在潔凈手術室空調控制系統中，主要完成空氣的熱、濕交換處理過程，使其達到通風狀態點以滿足室內溫、濕度要求。其控制對象——溫度和相對濕度是兩個相關聯的參數，在調節溫度的同時，相對濕度也會隨之變化。

以往的儀表和DDC控制器往往根據需要，選擇了溫度優先或是濕度優先進行控制，使得溫濕度控制的調節時間過長，控制精度低，難以實現溫濕度同時控制。

本文結合潔凈手術室的溫濕度控制，介紹利用PLC強大的數字運算處理功能實現對潔凈空調的溫濕度控制，在組合式空調機組的功能段有選擇性的對空氣進行混合、降溫、除濕、加溫、加濕等處理，實現溫濕度的最佳控制，此方案溫濕度控制系統響應速度快、穩定性好，也可用于其它空調的溫濕度控制中。

系統概述及硬件組成

潔凈手術室溫濕度控制主要由表冷、電加熱、電加濕三個部分構成，并置于組合式空調機組中，夏季通過表冷器和擋水板析出冷凝水，對空氣進行降溫除濕處理，電加熱對空氣升溫。冬季表冷器對空氣進行升溫處理，電加濕則用于增加空氣的相對濕度，最終達到送風溫度和濕度的控制要求。其結構如圖1所示。

圖1 組合式空調機組配置示意圖

潔凈手術室控制系統主要由PLC系統、溫濕度傳感器、表冷系統、電加熱設備、電加濕設備和手術室控制面板等幾個部分組成。系統結構框圖如圖2所示。

圖2 系統結構框圖

在該系統中，PLC控制器選用S7-200系列的CPU224以及擴展模擬量輸入模塊EM231和模擬量輸出模塊EM232，EM231為四模擬量輸入模塊，EM232為兩模擬量輸出模塊。溫濕度傳感器選用SIEMENS公司QFM2160風管溫濕度傳感器，QFM2160傳感器輸出對應溫濕度的0~10V標準電壓信號，送至EM231的輸入接口，同時送至OMCS-5000C進行顯示。

模擬輸出信號經EM232輸出接口控制表冷閥、電加濕器和電加熱器模塊，分別進行閥門開度、加濕量和加熱量的控制。手術室控制面板采用OMCS-5000C，表冷控制器選用SIEMENS公司SQX62執行器和VVF31二通閥進行控制，電加熱選用STY-380D三相調壓模塊控制電阻絲的加熱。

通過手術控制面板對溫度和濕度進行設定，手術控制面板將溫濕度設定值轉換為0-10V電壓信號，與EM231模塊連接。CPU224用于實現邏輯控制和模擬運算，通過I/O口控制風機、電加濕和電加熱的啟停，通過模擬量輸出控制表冷閥的開度、電加濕、電加熱的工作，最終對室內溫濕度進行控制。

系統軟件設計

本控制系統主要包括風機控制、溫度控制和濕度控制三個部分。潔凈手術室溫、濕度設定一般為t=21~27℃，φ=40%~65%。[[4]]根據北方氣候情況，表冷器中在冬季供暖時為熱水（水溫一般大于45℃），其它季節為冷水（水溫一般小于9℃）。按設定溫濕度與環境溫濕度之間的關系，將控制系統工作情況分為三種：

1) 環境溫度>設定溫度，環境相對濕度>設定相對濕度。新風與回風混合后，由表冷器降溫除濕后，使得濕度等于設定濕度，電加熱工作將溫度提升至設定溫度，然后送風到室內。工作過程如圖3（a）所示。

2) 環境溫度>設定溫度，環境相對濕度<設定相對濕度。新風與回風混合后，由表冷器降溫至設定溫度，使得溫度等于設定溫度，電加濕工作將濕度提升至設定濕度，然后送風到室內。工作過程如圖3（b）所示。

3) 環境溫度<設定溫度，環境相對濕度<設定相對濕度。新風與回風混合后，由表冷器升溫至設定溫度，使得溫度等于設定溫度，電加濕工作將濕度提升至設定濕度，然后送風到室內。工作過程如圖3（b）所示。

圖3 控制系統工作過程

系統在工作時， 首先啟動風機運行。隨后PLC通過溫濕度傳感器測量回風的溫濕度并與設定值相比較，根據不同工況進行運算。PLC通過數字I/O口對風機、加熱、加濕電源進行控制，通過模擬輸出接口對閥門開度、電加熱、電加濕進行相應控制。設置PLC定時中斷0中斷時間為250ms，在中斷程序中完成PID運算。

在自動控制系統中，PID控制算法作為一個經典的控制算法得到了廣泛的應用。S7-224提供了標準PID回路指令，使得PID算法的編程和實現變得非常容易。PID運算的輸出結果，控制偏差e趨向零，使系統達到穩定狀態。

S7-200CPU提供的PID回路指令（比例、積分、微分回路）基于公式執行PID計算。PID回路操作取決于存儲在36個字節回路表中的9個參數。調整參數值的大小，可以很方便地改變溫度和濕度偏差及偏差變化率，從而快速實現溫濕度控制。

結語

利用PLC具有穩定性高、結構靈活等特點，實現室內溫濕度的智能控制。在上述溫濕度控制系統中，根據不同工況采取相對應的策略進行控制。該溫濕度控制系統已在天津和山西地區4所醫院投入運行，控制精度為：溫度±0.5℃、相對濕度±3%以內。

運行結果表明，該溫濕度控制系統具有較高的抗干擾能力，可靠性高，運行穩定，完全能滿足潔凈手術室對溫度與濕度控制的應用要求。

（本文編自《電氣技術》，作者為武培雄。）