王浩東，嚴(yán)惠，孔博文

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

0 引言

對于醫(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)過程中對人員的不利影響[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

檢測初、中效過濾網(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；房間高效過濾網(wǎng)壓差報(bào)警，檢測房間送風(fēng)支管過濾網(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，啟動時(shí)先啟動送風(fēng)機(jī)延時(shí)啟動排風(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)出的信號來控制送風(fēng)機(jī)變頻器的頻率。（3）新風(fēng)閥控制：通過監(jiān)測走廊壓差，來控制新風(fēng)閥相應(yīng)的開度。（4）送風(fēng)壓力和回風(fēng)壓力監(jiān)測：監(jiān)測送風(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開度以控制房間溫濕度恒定。

1.3 設(shè)備監(jiān)控

控制器檢測送風(fēng)機(jī)狀態(tài)（運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、自動狀態(tài)），控制啟停和輸出頻率，監(jiān)測新風(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：通過送風(fēng)管上的風(fēng)管風(fēng)量傳感器來調(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，通過回風(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、無需消毒的各房間送風(fēng)電動閥以及消毒排風(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)域的門關(guān)閉后，開始啟動消毒設(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)間可手動設(shè)定）自動進(jìn)入正常運(yùn)行工況。

2.3 值班模式

送風(fēng)量恒定控制：通過送風(fēng)管上的風(fēng)管風(fēng)量傳感器來調(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，通過回風(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)行過程，就是火災(zāi)事故排風(fēng)過程，這個(gè)過程是由消防來完成，空調(diào)自控系統(tǒng)參與聯(lián)動，出現(xiàn)緊急斷電，或遇火警、防火閥動作聯(lián)動停止空調(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度。如設(shè)定溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定值時(shí)水閥開度增大，反之當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)水閥開度關(guān)閉。夏季濕度較大，可使用表冷器進(jìn)行除濕。除濕過程中，導(dǎo)致溫度降低則啟動蒸汽加熱閥門進(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；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。

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)，通過其為媒介實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、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(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)對中央空調(diào)局部單體進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控室內(nèi)對的上位機(jī)則對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與操作。觸摸屏采用西門子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，能夠遠(yuǎn)程發(fā)出控制指令；也可以在上位機(jī)上對相關(guān)控制器閥門、監(jiān)控點(diǎn)溫濕度、相關(guān)數(shù)據(jù)庫進(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)中需使用電動調(diào)節(jié)蒸汽閥、空氣壓差開關(guān)、電動開關(guān)閥執(zhí)行器、溫濕度變送器等器件。

電動調(diào)節(jié)蒸汽閥主要有兩類，一類型號為SKb62，用于閥門的電動液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制信號：4-20mA，帶彈簧復(fù)位功能，斷電復(fù)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(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)、生物工程等各類凈化工程項(xiàng)目中。