狂犬疫苗自動恒溫控制系統設計與實現

李洋

摘要：本文闡述了狂犬疫苗恒溫室的設計方案。控制系統利用KWY-A溫控器來實現PID高精度溫度三段式控制，采用模糊算法，優化控制系統，不但實現了必要的聲光報警而且具有溫控參數及其測溫數據的顯示功能。

關鍵詞：狂犬疫苗；KWY-A溫控器；PID；模糊控制

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1671-1580（2017）12-0175-03

狂犬病毒嚴重威脅著人類的健康，狂犬病一旦發病，死亡率幾乎100%，全球每年由狂犬病毒引起-的死亡人數約5萬多例。目前狂犬疫苗是抵御狂犬病毒的最有效的手段，從細胞培養和病毒繁殖對環境的要求來看，為保證狂犬疫苗的毒力，穩定適宜的溫度環境是必須的，否則將導致細胞培養和發育不一致，病變時間相差太大。所以如何保證狂犬疫苗制劑的質量要求，恒溫室溫度自動控制系統的設計至關重要。

一、恒溫室控制要求

本項目狂犬疫苗生產車間恒溫室控制要求控溫精度為0.5℃，控溫曲線可調可控，升溫速率可調節。控溫方式采用高精度PID調節器，使用模糊控制原理對調節器進行參數整定。本項目涉及到的主要有三個控制間，分別用于烘干、檢定和培養疫苗。

（一）檢定區

檢定區房間面積約9平米，溫度控制33℃，需有降溫控制，降溫時不影響房間內溫度變化，避免因降溫使房間內溫度迅速下降，加溫、降溫同時工作。

（二）疫苗培養間

疫苗培養間房間面積26平米，溫度控制37℃。

（三）烘干房間

烘干房間面積約40平米，房間整體溫度達到45℃，濕度不大于60%，房間進行排風，排風同時維持房間內壓差平衡。（用于烘干）

二、恒溫室溫度自動控制系統的設計

（一）恒溫室溫度自動控制系統的整體設計方案

本項目的溫度控制系統是基于KWY-A溫度控制器實現的。恒溫室溫度自動控制系統的整體設計方案，如圖1所示。

系統中核心部件是KWY-A溫控器，溫度的控制主要由它來完成。可以在溫度控制器上設定要求的溫度參數，由溫度傳感器采集恒溫室均勻溫度，系統把傳感器信息反饋到溫度控制器上，由溫度控制器，輸送命令到各個執行器，調節升溫加熱速率，采用漸進方式控制，有效防止虛值溫度上沖。

控溫曲線分三段控制，最大限度避免控制過程對恒溫室運行的穩定性帶來影響。控制電加熱的加熱量，通過控制冷媒流量，調節恒溫室溫度過高時降溫速率，通過精控、精調有效避免加熱、制冷同時工作。該系統的升溫加熱、降溫控制為同一臺溫度控制器控制，避免兩套控制系統間產生的誤差。

溫度采集點在房間的頂板正中下20cm位置。由于房間較大，為了使房間的溫度均勻，更好地控制溫度恒定，選用德國施樂百循環風機。經過計算，檢定區恒溫室循環風機額定風量1000m³/h，全壓850Pa，功率為1.1kW，電加熱量為4kW，電加熱功率5kW；疫苗培養間循環風機額定風量1500～2500m³/h，機外余壓600Pa，功率1.1kW，電加熱量12kW，電加熱功率15kW。烘干間循環風機額定風量為2500～3500m³/h，機外余壓600Pa，功率為2.2kW，電加熱量為22kW，電加熱功率為24kW。同時，在出風口位置加裝散流板，使熱空氣在房間內形成亂流，從而保證室內氣流的均勻性得到有效保證。

（二）KWY-A溫控器

KWY-A溫控器是采用PID調節的高精度溫控儀表，運用模糊控制實現自整定方式，采用熱電阻PT100做感溫元件，測量范圍為0～59.9℃；采樣周期為1s；有三路相同的周波過零可控硅觸發控制輸出。同時顯示采集溫度和控制輸出值；溫度顯示分辨度0.1℃；其控溫曲線分三段，升溫速率可調節；恒溫控制精度好于±0.5℃；KWY-A溫控器設有溫度下限偏差報警、上限偏差報警和切斷加熱主回路電源報警、溫度采集故障報警、上電控制參數自檢故障報警。報警方式為面板狀態燈指示、燈光和聲音報警信號輸出。

KWY-A溫控器采取的相應的安全措施有：

故障危及安全時關斷自動控制方式下的可控硅觸發輸出；

故障危及安全時輸出切斷加熱主回路電源信號；

出現溫度采集故障時關斷自動控制方式下的可控硅觸發輸出；

雙看門狗功能。

KWY-A溫度控制器包括控制器面板、輸入/輸出接線后板和控制主板三部分組成。

1.控制器面板

控制器面板如圖2所示。面板上排數碼管為綠色，通常用于顯示測量溫度，在設置參數時，則用于顯示參數代碼和參數值，當溫度采集有故障時，還用于顯示故障信息。面板下排數碼管為紅色，用于顯示自動或手動的控制輸出值。

面板上有P/M、RL、RH、RU、RP五個指示燈，除P/M為紅綠雙色外，其余皆為紅色。RL燈亮表示下限溫度報警。RH燈亮表示上限溫度報警。RU燈亮表示分閘溫度設定。RP燈亮表示上電時控制參數自檢出錯。PM為綠色表示控制是自動方式，PM為紅燈表示控制是手動方式，燈閃爍表示控制程序在運行，不閃爍表示控制程序已停止運行（即死機）。

面板中有6個操作鍵，名稱及功能定義如下。

①Q鍵：使控制器回到顯示溫度和輸出值的狀態。

②鍵：使控制器進入參數查詢或設置態。

③△鍵：數值增加鍵。

④鍵：數值減小鍵。

⑤W鍵：參數新值確認鍵。

⑥P/M鍵：自動/手動切換鍵；設置參數時移動光標。

2.輸入/輸出接線后板

輸入/輸出后板接線端的布局、接線端的編號、接線端的功用分類如圖3所示。

溫度曲線分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段。在Ⅰ、Ⅱ階段，升溫速率受內部參數控制，Ⅲ段是恒溫段。

4.控制器的工作狀態

控制器分三種工作狀態，它們是顯示態、參數設置態和輸出方式設置態。在顯示態中，顯示面板上PV顯示測量溫度，MV顯示輸出值；在參數設置態中，PV顯示參數代碼和數值，MV仍舊顯示輸出值；在輸出方式設置態中，PV顯示測量溫度，MV顯示手動輸出值。

三種工作狀態之間轉換操作如圖5所示。

（三）系統運行

在設備安裝完畢之后，要用分辨率為0.1℃的高精度溫度計對傳感器誤差和控制器的測量誤差進行一次修正，具體做法是：將溫度計放在傳感器旁邊，溫度穩定之后，對比溫度計和控制器指示的溫度值，調節控制器，使控制器顯示的溫度值與溫度計的指示值相符，即完成了控制系統的測量誤差的修正。系統運行期間恒溫控制穩定。

三、總結

本文設計了一套狂犬疫苗生產車間的恒溫控制系統，由于東北季節更替的溫差較大，晝夜的變化、突發情況等因素也會引起恒溫室溫度的高低變化。基于KWY-A溫控器的恒溫控制系統，簡化了控制體統的復雜性，同時避免了電加熱頻繁啟動，采用一定頻率輸出實現節能目的，控制精度好于0.5℃，滿足了狂犬疫苗的培養對溫度的控制要求。KWY-A溫控器有一定的通用性，除了本項目中對狂犬疫苗車間的溫度控制系統可以使用，類似的恒溫控制系統均可以使用。endprint