洁净手术部中央监控系统的实际应用.pdf
洁净手术部中央监控系统的实际应用 胡建瑛【摘 要】介绍了中央监控系统在洁净手术部自动控制系统中的应用,其通过工业组态软件开发出方便洁净手术部日常操作管理的人机交互界面,利用现场工业级可编程控制器为核心的控制柜,控制净化杌组及其辅助设备与手术部人机操作界面进行数据交换,实时监控.中央监控系统是未来洁净手术部向高度自动化、集中化、数字化方向发展过程中不可或缺的重要环节.【期刊名称】医疗卫生装备【年(卷),期】2010(031)005【总页数】3 页(P89-90,96)【关键词】洁净手术部;中央监控系统;可编程控制器;工业组态软件【作 者】胡建瑛【作者单位】353000,福建南平,南平市第一医院维修中心【正文语种】中 文【中图分类】R612 洁净手术部1是近年来快速发展的医疗工程项目，它的出现有效地降低了术后的病患感染率，改善了手术环境，提高了手术的整体质量。洁净手术部的核心部分是净化空调系统，该系统运行的质量直接影响着整个洁净手术部的使用效果。因此，提高净化空调系统的可操作性和可维护性，会在很大程度上提高整个净化手术部的性能。对于洁净手术部，尤其是规模比较大的洁净手术部，由于手术室和净化机组的设备数量众多，操作和维护也具有相对的专业性，不仅医护人员操作不便，工程技术人员管理起来也有一定的难度，其需要对所有设备和辅助设备按照档案的形式建立数据记录，以方便故障查询和对故障进行分析处理。针对以上问题，需要建立一种既能够方便操作，又能够对各种净化设备和辅助设备进行实时监控，还能够形成历史数据存储的人机操作系统。综合现有各种人机操作设备和系统，只有建立在 PC 基础上的人机操作系统才能达到需要的效果。2.1 对整个操作系统设置合理高效的网络拓扑结构 净化空调机组的控制系统是按照“一机一柜”的控制原则建立的2。在每一台净化循环空调机组附近，设立一台以现场工业级可编程控制器（programmable logical controller，PLC）3为核心的净化机组控制柜。该控制柜控制着对应的净化机组及其辅助设备，同时担负着与手术室内的人机操作界面进行数据交换的任务。考虑到启动、停止设备的可靠性和布线、接线的简单要求，净化机组控制柜与手术室内人机界面的数据交换方式采用干触点信号和 RS485 总线混合连接的布线方式。手术室人机界面提供的启动、停止设备干触点信号作为输入信号传至对应的可编程控制器（PLC）内，达到启动、停止设备的目的。同时，手术室内对机组回风温度、湿度的设定值和控制柜采集的机组回风温度、湿度实时值通过 RS485 总线进行数据交换。可编程控制器与手术室人机界面的通讯模式是主从模式。整个净化空调系统需要采集供水温度作为控制系统的一项主要参数。为了节省采集所需的水温传感器个数，统一整个净化空调控制系统的工况，需要在一处采集供水温度，然后传至各个机组控制系统。由于各个净化空调机组控制柜靠近所控制的净化空调机组，所以各个控制柜的相对距离不是很固定，RS485 总线可以适应 1 000 m 左右的传输距离4，能够适应各个净化空调机组控制柜之间的通讯需要。因此，各空调机组控制柜之间的通讯采用 RS485 方式；由于距离较远，布线采用“手拉手”的布线方式以防止数据在传输时失真。其中一个空调机组控制柜和其他机组控制柜的通讯模式为主从模式。中央监控系统需要不断采集大量的数据，如果采用工业以太网结构，成本太高，且没有太大必要。如果其作为主机与每个净化空调系统控制柜分别进行轮巡式串行通讯，可以最大限度地保持数据的实时性。但是，这种结构就需要净化空调机组控制柜中的可编程控制器，其具备一主两从共 3 个串行通讯接口，这种可编程控制器价格昂贵，并且多采用扩展模块拼装方式，可靠性和可操作性有所降低，维修成本较高，维护工作复杂。如果使中央监控系统只与在各个空调机组控制柜相互通讯中作为主机的可编程控制器通讯，利用该主机采集其他净化空调机组控制柜各种参数，然后传至中央监控系统。以上方式只需要可编程控制器具备一主一从共 2 个串行通讯接口，大大降低了控制系统成本，提高了系统的可靠性和可维护性，并且节省了中央监控系统到各个净化空调机组控制柜的通讯总线。但是该方案降低了数据采集的实时性，延迟了操作时间。考虑到各个净化空调机组的主要控制权在各自的机组控制柜，且温湿度参数变化的时间间隔也比较长，考虑综合的性能价格比，所以决定还是采用此种方式。由于净化新风机组担负了整个净化空调系统的温度预处理、除湿、加湿功能，所以其温湿度设定值是固定的，无需与手术部内的人机界面进行数据交换，所以其对应的空调机组控制柜内可编程控制器多出一个“主”串行通讯接口。我们正好将新风机组控制柜内的可编程控制器作为各个空调机组控制柜相互通讯中的主机，该控制器的“从”串行通讯接口与中央监控系统通过 RS485 总线相连，作为各种数据交换传输的枢纽。同时，空调供水温度信号接入新风机组控制柜，该信号传输过程为处理通讯。如果该信号接入其他空调机组控制柜，就会出现通讯处理通讯的过程，浪费了传输时间。整个净化空调机组自动控制系统的拓扑图如图 1 所示。2.2 制定所有通讯间所需的通讯协议 可编程控制器的通讯协议是标准的工业协议 MODBUS 协议5中的 ASCII 模式。为了适应数据远距离传输的需要，串行通讯的波特率设为 9 600，数据位为 7 位，校验位为偶校验，停止位为 1 位。由于可编程控制器作为“从”的串行通讯接口是 RS232 标准6，需要 RS232 转 RS485 的接口转换装置将其转为 RS485 标准。在传输的数据中，有一些开关量信号，包括机组运行状态、开关机信号、冷热源信号、各种辅助设备运行状态和各种报警状态；还包括一些模拟量信号，以及空调供水温度、温湿度实时值和设定值、空调水阀开度实时值和设定值。因为在传输数据当中开关量信号占绝对多数，如果各种开关量信号各自占用一个字节，就会造成传输的数据大量增加。为了解决这个问题，使开关量信号作为位信号，这样可以最大限度地减少数据传输量。由中央监控系统发出的开关机信号作为位信号，在传输中可能会出现误码，造成设备错误的启停动作。为了减小该错误发生的概率，由中央监控系统发出的开关机信号作为模拟信号。中央监控系统与新风机组控制柜内的可编程控制器进行通讯，可参照可编程控制器设备厂商提供的开发软件中的通讯协议编制，由于是一对一进行通讯，无需考虑数据传输的负担问题。同时，由于中央监控系统是开发在 PC 基础之上的，PC 上的串行通讯接口与可编程控制器上的“从”接口都是 RS232 接口，该总线对于需要穿过楼层且电磁环境较为复杂的设备之间的通讯无法胜任，所以两方均需 RS232转 RS485 的接口转换装置将其间的通讯转为 RS485 标准。2.3 可编程控制器和中央监控系统的软件设计 可编程控制器的软件编制不仅要考虑净化机组控制柜之间通讯的要求，还要考虑一旦通讯（包括净化机组控制柜之间的通讯和中央监控系统与新风机组控制柜的通讯）出现问题，系统能够在最短的时间内通过最简便的手段使得净化空调系统能够正常运行。这样就确立了整个系统控制信号的优先级：手术室内的人机界面产生的开机信号和在该信号有效时的温度设定值优先于中央监控系统产生的开机信号和在该信号有效时的温度设定值。同时，一旦中央监控系统处于开机时发生通讯故障或该系统发生故障，应该能够通过手动操作使得空调机组停止运行并能再次正常开启，所以作为通讯枢纽的新风机组控制柜内可编程控制器接收的各机组中央监控开机信号，不能位于断电保存的区域。中央监控系统要具备合理和人性化的操作界面，同时又要为采集的大量数据设置海量的存储数据库。如果采用人机界面程序和数据库程序分别开发的方式，不仅工作量巨大，造成软件出错的可能性大大增加；还会造成衔接困难、修改升级复杂和成本增加等一系列问题。因此，我们选择工业控制组态软件来作为中央监控系统的开发平台，在此基础上进行应用开发。考虑到使用者的实际需要，我们可以依托 PC的强大功能和开发软件完备的性能，在操作界面中增加密码设定和操作限制功能、定时启动净化空调机组功能、历史数据查询功能等。这样大大方便了洁净手术部的日常管理工作，同时为维护和维修提供了历史数据。组态软件良好的动画效果可以令操作者更直接地观察设备运行情况，摆脱了乏味的文字操作。综上所述，洁净手术部中央监控系统可以为日常管理和维护人员提供方便科学的净化空调系统操作平台。如果手术部内的其他设备是由智能控制器控制并具备标准工业传输协议，同样可以将其纳入中央监控系统涉及的范围，这样可以使洁净手术部管理和使用更好地向高度自动化、高度集中化的方向发展，最终形成智能型的数字化手术部。由此可以看出，洁净手术部中央监控系统是未来手术部管理不可或缺的重要一环，也是未来手术部自动控制系统的灵魂。Chinese Medical Equipment Journal，2010，31（5）：89-90，96【相关文献】1许钟麟.洁净手术部建设实施指南M.北京：科学出版社，2004：3.2曾青松，张伟仁.计算机网络工程M.北京：冶金出版社，2006：9-11.3胡学林.可编程控制器原理及应用M.北京：电子工业出版社，2007：3-6.4王惠中，王强，李策.微机原理及接口技术M.北京：机械工业出版社，2008：344-345.5徐世许，宫淑贞，彭涛.可编程控制器应用指南编程通信联网M.北京：电子工业出版社，2007：405.6潘新民.计算机通信技术M.北京：电子工业出版社，2006：196-205.
