醫藥工程空氣凈化智能調控系統控制方案

王浩東，嚴惠，孔博文

（江蘇信息職業技術學院，江蘇無錫，214153）

0 引言

對于醫療行業而言，凈化工程不僅關系到生產藥品的質量，同時也關系到使用者的生命安全[1]，《藥品生產質量管理規范》（GMP）對凈化空調系統的設計做出了詳細的規定[2]。但是由于缺乏有效的工程技術手段，藥品質量問題層出不窮,業界期望有一種高校技能可靠實時的智能調控系統的出現，在保證藥品生產質量的前提下合理降低系統的運行維護成本[3]。凈化空調系統是GMP實施中的關鍵設施之一，是制藥潔凈環境的必要保證[4]。醫藥工程空氣智能調控系統可有效快速直觀地對醫藥環境進行監控與處理，提高醫藥凈化系統管理的規范性與實時性，為操作人員提供舒適的環境，減少和防止藥品生產過程中對人員的不利影響[5]。因此在工程設計中采取有效的措施來降低能耗，節約能源，已到了刻不容緩的地步。

1 關鍵指標監控方案

1.1 報警

檢測初、中效過濾網壓差，超限報警；當送風機缺風時進行報警；房間高效過濾網壓差報警，檢測房間送風支管過濾網壓差，超限報警。

1.2 風速與溫濕度控制

（1）排風機連鎖：排風機與送風機連鎖，啟動時先啟動送風機延時啟動排風機，關閉時相反(其中排風閥和排風機同開同關）。（2）風量控制：以設在送風總管風量發出的信號來控制送風機變頻器的頻率。（3）新風閥控制：通過監測走廊壓差，來控制新風閥相應的開度。（4）送風壓力和回風壓力監測：監測送風管和回風管壓力。（5）溫濕度控制：由設置在回風管上溫濕度傳感器控制水閥和蒸汽段閥門開度以控制房間溫濕度恒定。

1.3 設備監控

控制器檢測送風機狀態（運行狀態、故障狀態、自動狀態），控制啟停和輸出頻率，監測新風溫濕度、送風溫濕度和房間溫濕度，顯示重要房間溫濕度和風管溫濕度數值。

2 調控系統工作模式規劃

2.1 正常模式

送風量恒定控制：通過送風管上的風管風量傳感器來調節變頻器頻率,使送風量值達到設計值。

溫濕度控制：通過送風總管溫濕度調節表冷、蒸汽加熱、加濕管路的閥門，通過回風總管溫濕度及關鍵房間溫濕度加權平均修正控制，實現系統恒溫恒濕控制。

2.2 消毒模式

消毒運行時，有消毒前準備、消毒熏蒸兩個階段。當處于消毒模式時，系統先將控制區域溫濕度控制到最佳消毒溫濕度，關閉新風閥、無需消毒的各房間送風電動閥以及消毒排風閥，停止排風機，調節送風機頻率,當所有消毒區域的門關閉后，開始啟動消毒設備進行熏蒸，熏蒸濃度達到并維持一定時間后（時間可手動設定）自動進入正常運行工況。

2.3 值班模式

送風量恒定控制：通過送風管上的風管風量傳感器來調節變頻器頻率,使送風量值達到適宜的設定值。

溫濕度控制：通過送風總管溫濕度調節表冷、蒸汽加熱、加濕管路的閥門，通過回風總管溫濕度及關鍵房間溫濕度加權平均修正控制，實現系統恒溫恒濕控制。

2.4 停機模式

關閉送、排風機、加熱閥、加濕閥、新風閥。

除上述幾種運行模式，還有一個特殊的運行過程，就是火災事故排風過程，這個過程是由消防來完成，空調自控系統參與聯動，出現緊急斷電，或遇火警、防火閥動作聯動停止空調機組。

3 不同環境恒溫恒濕控制方案

3.1 高溫環境

由設置在回風管上溫度傳感器控制表冷段水閥開度。如設定溫度，當溫度高于設定值時水閥開度增大，反之當溫度低于設定值時水閥開度關閉。夏季濕度較大，可使用表冷器進行除濕。除濕過程中，導致溫度降低則啟動蒸汽加熱閥門進行補溫，實現恒溫恒濕。

3.2 低溫環境

由設置在回風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度。如設定溫度，當溫度高于設定值時蒸汽加熱閥關閉，反之當溫度低于設定值時蒸汽加熱法打開；如設定濕度，當濕度低于設定值時蒸汽加濕閥打開。

4 智能調控系統設計硬件架構與選型

如圖1為系統的拓撲結構圖，系統主要選用的是ODOTMS205T交換機，通過其為媒介實現上位機、西門子觸摸屏、西門子PLC1200三者之間的通訊，必須要保證各終端網段在同一個頻道才能進行通訊。

圖1 系統拓撲結構圖

4.1 控制層選型

結合系統的實時性與數據點數要求，系統選用西門子1200 CPU1214C PLC,其高速輸入輸出可以很好的滿足控制要求，模擬量輸入擴展模塊選擇SM1231AI，模擬量輸出擴展模塊選擇SM1232AQ,同時由于系統的輸入信號點數要求為16個點，而CPU1214C PLC圖為14點輸入，10點輸出，因此又配置了輸入擴展模塊SM1221。

4.2 監控系統選型

上位機界面包括兩部分，單體中央空調上位機監控界面設計和系統上位機智能監控界面設計。

單體中央空調上位機監控界面是指自控柜上的觸摸屏組態界面設計，如圖2所示為主界面，自控柜上的觸摸屏實現對中央空調局部單體進行監控，監控室內對的上位機則對整個系統進行監控與操作。觸摸屏采用西門子SMART IE700 V3。

圖2 AHU-1空調單體主界面系

統上位機智能監控界面是指監控室內的上位機界面，如圖3所示為主界面，監控室內上位機選擇戴爾品牌的工作站，上位機軟件可讓工作人員對系統內任何位置的監控點進行狀態觀察和參數監測，能夠遠程發出控制指令；也可以在上位機上對相關控制器閥門、監控點溫濕度、相關數據庫進行編輯調整。

圖3 集中控制主界面

4.3 其它元部件選型

在空氣凈化智能調控系統中需使用電動調節蒸汽閥、空氣壓差開關、電動開關閥執行器、溫濕度變送器等器件。

電動調節蒸汽閥主要有兩類，一類型號為SKb62，用于閥門的電動液壓執行機構，控制信號：4-20mA，帶彈簧復位功能，斷電復位；另一類閥體型號為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管溫濕度變送器EE160、溫度變送器EE431、THE110等。

5 結論

本文設計方案目前已提交并投入運行，實現了系統優化運行、本地實時控制、遠程系統協調監控，同時減少了空調設備的能量損耗，提高了能源使用效率，項目方案可移植于如紡織行業、電子行業、生物工程等各類凈化工程項目中。