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达悌巴
7 years ago
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1 基于 S7-200 PLC 的洁净手术室空调机组控制系统的设计娄奔月 1, 任良才 1, 张会明 2, 刘宁宁 (1. 中国矿业大学信息与电气工程学院, 江苏徐州 ; 2. 中利科技集团股份有限公司, 江苏常熟 ) 摘要 : 本文设计了基于 S7-200 技术的洁净手术室空调控制系统, 其能够对手术室的温度湿度压力等参数进行控制, 为病人和医护人员提供安全适宜的就医和工作环境本文首先对所用到的 Kingview6.50 S7-200 和洁净手术室空调机控制技术的发展现状进行了介绍, 然后以洁净手术室的空气处理系统为基础, 设计了由上位机组态画面电动阀门和 PLC 等组成的控制系统并且设计了控制界面, 以方便对手术室的环境进行设置和监控其中对温度湿度和压力的控制, 利用了 PID 控制策略经调试证明, 该系统能够满足洁净手术室空调控制系统的要求关键词 :PLC; 组态王 ; 洁净手术室 ; 空调控制 ;PID 中图分类号 :TP2 Design of air conditioning unit control system of an apinoid operating room based on S7-200 PLC LOU Benyue 1, REN Liangcai 1, ZHANG Huiming 2, LIU Ningning 1 (1. School of Information and Electrical Engineering,CUMT, JiangSu XuZhou ; 2. ZHONGLI SCI-TECH GROUP, JiangSu ChangShu ) Abstract: A air conditioning unit control system of an apinoid operating room based on PLC is designed in This paper. By this system,the temperature, humidity, air pressure of the operating room can be controlled and, which can provide a safe and appropriate medical treatment and work environment for patients and medical staff. This essay first gives an introduction to KINGVIEW6.50 S7-200PLC and present situation of the air conditioning unit control system of an apinoid operating room. The control systems which is made up of PLC, PC, configuration screen and electric valves based on Air treatment system is designed.and the human-machine interface of configuration control is designed to setup and monitor the environment of the operating room. The temperature, humidity, air pressure can be controlled to meet the requirements of the operating room environment by the PID control strategy. Keywords:PLC; Kingview; Apinoid operating room; air-conditioning control; PID 0 引言建设部的医院洁净手术部建筑技术规范对洁净手术室空调控制系统的技术指标提出了具体要求该系统具有数据量大模拟量多控制因素多和控制精度高等特点该规范要求洁净手术室的温度湿度压差和空气洁净度等状态参数均保持在一定的阈值范围内 [1] 对于这种要求, 依靠维护人员的手工操作或者传统的继电器控制是根本无法实现的因此, 可以设计一种基于 PLC 的洁净手术室空调控制系统, 以控制手术室内的温度湿度压力等参数 1* 作者简介 : 娄奔月,(1985-), 男, 硕士, 复杂过程控制. bylou85@126.com - 1 -

2 1 Kingview6.50 PLC(S7-200) 和洁净手术室空调机组控制技术发展现状的介绍 1.1 Kingview6.50( 组态王 ) 组态王软件是目前在工业自动监控领域应用较为广泛的组态软件, 它具有适应性强开放性好易于扩展经济开发周期短等优点 [2] 它充分利用 Windows 的图形编辑功能, 能够方便地构成监控画面, 并以动画方式显示控制设备的状态, 具有报警窗口实时趋势曲线等, 可方便的生成各种报表还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式数据链接等功能 1.2 PLC(S7-200) S7-200 系列的 PLC 优点在于以下几个方面 : 极高的可靠性 ; 极丰富的指令集 ; 便捷的操作 ; 丰富的内置集成功能 ; 强大的通讯能力 ; 丰富的扩展模块等它适用于多种场合的监控它的强大功能使其能够实现较为复杂的控制功能 1.3 洁净手术室空调机组控制技术发展现状目前, 洁净手术室的空调系统控制有多种方式除了单片机系统以外, 还 DDC 和 DCS, 而 PLC 的应用还不是很多其主要原因是传统上认为 PLC 更加适用于逻辑运算顺序控制等领域, 而不适宜于控制以模拟量为主要处理对象的空调系统事实上, 随着 PLC 在存储容量和运算能力等方面的迅速发展, 许多 PLC 产品在硬件水平大幅提升的同时, 模拟量的运算和分析能力也大大增强从发展的趋向来看,PLC 系统在运算能力上已经与 PC 控制系统差别不大, 通讯能力也大为提高, 加上其固有的可靠性扩展性和价格优势, 其必将在空调控制系统等领域中占据重要地位 2 空调机组控制系统的总体设计洁净手术室空气处理系统采用定风量系统, 由集中新风系统手术室一拖一空调系统手术室一拖二空调系统和辅房空调系统等构成手术室一拖一的空调系统由入口定风量阀亚高效过滤器循环风机中效过滤器表冷器加湿器加热器排风中效过滤器排风机和回风阀等构成 [1] 本文仅以一拖一空调系统为例, 介绍空调机组控制系统的构成本系统采用 S7-200PLC 作为下位机,PC 作为上位机, 二者通过 PPI 协议通信 2.1 PLC-PID 控制器的实现 PLC 的 PID 控制器的设计是以连续系统的 PID 控制规律为基础, 将其数字化写成离散形式的 PID 控制方程, 再跟据离散方程进行控制程序设计在连续系统中, 典型的 PID 控制系统如图 1 所示图 1 中 sp(t) 是给定值,pv(t) 是回馈量,c(t) 是系统的输出量,PID 控制的输入输出关系式为 : 1 1 M () t = KC [() e t + e() t dt de()/ t dt] M 0 T + + I TD (1) 式 (1) 中 :M(t) 为控制器的输出量,M0 为输出的初始值 ;e(t)=sp(t)-pv(t) 为误差信号 ; K C 为比例系数 ;T I 为积分时间常数 ;T D 为微分时间常数 - 2 -

3 图 1 连续循环控制系统方框图 Fig.1 Continuous loop control system block diagram 式 (1) 的右边前 3 项分别是比例积分微分部分, 它们分别与误差, 误差的积分和微分成正比如果取其中的一项或两项, 可以组成 P PD 或 PI 控制器假设采样周期为 T S, 系统开始运行的时刻为 t=0, 用矩形积分来近似精确积分, 用差分近似精确微分, 将公式 1 离散化, 第 n 次采样时控制器的输出为式 (2) 中 : n M = K e + K e+ K ( e e ) + M n C n I D n n 1 0 j= 1 (2) 式中 : e n 1 为第 n-1 次采样时的误差值 ;K I 为积分系数 ;K D 为微分系数基于 PLC 的循环控制系统如图 2 所示其中 Spn pvn en Mn 分别为模拟量在 sp(t) pv(t) e(t) M(t) 在第 n 次采样时的数字量图 2 PLC 循环控制系统方框图 Fig.2 loop control system block diagram of PLC 在许多控制系统内, 可能只需要 P I D 中的一种或两种控制类型如可能只要求比例控制或比例与积分控制, 通过设置参数可对回路进行控制类型进行选择 2.2 系统硬件设计控制方法 (1) 电机的顺序启动风机加热器表冷器加湿器除湿器, 分别由不同的电机控制, 要按顺序对它们依次启动 (2) 电气阀门定位器的控制要求阀门的开度可以调节, 就要用到阀门定位器通过控制阀门定位器以调节阀门开度的大小, 从而达到控制手术室温度的目的系统的硬件接线图 PLC 的外部接线如图 3, 图中的 KA1 KA2 KA3 KA4 KA5 为中间继电器, 控制电压为 DC24V, 分别去控制加热器制冷器加湿器表冷器风机的控制接触器 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 实现加热器制冷器加湿器表冷器风机的顺序启动指示灯也选择 24V 电压 - 3 -

4 温度传感器湿度传感器压力传感器分别接模拟输入 AIW0 AIW2 AIW4, 实现实时数据采集图 3 PLC 外部接线图 Fig.3 External wring diagram 2.3 系统软件设计组态流程图根据控制要求, 组态画面应该包括以下内容, 如图 4 图 4 组态流程图 Fig.4 Configuration flow chart 系统的控制界面系统的控制和监控画面如图 5 所示在组态王中要定义数据变量, 需要定义的变量如表 1 所示 - 4 -

5 图 5 系统的监控界面 Fig.5 Monitoring Interface 表 1 数据变量表 Tab.1 Data Variable Table 上位机与下位机的通信监控画面应该动起来, 以实时的监控室内的各个参数, 这就要求建立动画连接而要建立动画连接, 首先要实现上位机和下位机的通信与 S7-200 通讯设置的是 PC/PPI 模式, 用的是 PC/PPI 电缆, 设置的频率为 9.6kbit/s, 组态王软件和编程软件不能同时和下位机通讯设置的参数如图 6 所示 - 5 -

6 图 6 通信设置 Fig.6 Communication settings 程序流程 PLC 主程序主要由系统初始化程序设备起动程序信号采集计算比较故障诊断显示报警程序等构成程序流程图如图 7 信号采集程序如图 8 在除湿增湿调压和调温模式中, 对除湿阀加湿阀和加热阀等各调节设备均采用分段 PID 算法 [2] PID 控制流程如图 9 图 7 程序流程图 Fig.7 Program Flowchart - 6 -

7 图 8 信号采集程序 Fig.8 Program of Data Collection 3 调试结果及结论图 9 PID 控制流程图 Fig.9 Flowchart of PID control - 7 -

8 图 10 调试结果 Fig.10 Commissioning Results (1) 完成了硬件接线以后, 首先要对程序进行编译下载 (2) 运行程序, 对程序进行监控修改调试经过不断的修改, 实现控制的手动自动的控制要求 (3) 对组态画面进行通信设置动画连接 (4) 运用组态王画面控制进行调试使用控制按钮, 实现自动的控制要求并对手术室的其它一些参数进行监控, 显示实时数据 (5) 对 PID 的控制参数进行调试在 PID 控制过程中, 就是调节比例积分微分参数, 以达到最好的控制效果, 使手术室的温度湿度压力尽量的接近设定值 (6) 控制界面如图 10, 设定的温度湿度压力分别为从实时结果看, 系统基本实现了控制要求当然此监控系统的设计还有些简单, 实现的功能也较为单一, 有待进一步改进与提高 [ 参考文献 ] (References) [1] GB , 医院洁净手术部建筑技术规范 [S] [2] 西门子公司,SIMATIC S7-200 系列可编程控制器系统手册 [M]. [3] 徐国林. PLC 应用技术 [M]. 机械工业出版社,2007. [4] 马宁, 孔红. S7-300 PLC 和 MM440 变频器 [M]. 机械工业出版社, [5] 王永华. 现代电气控制及 PLC 应用技术 [M]. 北京航空航天大学出版社, [6] 组态王 6.50 使用手册 [M]. [7] 胡吉士, 奚康生, 余俊祥. 医院洁净空调设计与运行管理 [M]. 北京 : 机械工业出版社,

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Microsoft Word - A201210-60_1349949005.doc 5 10 15 20 25 一种针对在线旅游线路网页判别算法的研究与实现徐显炼, 郭燕慧 ( 北京邮电大学信息安全中心, 北京 100876) 摘要 : 随着近年来在线旅游业的快速发展, 在线旅游搜索引擎己经成为当前搜索引擎发展的一个热门方向