王浩東，嚴(yán)惠，孔博文

（江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫，214153）

0 引言

對(duì)于醫(yī)療行業(yè)而言，凈化工程不僅關(guān)系到生產(chǎn)藥品的質(zhì)量，同時(shí)也關(guān)系到使用者的生命安全[1]，《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（GMP）對(duì)凈化空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做出了詳細(xì)的規(guī)定[2]。但是由于缺乏有效的工程技術(shù)手段，藥品質(zhì)量問(wèn)題層出不窮,業(yè)界期望有一種高校技能可靠實(shí)時(shí)的智能調(diào)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，在保證藥品生產(chǎn)質(zhì)量的前提下合理降低系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本[3]。凈化空調(diào)系統(tǒng)是GMP實(shí)施中的關(guān)鍵設(shè)施之一，是制藥潔凈環(huán)境的必要保證[4]。醫(yī)藥工程空氣智能調(diào)控系統(tǒng)可有效快速直觀地對(duì)醫(yī)藥環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控與處理，提高醫(yī)藥凈化系統(tǒng)管理的規(guī)范性與實(shí)時(shí)性，為操作人員提供舒適的環(huán)境，減少和防止藥品生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人員的不利影響[5]。因此在工程設(shè)計(jì)中采取有效的措施來(lái)降低能耗，節(jié)約能源，已到了刻不容緩的地步。

1 關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控方案

1.1 報(bào)警

檢測(cè)初、中效過(guò)濾網(wǎng)壓差，超限報(bào)警；當(dāng)送風(fēng)機(jī)缺風(fēng)時(shí)進(jìn)行報(bào)警；房間高效過(guò)濾網(wǎng)壓差報(bào)警，檢測(cè)房間送風(fēng)支管過(guò)濾網(wǎng)壓差，超限報(bào)警。

1.2 風(fēng)速與溫濕度控制

（1）排風(fēng)機(jī)連鎖：排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)連鎖，啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)送風(fēng)機(jī)延時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)，關(guān)閉時(shí)相反(其中排風(fēng)閥和排風(fēng)機(jī)同開(kāi)同關(guān)）。（2）風(fēng)量控制：以設(shè)在送風(fēng)總管風(fēng)量發(fā)出的信號(hào)來(lái)控制送風(fēng)機(jī)變頻器的頻率。（3）新風(fēng)閥控制：通過(guò)監(jiān)測(cè)走廊壓差，來(lái)控制新風(fēng)閥相應(yīng)的開(kāi)度。（4）送風(fēng)壓力和回風(fēng)壓力監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)送風(fēng)管和回風(fēng)管壓力。（5）溫濕度控制：由設(shè)置在回風(fēng)管上溫濕度傳感器控制水閥和蒸汽段閥門(mén)開(kāi)度以控制房間溫濕度恒定。

1.3 設(shè)備監(jiān)控

控制器檢測(cè)送風(fēng)機(jī)狀態(tài)（運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、自動(dòng)狀態(tài)），控制啟停和輸出頻率，監(jiān)測(cè)新風(fēng)溫濕度、送風(fēng)溫濕度和房間溫濕度，顯示重要房間溫濕度和風(fēng)管溫濕度數(shù)值。

2 調(diào)控系統(tǒng)工作模式規(guī)劃

2.1 正常模式

送風(fēng)量恒定控制：通過(guò)送風(fēng)管上的風(fēng)管風(fēng)量傳感器來(lái)調(diào)節(jié)變頻器頻率,使送風(fēng)量值達(dá)到設(shè)計(jì)值。

溫濕度控制：通過(guò)送風(fēng)總管溫濕度調(diào)節(jié)表冷、蒸汽加熱、加濕管路的閥門(mén)，通過(guò)回風(fēng)總管溫濕度及關(guān)鍵房間溫濕度加權(quán)平均修正控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒溫恒濕控制。

2.2 消毒模式

消毒運(yùn)行時(shí)，有消毒前準(zhǔn)備、消毒熏蒸兩個(gè)階段。當(dāng)處于消毒模式時(shí)，系統(tǒng)先將控制區(qū)域溫濕度控制到最佳消毒溫濕度，關(guān)閉新風(fēng)閥、無(wú)需消毒的各房間送風(fēng)電動(dòng)閥以及消毒排風(fēng)閥，停止排風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)頻率,當(dāng)所有消毒區(qū)域的門(mén)關(guān)閉后，開(kāi)始啟動(dòng)消毒設(shè)備進(jìn)行熏蒸，熏蒸濃度達(dá)到并維持一定時(shí)間后（時(shí)間可手動(dòng)設(shè)定）自動(dòng)進(jìn)入正常運(yùn)行工況。

2.3 值班模式

送風(fēng)量恒定控制：通過(guò)送風(fēng)管上的風(fēng)管風(fēng)量傳感器來(lái)調(diào)節(jié)變頻器頻率,使送風(fēng)量值達(dá)到適宜的設(shè)定值。

溫濕度控制：通過(guò)送風(fēng)總管溫濕度調(diào)節(jié)表冷、蒸汽加熱、加濕管路的閥門(mén)，通過(guò)回風(fēng)總管溫濕度及關(guān)鍵房間溫濕度加權(quán)平均修正控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)恒溫恒濕控制。

2.4 停機(jī)模式

關(guān)閉送、排風(fēng)機(jī)、加熱閥、加濕閥、新風(fēng)閥。

除上述幾種運(yùn)行模式，還有一個(gè)特殊的運(yùn)行過(guò)程，就是火災(zāi)事故排風(fēng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是由消防來(lái)完成，空調(diào)自控系統(tǒng)參與聯(lián)動(dòng)，出現(xiàn)緊急斷電，或遇火警、防火閥動(dòng)作聯(lián)動(dòng)停止空調(diào)機(jī)組。

3 不同環(huán)境恒溫恒濕控制方案

3.1 高溫環(huán)境

由設(shè)置在回風(fēng)管上溫度傳感器控制表冷段水閥開(kāi)度。如設(shè)定溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)水閥開(kāi)度增大，反之當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)水閥開(kāi)度關(guān)閉。夏季濕度較大，可使用表冷器進(jìn)行除濕。除濕過(guò)程中，導(dǎo)致溫度降低則啟動(dòng)蒸汽加熱閥門(mén)進(jìn)行補(bǔ)溫，實(shí)現(xiàn)恒溫恒濕。

3.2 低溫環(huán)境

由設(shè)置在回風(fēng)管上溫濕度傳感器控制以控制蒸汽加熱閥和蒸汽加濕閥開(kāi)度。如設(shè)定溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)蒸汽加熱閥關(guān)閉，反之當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)蒸汽加熱法打開(kāi)；如設(shè)定濕度，當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)蒸汽加濕閥打開(kāi)。

4 智能調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件架構(gòu)與選型

如圖1為系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)主要選用的是ODOTMS205T交換機(jī)，通過(guò)其為媒介實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、西門(mén)子觸摸屏、西門(mén)子PLC1200三者之間的通訊，必須要保證各終端網(wǎng)段在同一個(gè)頻道才能進(jìn)行通訊。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

4.1 控制層選型

結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)要求，系統(tǒng)選用西門(mén)子1200 CPU1214C PLC,其高速輸入輸出可以很好的滿足控制要求，模擬量輸入擴(kuò)展模塊選擇SM1231AI，模擬量輸出擴(kuò)展模塊選擇SM1232AQ,同時(shí)由于系統(tǒng)的輸入信號(hào)點(diǎn)數(shù)要求為16個(gè)點(diǎn)，而CPU1214C PLC圖為14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出，因此又配置了輸入擴(kuò)展模塊SM1221。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)選型

上位機(jī)界面包括兩部分，單體中央空調(diào)上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)和系統(tǒng)上位機(jī)智能監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。

單體中央空調(diào)上位機(jī)監(jiān)控界面是指自控柜上的觸摸屏組態(tài)界面設(shè)計(jì)，如圖2所示為主界面，自控柜上的觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)中央空調(diào)局部單體進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控室內(nèi)對(duì)的上位機(jī)則對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與操作。觸摸屏采用西門(mén)子SMART IE700 V3。

圖2 AHU-1空調(diào)單體主界面系

統(tǒng)上位機(jī)智能監(jiān)控界面是指監(jiān)控室內(nèi)的上位機(jī)界面，如圖3所示為主界面，監(jiān)控室內(nèi)上位機(jī)選擇戴爾品牌的工作站，上位機(jī)軟件可讓工作人員對(duì)系統(tǒng)內(nèi)任何位置的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)觀察和參數(shù)監(jiān)測(cè)，能夠遠(yuǎn)程發(fā)出控制指令；也可以在上位機(jī)上對(duì)相關(guān)控制器閥門(mén)、監(jiān)控點(diǎn)溫濕度、相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編輯調(diào)整。

圖3 集中控制主界面

4.3 其它元部件選型

在空氣凈化智能調(diào)控系統(tǒng)中需使用電動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽閥、空氣壓差開(kāi)關(guān)、電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥執(zhí)行器、溫濕度變送器等器件。

電動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽閥主要有兩類(lèi)，一類(lèi)型號(hào)為SKb62，用于閥門(mén)的電動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制信號(hào)：4-20mA，帶彈簧復(fù)位功能，斷電復(fù)位；另一類(lèi)閥體型號(hào)為VVF53，閥體口徑為DN25-DN150，閥體采用法蘭連接連接方式。溫濕度傳感器主要有風(fēng)管溫濕度變送器EE160、溫度變送器EE431、THE110等。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)方案目前已提交并投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、本地實(shí)時(shí)控制、遠(yuǎn)程系統(tǒng)協(xié)調(diào)監(jiān)控，同時(shí)減少了空調(diào)設(shè)備的能量損耗，提高了能源使用效率，項(xiàng)目方案可移植于如紡織行業(yè)、電子行業(yè)、生物工程等各類(lèi)凈化工程項(xiàng)目中。