摘  要   电气自动化应用技术主要是：可编程控制器、单片机、计算机网络通信、触摸屏、变频传动、传感检测技术。目前我国在负压隔离病房电气自动化控制技术方面不是很完善；现在整理了可编程、上位机组态控制方面的设计、编程、调试、施工中的体会，供大家参考。

关键词：DCS控制系统；上位机控制；PLC可编程控制；HMI触摸屏控制；情报面板；设备自控； 

0  引言  医院负压隔离病房是洁净空调自动化控制技术在医疗领域的应用；通过PLC自动化系统实现温湿度的稳定控制、维持各隔离病房区一定的压差、控制洁净区风速风量保证达到国家标准要求的每小时换气次数，使医院隔离病房的空气洁净系统达到国家标准的要求；现在结合福州肺科医院工程实例进行介绍。

1  DCS控制系统：本系统是由西门子S7-300（step7 ）控制软件集成了CTS7-200 PLC组成的DCS控制系统，DP分站点为36个。本系统上位机通过研华工控机可以实现对整个系统温度、湿度、风量及空调机组的监控，对PLC反馈的数据的采集（SCDA）和组态，上位机系统分为护士站和手术室站。

系统采用DP主站：西门子S7-300主机，DP从站采用CO-TRUST S7-200系统，控制稳定可靠、上位机与主站通信采用TCP-IP以态网技术满足系统控制要求，上位机采用DP轮循的通讯方式，实现手术室、XF、PF、ICU、隔离病房、JK、1F到4F楼层、空调冷热水机站的数据交换，同时其他的自动控制也可同过此总线实现网络控制。

本系统是集散型控制系统（DCS），所谓的集散型控制系统就是把比较分散的现场设备，都集中在一起管理。基本分三个层次：中央站（护士站和手术室站S7-300）、控制站（如CTS7-200 PLC）、现场站（如温湿度传感器、比例阀执行器、空调、压差开关、送风机、增压风机及排风机等）；自控系统配置如下图1-1                 

 

图1-1

2  上位机控制：

护士站及手术室站：组态软件集成研华工控机实现对整个负压隔离病房及ICU病房等的空调净化系统温度、湿度、风量及空调机组的监控，对PLC反馈的数据的采集（SCDA）和组态，对现场控制柜内的故障和报警信号的时反馈和处理。具体为：1、工艺流程图形界面，动态显示各电机运行状态、温湿度、压力数据、阀门状态；2、机组的手动自动启、停控制；3、机组各种故障显示，发出维修提示并予以报警，报警信息可随时打印；4、维护计划：根据累计运行时间及客户提供设定的维护计划发出保养提示；5、温、湿度曲线时实显示并可查询1周历史曲线，报警与事故信息要存1千条记录；6、每天的电机、阀门运行运行状态记录可打印；7、操作指南和帮助；8、护士操作界面，操作简易直观；9、工程师系统维护界面；10、护士日记界面；

3PLC可编程控制：

可编程PLC采集系统各输入信号：操作按钮、差压开关、温度、湿度、报警信号、及触摸屏、变频器、DP、TCP-IP通信反馈信号等，经过对PLC编程处理、输出控制各执行元件：电动比例执行阀、电动执行阀、新风机、排风机、加热器、冷水机组、加湿器、除湿器的工作状态，达到控制要求。

4  HMI触摸屏控制：

在触摸屏上显示温度棒状图、湿度棒状图、各阀门及电机状态、报警信息、故障信息、生产流程信息等，同时可以手动操作控制各生产流程作，并可以看到其运行情况等；

每间隔离病房配有1个操作箱，每个操作箱配有10寸的屏，屏上有1开关机，温度湿度的显示设定，机组故障、漏电报警、消防报警、过滤器淤塞等显示。

5  情报面板：其中JK3控制站配情报面板：有无影灯和照明灯的控制等都通过情报面板进入PLC自动化控制系统。PLC提供无源触点控制情报面板，情报面板提供24V的开关量给PLC输入。情报面板上的北京时间、手术计时、麻醉计时，气体报警、消防报警、电话系统等由情报面板独立完成每间手术室机组开关机，温度湿度的显示设定，机组故障、漏电报警、消防报警、过滤器淤塞、等显示及无影灯和照明灯的控制等都通过情报面板进入PLC自动化控制系统。

6  设备自控：

6．1风机控制：本系统的风机分：送风机和增压送风机和排风机；采用以下2种控制方案：

A、可调的定频控制：通过组态界面上的设定值直接作为变频器的输入实现变频器的开环控制，变频器以恒频率控制风机。实现风机的定频。可以直接在组态界面上改变设定值实现各区域维持一定的正压或负压要求。其中风机的故障可以通过变频故障反馈和其配套的差压开关来检测。

B、恒风压控制：通过组态王界面上的设定值作为给定量，送风压差传感器检测到送风口的风压作为反馈量，对变频器实现PID控制，最终实现风机的恒风压控制

6．2空调控制：

空调冷热源采用风冷热泵机组，共设置两套空调外机：一套是供应新风，对总进风进行温度湿度预处理；另一套是供应手术部各个房间的空调机组，对各个房间的温度/湿度进行控制。冷热源以水作为传输媒介。各个洁净控制区域由比例调节阀调节冷热源的输入量。各空调机组加湿由电加湿器独立完成。PLC通过MODDBUS通讯协议控制这两套空调外机的制冷、制热的切换。

6．3新风系统控制：

新风系统空调外机采用风冷热泵机组，在循环风系统空调机组处于开机状态，且新风机组开机的前提下，当室外温度低于15℃时，机组自动关机，当室外温度高于16℃时，机组自动开机。新风机组的电加热做预加热处理。当新风温度低于设定温度，由电加热进行温度补偿。

新风空调机组设定送风温湿度一般通过综合各开机状态的循环风机组设定温湿度决定。当循环风机组处于制热状态，设定温度为各机组最低设定温度-5℃（可通过组态王的参数设置界面来调整，范围－5～0），当循环风机组处于制冷状态，设定温度为各机组最高设定温度+2℃（可通过组态王的参数设置界面来调整，范围0～5）。新风机组设定湿度为各机组设定最低湿度-5％（可通过组态王的参数设置界面来调整，范围－5～0）

新风空调机组开关机：自动状态下，手术室空调机组开机，自动开机且无法手动关机，所有手术室空调机组关机，自动关机。所有手术室只要有一间处于运行中就无法在电脑主机关闭新风空调机组。

6．4循环风系统控制： 

 循环风系统空调外机采用冷热自动切换模式，各空调机组比例调节阀控制模式也同时自动改变。系统设定L,H温度切换点（L<H）（可调整），当室外温度≤L℃时，机组为制热状态，当室外温度≥H℃时，机组为制冷状态,当L℃<室外温度<H℃，机组停机。如果第一次开机时L℃<室外温度<H℃，系统默认制热状态。

 

6．5  1到4楼层控制，

在每层都有配电箱可以手动控制2级新风机及各风口阀门的控制，每台新风机及每层总阀门的控制和反馈通过DP通信在总站工控机上都可以独立控制。

6．6  温度的控制

每个控制点的温度都可以以4-20MA的信号传送给其相应控制的PLC，PLC通过温度分段比例控制法来控制：其中加热器用接触器分段控制，根据反馈的温度大小及变换的波动进行控制；升降温规律来加热，或通过冷水比例阀的开度来制冷。

 

6．7  湿度的控制

每个控制点的湿度都可以以4-20MA的信号传送给其相应控制的PLC，PLC通过湿度比例控制法及来控制：其中加湿器用接触器控制，根据反馈的湿度大小进行控制；及湿度变换规律来加湿，或除湿。

  7  结语  

本系统应用了先进的可编程DP总线技术、上位机组态技术，把36个分站点的数据信息集中在护士站和手术室站集中管理，各分站可以在触摸屏上进行操作，提高了对病房病情的有效控制，提高了对设备的有效管理，提高了整个控制系统的自动化水平。

参考文献

[1] 电子工业部第十设计院，空调调节设计手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,1995:212

[2] 中华人民共和国卫生部.GB50333-2002 医院洁净手术部建筑技术规范[S].北京:中国计划出版社,2002

[3] 北京市卫生局.DB11/663-2009负压隔离病房建设配置基本要求[S].北京:中国建筑工业出版社,2010

[4]S7-200/300/400 PLC应用技术—通用篇   龚仲华 编著 北京：人民邮电出版社，2007.6

[5]监控组态软件与PLC入门    严盈富 编著 北京：人民邮电出版社，2006.11