北京藍普鋒科技有限公司 王貴超 宋宇豪

抗擊疫情，讓每個人感受到了中國力量！

2020年下半年以來，中國經(jīng)濟穩(wěn)健增長，各項經(jīng)濟指標持續(xù)好轉(zhuǎn)，取得疫情防護成功后的中國經(jīng)濟顯示出強大動能。再對比國外疫情蔓延、毫無終止的現(xiàn)狀，國內(nèi)抗疫取得的成就讓中國人多了幾分自豪感！

疫情的防護離不開科學(xué)的防控措施，更離不開醫(yī)療自動化科技的全力保障。

各省區(qū)為適應(yīng)新冠疫情的防治工作和突發(fā)疫情的需求，加強了疾病預(yù)防控制中心的建設(shè)，包括新建新冠病毒核酸檢測實驗室，擴大負壓隔離病房數(shù)量等。這其中，如何設(shè)計好滿足新冠疫情防護要求的負壓隔離潔凈通風(fēng)系統(tǒng)，成為了關(guān)鍵所在。

藍普鋒公司依據(jù)《疾病預(yù)防控制中心建設(shè)標準》，采用自主研發(fā)的可編程控制器（PLC）為控制核心，通過對新風(fēng)凈化機組和排風(fēng)凈化消毒機組進行集中式管控，為負壓隔離病房提供先進的潔凈通風(fēng)系統(tǒng)。值得稱道的是，該方案僅用一套RPC2000系列PLC就可實現(xiàn)全部功能。CPU模塊自帶開關(guān)量輸入和輸出，通過擴展模塊實現(xiàn)32路模擬量輸入和16路模擬量輸出，同時控制15間負壓隔離實驗室。憑借強大的運算和控制能力，RPC2000高效、精準地實現(xiàn)了以往2至3套小型PLC才能實現(xiàn)的各項功能。

潔凈通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

負壓隔離室采用先進的通風(fēng)系統(tǒng)，形成隔離區(qū)域不同位置的氣壓梯度，確保隔離區(qū)域的氣壓低于自然界氣壓，讓自然界空氣可以流入到隔離區(qū)域。通過負壓隔離可以對傳染性疾病起到污染隔絕的作用，防止受到疾病污染的空氣對病房以外的環(huán)境和患者以外的人的感染。

天津市某疾病預(yù)防控制中心是第一批認定的核酸檢測機構(gòu)。按新冠病毒核酸檢測實驗室的要求，該中心以符合生物安全二級實驗室建設(shè)標準進行規(guī)劃。潔凈通風(fēng)系統(tǒng)通過監(jiān)測、控制、數(shù)據(jù)分析、報警等手段，確保空氣潔凈度、負壓值和負壓梯度等各項指標滿足新冠病毒核酸檢測實驗室的各項要求。

空氣潔凈等級

潔凈通風(fēng)系統(tǒng)要達到潔凈室空氣潔凈度的標準規(guī)范。近期新建的新冠病毒核酸檢測實驗室，對空氣潔凈等級從過往的初效標準，提升到中效過濾標準。

在潔凈通風(fēng)系統(tǒng)中，PLC通過對排風(fēng)機頻率控制，維持室內(nèi)換氣、空氣稀釋并排除室內(nèi)有害氣體，保證醫(yī)患人員的安全和舒適性。

負壓控制與實現(xiàn)

負壓隔離區(qū)域包括產(chǎn)物分析、擴增室、核酸提取、試劑配制、P2實驗室、細胞培養(yǎng)、P2+實驗室等7個實驗區(qū)域，共15間負壓隔離房，潔凈有效區(qū)域近400平米。

在負壓隔離區(qū)，空氣必須保證是單方向流動，讓外界新鮮空氣流向隔離區(qū)。單方向流動將避免給隔離區(qū)空氣造成二次污染，這一切都需要負壓控制來實現(xiàn)。

分布在各房間的差壓傳感器連接PLC，監(jiān)測每個房間室內(nèi)外壓差值，并與系統(tǒng)設(shè)計值進行比較，通過PLC的PID運算，調(diào)節(jié)房間排風(fēng)管路上的電動風(fēng)閥執(zhí)行器，保持室內(nèi)負壓值在要求范圍內(nèi)。

負壓梯度設(shè)定與實現(xiàn)

根據(jù)負壓值控制外界新鮮空氣的流入，負壓梯度保證空氣從低污染區(qū)向高污染區(qū)流動。7個不同類型的實驗室，受污染的程度不同，負壓依次設(shè)定為：-30Pa(產(chǎn)物分析)、-20Pa(擴增室)、-20Pa(細胞培養(yǎng))、-20Pa(P2+實驗室)、-10Pa(P2實驗室)、-10Pa(試劑配制)、-10Pa(核酸提取)。負壓梯度的建立，可以降低空氣污染程度，抑制病毒的傳播，實現(xiàn)環(huán)境安全。

根據(jù)設(shè)定的負壓目標值，通過PID控制，每個房間均可達到負壓梯度控制目標。

PLC通過控制和運算，實現(xiàn)對排風(fēng)機和送風(fēng)機的調(diào)控。排風(fēng)機與空調(diào)機組送風(fēng)機連鎖動作，送風(fēng)機和排風(fēng)機的啟、停動作同步。排風(fēng)機根據(jù)設(shè)于總風(fēng)管上的壓差傳感器，根據(jù)設(shè)定值與實測值的比較，通過PID運算，控制排風(fēng)機運行頻率。

監(jiān)測與報警

PLC將各項數(shù)據(jù)上傳到觸摸屏(HMI)，用于顯示負壓實驗室設(shè)備運行狀態(tài)，各個實驗室內(nèi)當前負壓、故障信息、實時曲線、歷史曲線等。對各個房間設(shè)置目標負壓，設(shè)置負壓上下限報警值，并且將各個房間的情況進行展示。

數(shù)據(jù)顯示及控制終端

潔凈通風(fēng)系統(tǒng)控制方案中，采用藍普鋒公司RPC2000系列PLC作為硬件平臺。通過一套PLC，實現(xiàn)15間負壓隔離實驗室潔凈排風(fēng)系統(tǒng)的控制功能。CPU模塊自帶數(shù)字量輸入和數(shù)字輸出，通過擴展模塊連接模擬量輸入和模擬量輸出，控制系統(tǒng)具體配置如下：

CPU模塊RPC2107N

1)使用數(shù)字量DI/DO對排風(fēng)機組和送風(fēng)機組進行啟動、停止，對濾網(wǎng)反饋實現(xiàn)警戒報警，并進行人工干預(yù)；

2)自帶2路RS485接口，1路實現(xiàn)與變頻器通訊，1路預(yù)留數(shù)據(jù)傳輸；

3)自帶1路以太網(wǎng)接口，該接口實現(xiàn)與HMI通訊，如HMI改用預(yù)留RS485通訊，可用于潔凈排風(fēng)系統(tǒng)與管理中心平臺對接。

模擬量輸入模塊RPC2313

1)單模塊為8路模擬量輸入通道，共計32路；

2)15路用于對風(fēng)閥開度反饋，15路用于負壓反饋，1路風(fēng)道數(shù)據(jù)采集，1路預(yù)留。

模擬量輸出模塊RPC2321

1)單模塊為4路模擬量輸出通道，共計16路；

2)15路用于風(fēng)閥開度控制；

3)1路用于排風(fēng)機頻率控制。

潔凈通風(fēng)系統(tǒng)比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)要求更高，采用先進的自動化技術(shù)可確保生命安全。潔凈通風(fēng)系統(tǒng)必須24小時不間斷運行，一臺CPU主機進行15路PID運算，在確保穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品性能提出了更高要求。該系統(tǒng)已在天津市某疾病預(yù)防控制中心平穩(wěn)運行了較長時間，藍普鋒公司高性能PLC得到了客戶的稱贊！