发情况等因素也会引起恒温室温度的高低变化。基于KWY-A温控器的恒温控制系统，简化了控制体统的复杂性，同时避免了电加热频繁启动，采用一定频率输出实现节能目的，控制精度好于0.5℃，满足了狂犬疫苗的培养对温度的控制要求。KWY-A温控器有一定的通用性，除了本项目中对狂犬疫苗车间的温度控制系统可以使用，类似的恒温控制系统均可以使用。endprint