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金贝捕鱼

shi间:2020-03-12  来yuan:车间净化工程|蔯hen肪换导鋦洁净手术室|洁净实yan室-济南金眂ong槔窒聑ai净化工程有限公司  浏览次数: 120 次
文誰u蚪椋裹/span>空diao过lv器专家:手术室洁净空diao先进控制系tongde设计yu实xian,洁净手术蕐i鱳ei医院中控制要求最高dedan位zhi一,其dui温湿度有着恒dingde控制要求。但由于手术室内de无影灯、普tong照ming灯等均会dui温度和湿度chan生影响,导zhi其很难满足手术shi温度和湿度需保持恒dingde要求,故温、湿度指标是洁净手术室中最重要de控制指标。洁净手术室空diao系tongde温度yu湿度控制效果dui于手术有zhi接de影响,空diao过lv器专家:手术室洁净空diao先进控制系tongde设计yu实xian介绍了一种ji于西men予S7―200PLC和TD一400Cde控制系tong来实xian洁净手术室dui温湿度de控制。由于温湿度具觴ie笾秃笮裕褂胏huantongPIDdiaojie方法难yi得dao满意效果,tong过yin入温度变化率来diao整死区,改善了系tongde控制效果,有效避免了过冲。经过实际运行,yan证其在洁净手术室控制系tong中de可行性。       l系tong控制要求      1.1温度控制要求      tong过设zhi在风管里de温湿度一体chuan感器检测回风温度,并将所测得de温度信号送daoPLCde模拟输入端。PLC将测得de温度和tong过手术室面ban温度设ding值比jiao并进行PID计算,将结果输出dao相应模拟量输出,如冷dong/热水de电动diaojie阀,tong过控制其kai度dadao温度控制de目de。      1.2湿度控制要求      tong过设zhi在风管里de温湿度一体chuan感器检测回风湿度,并将所测得de温度信号chuan送daoPLCde模拟输入端。PLC将测得de湿度和tong过手术室面ban湿度设ding值比jiao并进行PID计算,将结果输出dao相应模拟量输出。在冬季模shi里tong过dui加湿器电动diaojie阀dekai度diaojiedadao湿度控制de目de。而在夏季模shi里,湿度de控制并feitong过dui加湿器kai度dedan一控制,而是dui水阀diaojie器和加热器de综hePID控制实xiande。      1.3风道压力控制      按照工艺要求,风道内压力需保持一ding值,yi满足手术室医用要求。系tongtong过变频器qu动送风机,事先将满足工艺要求shide变频器频率值作wei设ding值,将设zhi在管道内de回风压力检测chuan感器测得de压力值作wei反馈值,tong过PID计算控制变频器de输出频率,yidadao风压控制要求。      1.4人机界面要求      按照xian场工艺要求,在手术室内设有操作面ban一kuai,可yi设ding温度,湿度并控制系tong启停,tongshi面ban上有实shi温度和湿度显示功能;tong样,在控制柜上安装了人机界面TD400C,tong过TD400C也可设ding温度湿度启停机组。出于diao试系tongde目de,在TD400C上设有qiang制模shi,及人工设ding回风温湿度,屏蔽报警信号。      TD400Cde控制you先权高于手术室设ding面ban,可屏蔽来自手术蕐e纳鑔ing信号。      1.5安全要求      该系tong中故zhang信号有3种,穤hi鹗撬头缁蕑hang信号,缺风保护故zhang信号,中效压差信号。这3种信号都是wei了保zhang风道内de空气流tong。报警要有声光显示,提xing工作人员采qu措shi。      2系tong觔u肮ひ占蚪?nbsp;     2.1觔u槌?nbsp;     整ge系tong觔u杉觳鈟uan件,控制yuan件yu执行yuan件组成。      tong过设zhi在风道内de温湿度一体chuan感器来检测回风温湿度;tong过设zhi在管风道内de压力chuan感器检测回风压力;tong过设zhi在水管上de温度chuan感器来检测水温并yi此pan断工作模shi;控制yuan件主要指S7―224PLC,TD400C及手术室控制面ban;执行yuan件包括水管de电动diaojie阀,加湿器diaojie阀和加热器diaojie阀祋u?nbsp;     2.2工艺介绍      系tong启动后若无缺风保护等报警信号,zekaishitong过安装在送水管上dechuan感器检测水温工作模shi系tong。工作模shi分wei冬夏两季。若送水管水温大于30℃zewei冬季模shi,di于30℃zewei夏季模shi。      在冬季模shi里,若回风温度di于设ding温度,zedakai水阀执行器,流出更多de热水yi提高温度;若回风湿度di于设ding湿度,zedakai加湿器kai度,yi提高湿秖u6灸hi里若回风温度高于设ding值,zejian小水阀执行器de输出kai度;tong常qingkuang下冬季模shi里回风湿度总是di于设ding湿度de,故不考虑回风湿度高于设ding湿度de可能。在夏季模shi里,控制要求主要是除温除湿。该系tong要求湿度you先diaojie。所谓湿度you先diaojie是指夏季湿度jiao高shi候,控制器tong过计算后diaojie送水管dekai度(管内是7℃左觵e睦鋎ong水)dadao降温除湿de目de,而由此造成de温度差zetong过dakai电加热器来补偿。礲ei胤缡萪adao设ding要求shi,系tong自动进入温度控制zhuang态。      3系tong软件设计      根据工艺要求和觔ueizhi,采用西men子公司deSTEP7MICRO/WIN32软件进行系tong组态和TD400C人机界面设计。      软件设计主要包括温湿度控制,qiang制模shi选ze,工作模shi选ze和故zhang报警处理。      3.1模shi选ze      控制模shi设zhi是指系tong控制分weiTD400C设zhi(手动)和手术室控制面ban设zhi(自动)两种。在手动模shi下又有qiang制和feiqiang制模shi。在手动模shi下可yi屏蔽手术室面bande设ding温、湿度及系tong启停信号。出于diao试系tongde考虑,系tong还设zhi了qiang制模shi。在qiang制模shi下,可yi手动设ding回风温秖u⒒胤缡qu⒒胤缪沽Φ萩huan感器信号,并可yi手动fu位各种故zhang报警信号。      3.2故zhang报警处理      按照设计要求,如果出xian送风机故zhang信号,缺风保护故zhang信号,中效压差信号,将有声光显示,提xing工作人员采qu措shi。      3.3温湿度控制      软件设计de核心部分是温湿度控制,采用PID控制来diaojie温湿秖uID控制指de是bi籪ang刂葡祎ongde比例积分微分控制。      PID是一种线性控制器,ta根据给ding值r(t)和实約hi涑鲋祔(t)构成控制偏差:      e(t)=r(t)一y(t)      将偏差比例(P),积分(I)和微分(D)tong过一ding线性组he构成控制量u(t)duibei控duixiang进行控制。tade控制规律wei:  shi中:KPwei比例系数;TIwei积分shi间常数,TDwei微分shi间常数。      当控制量de目标值yu检测值zhi间存在误差(或chenwei控制偏差)shi,误差小,操作量就小,误差越大,操作量就越大,故控制算法中含有偏差比例项,简chenP动作。dui具有自平衡性de控制duixiangshi行比例控制,最后其步阶变化会留下一dingde误差,chenwei稳态误差或偏移。使控制算法中含有误差积穤hi壤睿上忍蟛睿騝henI动作。偏差dezengjian穋ong吃诓僮髁可希瑆ei了改善控制特性,所yi使控制算法中含有偏差微穤hi壤睿騝henD动作,wei一种预先动作。包含yi上三种动作de控制算法即weiPID控制。      shi(1)也可yixie成:   shi中:KI=KP/TIwei积分系数;KD=KP?TDwei微分系数。      考虑daobei控duixiang具觴ie笾秃笮裕襊LC处理de是数字量,将shi(2)li散化得:  shi中:θdaibiao采样周期,e(k)daibiao此刻de误差,e(k一1)daibiao上次采样周期de误差。如果θ足够小,这謟hi平上嗟弊紂ue,bei控过程yu连续控制过程十分接近。这种算法chenwei位zhishi算法。位zhishi算法由于全量输出,所yimei次输出均yu过去dezhuang态有关,计算shi要duie(k)进行累加,计算机运算工作量大。而且,因wei计算机输出deu(k)dui应de是执行机构de实际位zhi,如计算机出xian故zhang,u(k)de大幅度变化,会yin起执行机构位zhide大幅度变化,这种qingkuang往往是实践中不允许de。考虑dao本系tong控制duixiang均wei阀men,故采用zeng量shiPID控制算法weiyi。      将shi(3)按递推原理推得:  shi(5)chenweizeng量shiPID算法。      由于控制zeng量△u(k)dequeding仅yu最近k次de采样值有关,所yijiaorongyitong过加权处理而获得jiaohaode控制效果。      根据xian场控制要求,bei控过程不能有过冲xianxiang即超diao出xian。然而结hexian场shi工qingkuang且温秖u⑹染哂xie笾秃筇匦裕豢杀苊鈊i具有超diao。      温度控制质量de决ding性环jie在于温度dePID控制参数de整dingdiaojie,PID参数整ding质量决ding了温度控制质量。在实际应用中,院穓iaoang手术蕐e奈露萪iaojieshi间尽可能de快。然而温度de快速响应,会造成超diao,并很可能形成changshi间de温度zhen荡。温度diaojie速度和温度控制精度往往不可diao和,如果在精度允许de前提蟣u涌靌iaojie速度就意味着尽可能dijian少zhen荡。tong常de做法是在PIDdiaojie过程中yin入死区来diaojie控制效果。然而,即使加了死区保护,但受制于xian场条件,其效果不具备普遍性。      若设dingErwei温度误差值,Eswei温度设ding值,Ebwei温度实际值,Etwei温度de死区,ze: 

洁净手术蕐i鱳ei医院中控制要求最高dedan位zhi一,其dui温湿度有着恒dingde控制要求。但由于手术室内de无影灯、普tong照ming灯等均会dui温度和湿度chan生影响,导zhi其很难满足手术shi温度和湿度需保持恒dingde要求,故温、湿度指标是洁净手术室中最重要de控制指标。洁净手术室空diao系tongde温度yu湿度控制效果dui于手术有zhi接de影响,空diao过lv器专家:手术室洁净空diao先进控制系tongde设计yu实xian介绍了一种ji于西men予S7―200PLC和TD一400Cde控制系tong来实xian洁净手术室dui温湿度de控制。由于温湿度具觴ie笾秃笮裕褂胏huantongPIDdiaojie方法难yi得dao满意效果,tong过yin入温度变化率来diao整死区,改善了系tongde控制效果,有效避免了过冲。经过实际运行,yan证其在洁净手术室控制系tong中de可行性。  
    l系tong控制要求 

    1.1温度控制要求 

    tong过设zhi在风管里de温湿度一体chuan感器检测回风温度,并将所测得de温度信号送daoPLCde模拟输入端。PLC将测得de温度和tong过手术室面ban温度设ding值比jiao并进行PID计算,将结果输出dao相应模拟量输出,如冷dong/热水de电动diaojie阀,tong过控制其kai度dadao温度控制de目de。 

    1.2湿度控制要求 

    tong过设zhi在风管里de温湿度一体chuan感器检测回风湿度,并将所测得de温度信号chuan送daoPLCde模拟输入端。PLC将测得de湿度和tong过手术室面ban湿度设ding值比jiao并进行PID计算,将结果输出dao相应模拟量输出。在冬季模shi里tong过dui加湿器电动diaojie阀dekai度diaojiedadao湿度控制de目de。而在夏季模shi里,湿度de控制并feitong过dui加湿器kai度dedan一控制,而是dui水阀diaojie器和加热器de综hePID控制实xiande。 

    1.3风道压力控制 

    按照工艺要求,风道内压力需保持一ding值,yi满足手术室医用要求。系tongtong过变频器qu动送风机,事先将满足工艺要求shide变频器频率值作wei设ding值,将设zhi在管道内de回风压力检测chuan感器测得de压力值作wei反馈值,tong过PID计算控制变频器de输出频率,yidadao风压控制要求。 

    1.4人机界面要求 

    按照xian场工艺要求,在手术室内设有操作面ban一kuai,可yi设ding温度,湿度并控制系tong启停,tongshi面ban上有实shi温度和湿度显示功能;tong样,在控制柜上安装了人机界面TD400C,tong过TD400C也可设ding温度湿度启停机组。出于diao试系tongde目de,在TD400C上设有qiang制模shi,及人工设ding回风温湿度,屏蔽报警信号。 

    TD400Cde控制you先权高于手术室设ding面ban,可屏蔽来自手术蕐e纳鑔ing信号。 

    1.5安全要求 

    该系tong中故zhang信号有3种,穤hi鹗撬头缁蕑hang信号,缺风保护故zhang信号,中效压差信号。这3种信号都是wei了保zhang风道内de空气流tong。报警要有声光显示,提xing工作人员采qu措shi。 

    2系tong觔u肮ひ占蚪?nbsp;

    2.1觔u槌?nbsp;

    整ge系tong觔u杉觳鈟uan件,控制yuan件yu执行yuan件组成。 

    tong过设zhi在风道内de温湿度一体chuan感器来检测回风温湿度;tong过设zhi在管风道内de压力chuan感器检测回风压力;tong过设zhi在水管上de温度chuan感器来检测水温并yi此pan断工作模shi;控制yuan件主要指S7―224PLC,TD400C及手术室控制面ban;执行yuan件包括水管de电动diaojie阀,加湿器diaojie阀和加热器diaojie阀祋u?nbsp;

    2.2工艺介绍 

    系tong启动后若无缺风保护等报警信号,zekaishitong过安装在送水管上dechuan感器检测水温工作模shi系tong。工作模shi分wei冬夏两季。若送水管水温大于30℃zewei冬季模shi,di于30℃zewei夏季模shi。 

    在冬季模shi里,若回风温度di于设ding温度,zedakai水阀执行器,流出更多de热水yi提高温度;若回风湿度di于设ding湿度,zedakai加湿器kai度,yi提高湿秖u6灸hi里若回风温度高于设ding值,zejian小水阀执行器de输出kai度;tong常qingkuang下冬季模shi里回风湿度总是di于设ding湿度de,故不考虑回风湿度高于设ding湿度de可能。在夏季模shi里,控制要求主要是除温除湿。该系tong要求湿度you先diaojie。所谓湿度you先diaojie是指夏季湿度jiao高shi候,控制器tong过计算后diaojie送水管dekai度(管内是7℃左觵e睦鋎ong水)dadao降温除湿de目de,而由此造成de温度差zetong过dakai电加热器来补偿。礲ei胤缡萪adao设ding要求shi,系tong自动进入温度控制zhuang态。 

    3系tong软件设计 

    根据工艺要求和觔ueizhi,采用西men子公司deSTEP7MICRO/WIN32软件进行系tong组态和TD400C人机界面设计。 

    软件设计主要包括温湿度控制,qiang制模shi选ze,工作模shi选ze和故zhang报警处理。 

    3.1模shi选ze 

    控制模shi设zhi是指系tong控制分weiTD400C设zhi(手动)和手术室控制面ban设zhi(自动)两种。在手动模shi下又有qiang制和feiqiang制模shi。在手动模shi下可yi屏蔽手术室面bande设ding温、湿度及系tong启停信号。出于diao试系tongde考虑,系tong还设zhi了qiang制模shi。在qiang制模shi下,可yi手动设ding回风温秖u⒒胤缡qu⒒胤缪沽Φ萩huan感器信号,并可yi手动fu位各种故zhang报警信号。 

    3.2故zhang报警处理 

    按照设计要求,如果出xian送风机故zhang信号,缺风保护故zhang信号,中效压差信号,将有声光显示,提xing工作人员采qu措shi。 

    3.3温湿度控制 

    软件设计de核心部分是温湿度控制,采用PID控制来diaojie温湿秖uID控制指de是bi籪ang刂葡祎ongde比例积分微分控制。 

    PID是一种线性控制器,ta根据给ding值r(t)和实約hi涑鲋祔(t)构成控制偏差: 

    e(t)=r(t)一y(t) 

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    将偏差比例(P),积分(I)和微分(D)tong过一ding线性组he构成控制量u(t)duibei控duixiang进行控制。tade控制规律wei: 

shi中:KPwei比例系数;TIwei积分shi间常数,TDwei微分shi间常数。 

    当控制量de目标值yu检测值zhi间存在误差(或chenwei控制偏差)shi,误差小,操作量就小,误差越大,操作量就越大,故控制算法中含有偏差比例项,简chenP动作。dui具有自平衡性de控制duixiangshi行比例控制,最后其步阶变化会留下一dingde误差,chenwei稳态误差或偏移。使控制算法中含有误差积穤hi壤睿上忍蟛睿騝henI动作。偏差dezengjian穋ong吃诓僮髁可希瑆ei了改善控制特性,所yi使控制算法中含有偏差微穤hi壤睿騝henD动作,wei一种预先动作。包含yi上三种动作de控制算法即weiPID控制。 

空diao过lv器专家:手术室洁净空diao先进控制系tongde设计yu实xian

    shi(1)也可yixie成: 

 shi中:KI=KP/TIwei积分系数;KD=KP?TDwei微分系数。 

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    考虑daobei控duixiang具觴ie笾秃笮裕襊LC处理de是数字量,将shi(2)li散化得: 

shi中:θdaibiao采样周期,e(k)daibiao此刻de误差,e(k一1)daibiao上次采样周期de误差。如果θ足够小,这謟hi平上嗟弊紂ue,bei控过程yu连续控制过程十分接近。这种算法chenwei位zhishi算法。位zhishi算法由于全量输出,所yimei次输出均yu过去dezhuang态有关,计算shi要duie(k)进行累加,计算机运算工作量大。而且,因wei计算机输出deu(k)dui应de是执行机构de实际位zhi,如计算机出xian故zhang,u(k)de大幅度变化,会yin起执行机构位zhide大幅度变化,这种qingkuang往往是实践中不允许de。考虑dao本系tong控制duixiang均wei阀men,故采用zeng量shiPID控制算法weiyi。 

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    将shi(3)按递推原理推得: 

shi(5)chenweizeng量shiPID算法。 

    由于控制zeng量△u(k)dequeding仅yu最近k次de采样值有关,所yijiaorongyitong过加权处理而获得jiaohaode控制效果。 

    根据xian场控制要求,bei控过程不能有过冲xianxiang即超diao出xian。然而结hexian场shi工qingkuang且温秖u⑹染哂xie笾秃筇匦裕豢杀苊鈊i具有超diao。 

    温度控制质量de决ding性环jie在于温度dePID控制参数de整dingdiaojie,PID参数整ding质量决ding了温度控制质量。在实际应用中,院穓iaoang手术蕐e奈露萪iaojieshi间尽可能de快。然而温度de快速响应,会造成超diao,并很可能形成changshi间de温度zhen荡。温度diaojie速度和温度控制精度往往不可diao和,如果在精度允许de前提蟣u涌靌iaojie速度就意味着尽可能dijian少zhen荡。tong常de做法是在PIDdiaojie过程中yin入死区来diaojie控制效果。然而,即使加了死区保护,但受制于xian场条件,其效果不具备普遍性。 

    若设dingErwei温度误差值,Eswei温度设ding值,Ebwei温度实际值,Etwei温度de死区,ze: 

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 这样dai来de后果就是即使yin入了死区,duiPIDdiaojie效果de改善也是有限de。wei此,yin入温度变化率,tong过温度变化率de变化来人weidi改变死区,这样PID计算de误差值就会改变,diaojie速度也会随zhi改变。 

    设T1wei一分钟zhi前de温度,T2wei此刻de温度,Tcwei温度de变化率,zeTc=T2一T1。tong过Tc不仅能够pan断温度desheng降变化,亦能知道温度变化de快慢。 

    由此,li用Tc和当前de温度实际误差Es一Eb来设ding温度死区。 

    若Es―Eb>0即温秗ang挥xie飀ao设ding值,且Tc>1,ze令Et=|Es―Eb|,即dui温度PIDdiaojie来说,误差Er输入wei零,这shi温度PIDze停止diaojie,rang温度自动上sheng,dadao设ding值。反zhi亦然。 

    4结语 

温度zhi接影响bing萻i耙交と嗽眃e舒shi程度,而当fang间湿度大于60%shi候,细菌繁殖de速度就会大大加快,cong控制细菌滋生de角度出发,湿度控制襜u玾ei重要。这就要求手术室内de空diao系tong能够根据特dingde算法diaojie温湿度,并根据相应操作面ban上de设ding值快速响应实shi控制要求。这里采用ji于西men子S7―224cnPLC和文本显示器TD400C构成控制系tong。?

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