洁净手术室控制系统

1XXX医疗中心洁净自动化控制系统总体方案-10-16目录

21工程简介..............................................................................................................................................21.1概述...............................................................................................................................................21.2工程范围.......................................................................................................................................22.1设计依据和标准...............................................................................................................................32.2需求分析..........................................................................................................................................32.3洁净空调控制管理系统设计说明..................................................................................................42.3.1概述..........................................................................................................................................42.3.2主要设备选型..........................................................................................................................42.3.3系统通讯网络..........................................................................................................................42.4、控制和监控功能说明.................................................................................错误！未定义书签。2.4.1手术室自控系统控制原理描述...............................................................................................52.4.2中央站监控功能......................................................................................................................72.4.3手术室中央控制面板...............................................................................................................82.4.4风冷热泵监控...........................................................................................................................92.5、洁净空调控制管理系统设计特殊说明.....................................................................................92.5.1最先进的软件WINCC洁净空调控制管理系统......................................................................92.5.2节能控制..................................................................................................................................9附录1、医院手术室洁净工程自控原理图1工程简介1.1概述医疗中洁净区包括百级手术室1间，千级手术室2间、万级手术室7间、1间体外循环、无菌储藏室、仪器存放室、药品存放室、应急消毒室以及相关洁净辅助用房、洁净走廊、洁净辅助用房以及缓冲区等。本公司通过对有关图纸进行了仔细研读，并结合本公司多年来对洁净室自动控制系统的实际工程经验，从系统的当前设计到今后升级均作了仔细的考虑，以确保为整个工程提供的设备为最先进的、最节能的、最便于维护的和最操作方便的，使自动控制智能化、技术经济性能化、系统集成化；系统升级换代及系统扩展都满足贵方规格书内的条款和要求。1.2工程范围对医疗中心手术室洁净自控工程的工作范围为以下几点：a.系统的深化设计；

3b.设备的采购和供货；c.设备及部件的检查、检验、测试、包装、运输（到指定地点）、安装、调试以及设计交底；d.设备及系统的调试、整改工作；e.与其他分包商的协调配合；f.验收；g.保修期及售后服务。如果贵方根据实际情况对图纸作了局部修改，本公司可以将根据修改后的图纸再对施工图和施工方案作相应的修改。2.1设计依据和标准为了保证系统既能达到设计院的实际要求，又具有极高的可靠性，系统设计应遵从以下原则和标准：《医疗中心净化工程图》《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB-、）《采暧通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87）《采暖与卫生工程施工及验收规范》（GBJ-82）《医院洁净手术部建筑技术规范》（GB-）《洁净手术部建设实施指南》许钟麟主编以及国家现行的相关标准、规范。该系统采用国际标准控制网络RS-串行总线，稳定性高，传输速率快。并采用WindowsXP作为操作系统。系统的网络配置遵循分散控制、集中监视、资源和信息共享的基本原则，是一个工业化标准的集散型控制系统。所采用的系统网络结构完全符合GB/T-标准。采用WINCC服务器软件，该系统的网络符合监控系统软件行业标准。选用的KGM型控制器，配置相应通信模块，采用MODBUS通讯协议技术，进而大大提高了系统的可靠性。2.2需求分析医疗中心手术室洁净自动化控制系统需监控的内容有：手术室恒温、恒湿、恒压、环境状况、空调及系统和排风系统。系统要求：1、设备的可靠性要高。2、监控软件必须便于操作员的学习和掌握，其编程界面及监控界面直观形象。3、保证协同系统良好的集散性和今后的扩展性。4、需尽量采用同一厂家的高可靠性的设备，设备间良好的兼容性是长期的良好运行基础。5、采用先进的、开放式控制网络RS-串行总线技术实现集中监控管理功能，利于布线，医院手术室洁净工程的建筑特点，其设备分散，作为中央监控主站可与挂在网络总线中的任何分机进行通信，实现了监控站和DDC控制单元之间能够无限制的相互访问。

46、采用优化的控制方案，实现节能控制。空调系统将成为能源消耗的大户，采用优化的控制方案，医院手术室环境净化工程创造一个安全及舒适的工作环境，而且能大大节约能源。2.3洁净空调控制管理系统设计说明2.3.1医院手术室洁净工程的特点、功能要求及以上需求分析，我们为手术室洁净控制提供最安全的wincc系统。该系统是目前世界上最为先进的高效能、集成化的监控管理系统；根据实际需要可将手术室洁净自控系统和消防报警系统都集成在WINCC平台上；适用于手术室的环境特点及先进的控制和管理要求；选用基于MODBUS通信技术的高可靠性可编程控制器KGM，保证系统以最高的效率运行，同时具备多功能扩展接口。系统设计以满足标书的要求，采用最先进的技术和系统；根据设计院有关图纸，以最高性价比为原则，采用优化的设备配置、运行方案及管理方式，为手术室提供高效率的监控系统管理，为手术室内的设备提供良好的运行环境以及手术时提供所需求的恒温、恒湿和正负压环境。在设计本监控方案时，本公司就根据以上的原则，对控制器及其控制模块进行了合理安排，并有足够的系统扩充容量，使控制器保持一定的余量。2.3.2主要设备选型(1)硬件配制：中央主服务器选用国际知名品牌原装工控机，该工业控制计算机经过公司现场测试完全符合WINCC洁净空调控制管理系统的要求。(2)软件配置：工控机上将安装WINCC服务器/工作站软件及Windowsxp操作系统,工业工控标准接口软件及第三方的开发接口，完成WINCC与DDC控制单元之间的数据交换。(3）现场设备配置：采用KGM型控制器，支持本地及现场分布式模块，配置灵活，完全支持MODBUS通信协议本方案所采用的主要组件，例如：中央软件、控制器及主要的现场传感器均是得到广泛应用的标准设备，均采用工业标准，具有极高的可靠性。2.3.3系统通讯网络洁净空调控制管理系统采用控制总线网络和分布式集散控制系统方案，即集中显示、操作、管理和分散控制。系统是一个三层集散控制系统，最上层为WINCC监控系统，它主要负责整个系统的数据实时监控、记录以及完成人机互动，对净化系统进行操作；第二层是DDC控制单元，是分布式控制系统的主站。它主要完成对从站数据的监控、数据的交换；第三层为现场数据采集设备，主要负责现场实时控制和各种数据的采集。医院手术室洁净自控工程共有11循环机组，另外还有风冷热泵机组群。由于12个子系统，分布位置广、控制面积较大，所以采用DDC控制系统作为分站进行现场控制，配备高性能通信卡与务器进行数据交换。各个控制器通过总线与通信卡相连，与WINCC中央站进行数据交换。进而实现控制器间的

5通讯，即同层通讯，便于系统参数的共享及不同控制器间的联动控制。WINCC中央站可通过总线把信息传至各个分站综上所述，该网络方案完全符合标书要求，采用该网络方案可很好的配合手术室受控环境要求较高，功能区明确的特点。使用支持MODBUS协议输入输出模块现场化，RS-线标准。RS-串行总线采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复，传输距离远。而且RS-串行总线用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。最大可能减少跨建筑跨楼层的管线2.4.1手术室自控系统控制原理描述根据手术室的温度、湿度、正负压环境对空调机组进行控制。控制系统通过对手术室环运行环境需求对机组进行启停、制冷、制热、正负压进行控制，以达到最佳的工况。(1)手术室温度控制由温湿度一体化传感器测量温度，并将测量的温度信号送至控制单元；控制单元根据操作面板上温度的设定值，经过PID控制运算后凋节冷冻／热水管道上电动调节阀的开度(调节冷冻／热水的循环流量)，使测量温度达到设定值的要求。(2)手术室湿度控制由温湿度一体化传感器测量湿度，并将测量的温度信号送至控制单元；控制单元根据操作面板上湿度的设定值，经过控制运算后调节冷冻水管道上电动阀的开度和控制电加湿器的启停，使湿度达到设定值的要求。(3)湿度优先及电加热器控制回路夏季室外相对湿度较高时，控制单元以湿度为设定值进行控制运算后，调节冷冻水管道上电动调节阀的开度(调节冷冻水的循环流量)，达到降温除湿的目的。由此造成的温度差，由控制单元控制电加热器进行补偿；当温度达到设定值时，控制单元自动转回温度控制模式。(4)温湿度设定值保护控制温湿度值只能在国家标准范围内进行调整。控制参数表见表1。表1控制参数名称与邻近低级别洁净室最小静压差（Pa）温度（°C）湿度（%RH）百级手术室~~60千级手术室~~60万级手术室~~60洁净走廊及辅房~~60

6压差设定值%压差差旁通阀开度(5)手术室相对洁净走廊静压控制回路手术室相对洁净走廊静压由压差传感器测量，并将测量的压差信号送至控制单元，并传送到上位机显示；手术室压力由排风量阀的开度决定。调整排风量阀的开度，达到控制手术室内空气压力的目的。控制参数表见表1。(6)1个控制单元可同时连接多个手术室操怍面板每间手术室操作面板都可以对温湿度进行调整。控制单元按预定算法(如平均算法、优先算法等)进行控制。同时控制单元将系统生成的设定值发送给各手术室操作面板，方便查询。(7)全/半风量控制当手术窒处于值班状态时(按手术结束按钮)，为节约能源，由控制单元送出控制信号至空气净化处理机风机的变额器将手术室循环风量降低一半。(8)净化机机组与排风机的联锁控制净化机运行后，排风机才可运行；净化机停止后，排风机自动停止。(9)火灾报警发生时系统安全联锁控制当系统接收到火灾报警信号时，系统将自动关闭净化机、排风机等设备，使手术室处于相对安全的状态。（10)中央监控站集中控制或者手术室面板控制权限切换设定由手术室控制面板控制或由中央监控站控制。（11)根据手术室运行环境总负荷量(温度、湿度、正负压)进行控制手术室机组与手术室环境负荷相匹配，根据净化机组风机和滤网特性以及负荷计算,为每台变频器设置终阻频率和最小频率，相应对空调机组冷热二通阀开大关小和送风机变频器运行频率进行调整。针对手术中由于手术室开关门导致房间正压环境突变的情况，控制器能够迅速作出反映，调整相应执行机构，保证室内温湿度及压力环境不变。保持手术室运行时开关门时手术室正压或负压环境；保持因医护人员的增加所需要的恒温恒湿环境。对“一拖二”，“一拖三”的手术室根据手术室运行情况，进行多点压差测定，以保证每个手术室压力环境。（12)压差旁通控制（选配）压差旁通控制，即在风冷热泵机组总进水管和总回水管上设置压差旁通控制器，用PI方式调节电动两通阀。还在回水总管设有膨胀水箱；当回水压力过大的时候，通过膨胀水箱排水减压；当回水压力过低的时候进行补水，使压差保持在设定的范围内。若贵公司已在风冷热泵机组进出水处配置压差控制器，则我们可以对该压差控制器进行监控；若没有配置，我们可以根据贵公司的要求为贵公司配置该压差控制器。供回水压力PI控制见图1。

7图1供回水压力控制（13）排风系统手术室都有独立的排风系统，排风管道最后汇总后排至楼外。每间手术室的排风管上安装有止回阀、管道排风机，各手术室排风不会相互倒灌。手术室排风与空调机组联锁，只有空调机组运行后排风机才能启动，空调机组停机后或者有防火阀告警排风机也将关闭。在特殊情况下，可以通过设备层电气启动柜进行手动的强开、强停按纽实现对排风机的开启和关闭的操作。（14）设备的故障检测系统对手术室空调系统，全天候的故障监控，包括：风机故障、电加热高温告警、高中效过滤网告警、防火阀状态、变频器告警等。系统发现故障，根据故障的等级，快速对空调做出保护措施。同时一对一的监控方式，能保证其他正常空调运行。（15)采用多种软件和硬件抗干扰设计系统采取了多种软件和硬件抗干扰设计，减少系统受外部环境的干扰，使系统安全、可靠运行。2.4.2中央站监控功能采用WINCC服务器，可连续记录报警和实时数据并配置的打印机打印输出。图2WINCC监控截面截图2.4.2.1监视功能该项目中WINCC以WindowsXP为操作平台，采用工业标准的应用软件，全中文化的图形化操作界面监视整个自控系统的运行状态，以流程图画面方式动态、直观、形象地再现手术室设备运转和现场环境，动态显示全部的现场数据，净化机组、新风机组等设备中的阀门变化、温湿度变化可真实地反映在

8画面上。显示图中各监控点状态，提供修改参数或发出指令的操作指示。可提供多种途径查看设备状态，如通过平面图或流程图，通过下拉式菜单或特殊功能键进行常用功能操作，以单击鼠标的方式可逐及细化地查看设备状态及有关参数。画面的转换不超过两键，画面全部数据刷新时间小于3秒。2.4.2.2控制功能能在WINCC中央通过对图形的操作即可对现场设备进行手动控制，如设备的启/停控制。通过选择操作可进行运行方式的设定，如选择现场手动方式或自动运行方式；通过交换式菜单可方便地修改工艺参数。2.4.2.3安全性WINCC对系统的操作权限有严格的管理，以保障系统的操作安全。WINCC对操作人员以通行证的方式进行身份的鉴别和管制。操作人员的根据不同的身份可分为从低到高多个安全管理级别，并可以设置密码。WINCC软件能自动对每个用户产生一个登录/关闭时间、系统运行记录报告。2.4.2.4报警功能当系统出现故障或现场的设备出现故障及监控的参数越限时，WINCC均产生报警信号，报警信号始终出现在显示屏上，可选择声光报警。操作员必须进行确认，报警信号才能解除，但所有报警都将记录到报警汇总表中，供操作人员查看。报警共分3个优先级别。报警可设置实时报警打印，也可按时或随时打印。2.4.2.5综合管理功能WINCC对有研究与分析价值、应长期进行保存的数据，建立历史文件数据库：采用流行的通用标准关系型数据库软件包和WINCC服务器硬盘作为大容量存储器建立WINCC的数据库，并形成棒状图、曲线图等显示或打印功能。WINCC提供一系列汇总报告，作为系统运行状态监视、管理水平评估、运行参数进一步优化及作为设备管理自动化的依据，如能量使用汇总报告，记录每天、每周、每月各种能量消耗及其积算值，为节约使用能源提供依据；又如设备运行运行时间、起停次数汇总报告（区别各设备分别列出)，为设备管理和维护提供依据。WINCC可提供图表式的时间程序计划，可按日历定计划，制订手术室设备运行的时间表。可提供按星期、按区域及按月历及节假日的计划安排。2.4.2.6通信及优化运行功能WINCC中央站采用WindowsXP操作系统，通过以太网、MODBUS协议或MPI协议与其他设备通信，传送综合管理、能源计量、报警等数据，并接收其他系统发出的联动及协调控制命令，以便控制整个手术室大楼设备的优化运行。在这个系统中我们采用MODBUS通信协议。WINCC中央站与DDC控制器之间采用原装SIEMENS通讯卡，提高了整个系统的可靠性及运行的速度。能够满足画面刷新对通讯速率的要求。2.4.3手术室中央控制面板通信控制手术室中央控制面板，能实现手术室对洁净空调系统的参数读取及远程控制，包括以下功能：

9·手术室循环空调机组的启停控制和运行状态显示；·手术室温湿度的显示和调节；·手术室排风机的强制启停；·空调机组高效滤网堵塞报警提示和送风机故障提示；·时钟：包括北京时间、麻醉计时、手术计时；·灯带控制和医用气体超欠压报警；·对讲电话系统和背景音乐播放。手术室控制面板采用进口面膜，全封闭触摸操作，操作舒适，界面友好，简洁明快，美观大方。全新的高亮LED显示能全方位提示手术医护人员北京时间、麻醉计时、手术计时。控制面板采用的进口轻触式按键开关，使用频率可达数万次，用于启停手术室各控制设备，操作简单，具有良好的稳定性和可靠性。2.4.4风冷热泵监控通过WINCC远程控制风冷热泵的启/停，使操作和系统维护更加方便，如果风冷热泵机组出现告警，监控主机可以即使发出告警信号，提醒维护人员及时检修，避免造成更大的损失。WINCC时刻监控风冷热泵机组的出水温度，获得实时数据。有效而稳定的出水温度是系统稳定运行的前提保证。同时，我们还可以对风冷热泵水流进行远程控制，即水阀的开和关，以保证在必要的时候对风冷热泵机组水系统的控制。水泵是提供整个系统水压的基础，此项目的水泵采用一用一备的方式，在一台水泵不能正常运行的情况之下，系统能及时启动另外一台备用水泵，进而保证整个净化系统的水压稳定。还可以通过WINCC设置高等级用户及密码，只有有相应权限的人员才能对风冷热泵机组进行操作，从而避免误操作。2.5、洁净空调控制管理系统设计特殊说明2.5.1最先进的软件WINCC洁净空调控制管理系统WINCC是目前世界上最为先进的高效能、集成化的控制管理系统，该系统根据需要可将大楼手术室控制系统、消防报警系统及安保自动化系统集成在WINCC平台上，并适用于大楼的建筑特点及先进的控制和管理要求，包括选用基于MODBUS协议的高可靠性的可编程控制器，以及与其他供应商系统及OA系统的开放性接口。2.5.2节能控制一般而言，一个智能化手术室的空调和控制系统的能量消耗几乎占整个大楼的绝大部分，特别是空调机组，如何使这些设备高效运行，是洁净空调控制管理系统必须考虑的问题。因此，采用最优化的控制模式来满足大楼的功能要求，不仅节约能耗，而且还可使系统处于较佳的工况下运行，从而延长设备的使用寿命。能量管理：·空调冷热水系统采用优化启停控制和预测负荷控制

10·空调机组系统采用多种节能控制程序·设备的优化控制措施加入了室外气象边界条件用上述方法，WINCC可为新的智能化手术室节能20%左右。医院，大楼内机电设备数量和型号众多，并且分布于大楼的各个楼层，手术室的环境要求较高，采用WINCC软件系统统一管理空调机组设备，可监控所有设备的运行情况，并且可以通过设定时间让WINCC洁净空调控制管理系统自动对设备定时控制。WINCC的优点不仅在于对设备的监控，还可对特定的对象如环境温度进行精确的自动控制。对洁净空调系统就可通过回风温度与设定温度比较，采用PI方式调节水阀来保持回风温度的恒定，以创造一个舒适环境。主要控制功能：（1）最佳启动：根据手术室使用情况，提前开启空调设备。保证手术室手术时处于怛温恒湿的洁净舒适的环境，提前时间最短为最佳启动时间。（2）最佳关机：根据保证全部手术室未使用时情况，关闭相应的空调机组和新风设备，减少设备能耗。（3）减小再加热控制：对于使用集中供冷、分区再加热方法进行温度控制的多区单位空调系统，根据区域状态计算再加热需要量，并据此进行优化，重新设定冷冻水最佳温度（或冷盘管出口最佳温度）的控制算法，最大程度地减少冷热抵消所引起的能源消耗。（4）设定值再设定：根据室外空气的温度、湿度的变化对新风机组和空调机组的送风或回风温度设定值进行再设定，使之恰好满足区域的最大需要，以将空调设备的能耗降至最低。（5）负荷间隙运行：在满足舒适性要求的极限范围内，按实测温度和负荷确定循环周期与分断时间，通过固定周期性或可变周期性间隙运行某些设备来减少设备开启时间，减少能耗。（6）分散功率控制：在需要功率峰值到来之前，关闭一些事先选择好的设备，以减少高峰功率负荷。（7）夜间循环程序：分别设定低温极限和高温极限，按采样温度决定是否发出“供热”或“制冷”命令，实现加热循环控制或冷却循环控制。在凉爽季节，夜间只送新风，以节约空调能耗。（8）夜间空气净化程序：采样测定室内、外空气参数，并与设定值进行比较，依据是否节能效果，发出（或不发出）净化执行命令。（9）零能量区域：设置冷却和加热两个设定值，有一个既不用冷也不用热的区域，实现空间温度在该舒适范围内不消耗冷、热能源的控制。（10）循环启停程序：自动按时间循环启停工作空调机组，维护设备。

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