一体式医用空气压缩机电气控制系统及其电气控制方法

摘要

本发明提供的一体式医用空气压缩机电气控制系统，包括中央控制部和至少两个完全相同的空压机控制部，中央控制部包括中控控制器、中央开关及控制电源模块、中央人机界面触摸屏、模拟量A/D转换模块、三色灯指示模块、手动/自动控制模块和串行通信模块，每个空压机控制部包括空压控制器、动力电源模块、空压保护控制模块、电流A/D转换模块、压力A/D转换模块、温度A/D转换模块、空压人机界面触摸屏、空压开关及控制电源模块、空压相序保护模块和吸附式干燥机模块；本发明还提供一体式医用空气压缩机电气控制方法。

说明书

【技术领域】

本发明涉及电气系统控制技术，尤其涉及一体式医用空气压缩机电气控制系统及其电气控制方法。

【背景技术】

空压机也叫空气压缩机，全国中等以上的医院均采用集中医用空气压缩的形式向手术室、病房和其它需要使用医用空气的科室提供医用压缩气体，工作时，医用空气压缩机利用医用气体管路系统，通过压缩机，使系统各管路产生医用压缩空气，在手术室、抢救室、治疗室和各个病房的终端处产生医用压缩空气，提供医疗使用。

现有技术中，常见的医用空气压缩设备一种为手动方式，另一种为电动方式，手动方式提供的医用压缩空气不稳定，两台机组的运行靠人工切换、操作不方便，储气罐和过滤器由工作人员定期排污，工作人员的工作量大。且由于空压机的压力开关存在差异性，使用时，空压机再次开启后，经常出现第一台空压机始终运行，第二台空压机基本上处于停机状态。此外，第一台空压机始终运行，运行时间较长，温度较高，易出现积碳，积碳严重就会进一步出现拉缸现象，这样就需要经常更换空压机机头。

电动方式存在自动化程度低、无法连续供电，且随着病人的数量不断增多，当医院某个时段的用气量超过了原设计的供气量时，一台机组医用压缩空气不足时，另一台机组不能自动追随启动，补充医用空气；工作时，只有一台机组启动后运行，后序的另一台机组基本处于停机状态，前序机组一直工作的空压机机头温度过高，积碳严重，易拉缸头，造成空压机机头经常损坏，需要经常更换；而且，空压机的储气罐周期性出现气压偏低，影响管路正常运行；同时，各台空压机运行受各自的压力开关控制，控制不协调。

另外，由于两台压缩机的工作时间不一致，损耗也就不一致，给维保工作带来困难，增加维保费用；同时遇到压缩机发生问题时，无法继续工作，电气化程度低的问题；在出现异常情况，没有声光报警功能，不能进行远程报警与远程监控。

【发明内容】

本发明提供一种采用中央集成控制，采用追随运转和轮流运转的双重工作模式，全自动化和手动两种控制方式自由切换，实时的信息传送与报警的一体式医用空气压缩机电气控制系统及其电气控制方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一体式医用空气压缩机电气控制系统，包括中央控制部和至少两个完全相同的空压机控制部，所述中央控制部与所有空压机控制部之间相互电连接并分别控制每个空压机控制部工作；

所述中央控制部包括中控控制器、中央开关及控制电源模块、中央人机界面触摸屏、模拟量A/D转换模块、三色灯指示模块、手动/自动控制模块和串行通信模块，所述中央开关及控制电源模块、中央人机界面触摸屏、模拟量A/D转换模块和三色灯指示模块分别与中控控制器独立连接，中控控制器通过手动/自动控制模块控制每个空压机控制部的手动或自动启停；中控控制器还分别通过模拟量A/D转换模块和三色灯指示模块跟随及监测每个空压机控制部的运行状态、以及进行声光报警；所述中控控制器通过串行通信模块以modbus RTU协议和RS485接口与每个空压机控制部之间进行数据通信传输；

每个空压机控制部包括空压控制器、为双位空压电机和双位风机提供电源的动力电源模块、为双位空压电机和双位风机提供保护的空压保护控制模块、电流A/D转换模块、压力A/D转换模块、温度A/D转换模块、空压人机界面触摸屏、空压开关及控制电源模块、空压相序保护模块和吸附式干燥机模块，空压控制器通过空压相序保护模块控制每个空压机控制部的手动或自动启停，通过空压人机界面触摸屏和空压控制器控制双位空压电机和双位风机的启停、控制吸附式干燥机模块启动吸干机工作、以及与其它空压机控制部的联机运行。

进一步地，所述中央控制部还包括与中控控制器电连接的中央紧急停止模块。

进一步地，所述空压机控制部还包括与空压控制器电连接的空压紧急停止模块。

进一步地，所述中控控制器和空压控制器均为可编程控制器。

进一步地，所述中央控制部设置于一个单独独立的中控箱体内，该中控箱体为一个独立箱体。

进一步地，所述空压保护控制模块为双位空压电机和双位风机提供保护的电机断路器。

进一步地，所述动力电源模块为双位空压电机和双位风机提供保护提供交流电源的交流接触器。

进一步地，每个空压机控制部设置于一个单独独立的电机控制箱体中，该电机控制箱体为一个独立箱体，且每增加一个空压机控制部分别增加一个单独独立的电机控制箱体。

一体式医用空气压缩机电气控制方法，包括以下步骤：

(一)、中央控制部的控制步骤

步骤1、当系统上电后，紧急停止模块为常闭，当紧急情况发生时，按下箱体面板上急停按钮，紧急停止模块断开，系统和所有由中央控制部控制的空压机控制部紧急停机；

步骤2、手动/自动控制模块中，当转换开关“手动/自动开关”转到“手动”位置时，在中央人机界面触摸屏上对每个空压机控制部进行手动启停操作和其他输出行为；

步骤3、当转换开关转到“自动”位置时，同时中央人机界面触摸屏上的“自动运行开关”打开，并且紧急停止模块上的急停信号未断开，空压机报警信号均未闭合时，自动运行程序开始执行，中控控制器输出蜂鸣信号，蜂鸣器响5次提醒，同时三色灯指示模块中绿灯闪亮5次之后变成常亮；

步骤4、系统运行开始执行后，当第一空压机控制部的联机信号闭合，输出启动信号，触发空压机启动信号，收到启动信号的空压机会在设定的延时时间内反馈一个“运行中信号”控制断电器闭合，如果超过延时时间未收到反馈信号，系统将报警，并停用当前空压机，直到报警解除；

步骤5、当第一空压机控制部的联机信号断开，第二空压机控制部的联机信号闭合时，输出第二空压机控制部的启动信号，触发第二空压机控制部启动信号，使得第二空压机控制部的空压电机启动，收到启动信号的空压机在设定的延时时间内反馈一个“运行中信号”，使得断电器闭合，如果超过延时时间未收到反馈信号，系统将报警，并停用当前第二空压机控制部，直到报警解除；

当空压机联机信号和空压机联机信号均闭合时，空压机优先且与空压机轮流运行；

步骤6、当第一空压机控制部的联机信号和第二空压机控制部的联机信号均闭合时，第一空压机控制部优先工作、且与第二空压机控制部轮流运行；

步骤7、断电重启，当系统在正常运行时，突然断电的情况下，当再次上电后，在没有停机报警信号的情况下，系统将自动运行，执行当前的输出；

(二)、空压机控制部的控制步骤

空压机控制部控制模式分为本地模式和联机模式，本地模式通常只在调试时，或者更换了电机或重新连接了电机电缆时使用，使用时，在空压人机界面触摸屏上操作，将面板上的“本地/远程”选择开关转到“本地”可将本地模式打开，此时可在手动界面进行“手动”或“点动”控制电机起、停；

空压电机通常工作在“联机模式”上，将面板上的“本地/远程”选择开关转到“远程”可将联机模式打开；

中央控制部与空压机控制部之间的联机控制：

步骤8、当系统上电，系统处于待机状态，空压紧急停止模块的急停信号常闭，相序保护信号常开，中央控制部输入的联机信号闭合，此时系统属于中央控制部控制的联机模式，系统输出吸附式干燥机模块的接通信号，闭合后吸附式干燥机通电；

步骤9、当中央控制部的启动信号闭合时，中控控制器输出启动信号，驱动接触器线圈使其主触点闭合，第一空压电机对应的动力电源模块打开动力电源，此时第一空压电机起动，并输出第一空压机控制部的运行中信号；同时，第一空压控制器程序将累计第一空压电机运行时间，当第一空压电机温度达到设定的启动第一风机的限定值后，输出接触器闭合信号，驱动风机接触器的线圈闭合，从而启动第一风机冷却；若第一空压机控制部的运行中信号反馈给中央控制部以后，在中央控制部设定延时内压力值无变化的情况下，中央控制部将认为第一空压机故障而报警，将断开中央控制部的启动信号，使第一空压机停机；

步骤10、当第一电机运行时间累计超过1小时后，程序将指向第二空压机控制部的第二电机，当中央控制部的启动信号再次闭合时，中控控制器将输出主接触器闭合信号，驱动接触器线圈使其主触点闭合，第二空压电机对应的动力电源模块打开动力电源，此时第二空压机控制部对应的第二电机起动，并输出运行中信号，同时，第二空压控制器程序将累计第二电机运行时间，当主机温度达到设定的启动第二风机的限定值后，输出接触器闭合信号，驱动第二风机接触器线圈闭合，从而启动第二风机冷却；若运行中信号反馈给中央控制部以后，在中控中央控制部设定延时内压力值无变化的情况下，中央控制部将认为第二空压机故障而报警，将断开启动信号，使第二空压机停机；

步骤11、空压机控制部的单机系统中设置了电机加载的压力下限和压力上限，当一个电机运行达到设定时间后，压力值仍低于加载的压力下限时，表明用气量过大，将起动另一个空压机控制部的第二个电机；当压力值高于设定的加载压力上限时，系统程序将使运行中的所有电机停机；

步骤12、当排水阀故障报警信号输入时排水阀闭合，当相序错误信号输入时相序保护报警闭合，当急停报警信号输入时急停断开，以及三相电流不平衡、排气压力过高、电机温度过高、风机过载情况发生时，系统将报警停机；且系统的排气压力、主机温度、工作电流、电机运行状态、报警数据将通过串行通信模块的RS485串口与中控控制器进行数据的通信传输。

本发明的有益效果是：

本发明采用开放式模块拼接结构，中央控制部设置于一个单独独立的中控箱体内，每个空压机控制部也设置于一个单独独立的电机控制箱体中，可以以空压机控制部为单位模块化无限拼装，便于安装及移位，且免去医院制作基础费用。

同时，中央控制部采用中央集成控制、自动化程度高，中央控制部分别控制每个空压机控制部工作，工作时空压机控制部之间采用追随运转和轮流运转的双重工作模式，并可以采用全自动化和手动两种控制方式自由切换，实时的信息传送与报警。

而且，中央控制部监控故障时每个空压机控制部具有独立运行功能，且双空压机控制部互为备用，一个空压机控制部出现故障时，另一个空压机控制部马上投入工作，可保证系统工作的稳定性，增强系统运行的安全性。

【附图说明】

图1是本发明的系统连接关系示意图；

图2是本发明中央控制部的控制流程图；

图3是本发明空压机控制部的控制流程图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

【具体实施方式】

一体式医用空气压缩机电气控制系统，如图1所示，包括中央控制部1和两个完全相同的空压机控制部2，中央控制部1与所有空压机控制部2之间相互电连接并分别控制每个空压机控制部工作。

继续如图1所示，该中央控制部1包括中控控制器10、中央开关及控制电源模块11、中央人机界面触摸屏12、模拟量A/D转换模块13、三色灯指示模块14、手动/自动控制模块15、串行通信模块16和与中控控制器电连接10的中央紧急停止模块17，该中央开关及控制电源模块11、中央人机界面触摸屏12、模拟量A/D转换模块13和三色灯指示模块14分别与中控控制器10独立连接，中控控制器10通过手动/自动控制模块15控制每个空压机控制部2的手动或自动启停；中控控制器10还分别通过模拟量A/D转换模块13和三色灯指示模块14跟随及监测每个空压机控制部2的运行状态、以及进行声光报警；其中，该中控控制器10通过串行通信模块16以modbus RTU协议和RS485接口与每个空压机控制部2之间进行数据通信传输；

继续如图1所示，每个空压机控制部2包括空压控制器20、为双位空压电机21和双位风机22提供电源的动力电源模块(图中未示)、为双位空压电机21和双位风机22提供保护的空压保护控制模块23、电流A/D转换模块24、压力A/D转换模块25、温度A/D转换模块26、空压人机界面触摸屏27、空压开关及控制电源模块28、空压相序保护模块29、吸附式干燥机模块30和与空压控制器20电连接的空压紧急停止模块31，空压控制器20通过空压相序保护模块23控制每个空压机控制部2的手动或自动启停，通过空压人机界面触摸屏27和空压控制器20控制双位空压电机21和双位风机22的启停、控制吸附式干燥机模块30启动吸干机工作、以及与其它空压机控制部的联机运行。

其中，中控控制器10和空压控制器20均为可编程控制器，空压保护控制模块23为双位空压电机21和双位风机22提供保护的电机断路器；动力电源模块为双位空压电机21和双位风机22提供保护提供交流电源的交流接触器。该中央控制部1设置于一个单独独立的中控箱体内，该中控箱体为一个独立箱体；每个空压机控制部2设置于一个单独独立的电机控制箱体中，该电机控制箱体为一个独立箱体，且每增加一个空压机控制部分别增加一个单独独立的电机控制箱体。

该一体式医用空气压缩机电气控制方法，包括以下步骤：

(一)、中央控制部的控制步骤

步骤1、当系统上电后，紧急停止模块上的急停按钮信号X0为常闭，当紧急情况发生时，按下箱体面板上急停按钮，紧急停止模块上的急停按钮信号X0断开，系统和所有由中央控制部控制的空压机控制部紧急停机；

步骤2、手动/自动控制模块中，当转换开关“手动/自动开关”转到“手动”位置时，在中央人机界面触摸屏上对每个空压机控制部进行手动启停操作和其他输出行为；

步骤3、当转换开关转到“自动”位置时，同时中央人机界面触摸屏上的“自动运行开关”打开，并且紧急停止模块上的的急停按钮信号X0未断开，空压机报警信号X3和X6均未闭合时，自动运行程序开始执行，中控控制器输出蜂鸣信号Y0，蜂鸣器响5次提醒，同时三色灯指示模块中绿灯闪亮5次之后变成常亮；

步骤4、系统运行开始执行后，当1#第一空压机控制部的联机信号X4闭合，输出启动信号Y5，触发1#空压机启动信号，收到启动信号的空压机会在设定的延时时间内反馈一个“运行中信号”X2来控制断电器闭合，如果超过延时时间未收到反馈信号，系统将报警，并停用当前空压机，直到报警解除；

步骤5、当1#的第一空压机控制部的联机信号X4断开，2#的第二空压机控制部的联机信号X7闭合时，输出第二空压机控制部的启动信号Y6，触发2#的第二空压机控制部启动信号，使得第二空压机控制部的空压电机启动，收到启动信号的空压机在设定的延时时间内反馈一个“运行中信号”X5，使得断电器闭合，如果超过延时时间未收到反馈信号，系统将报警，并停用当前第二空压机控制部，直到报警解除；

当空压机联机信号和空压机联机信号均闭合时，空压机优先且与空压机轮流运行；

步骤6、当1#的第一空压机控制部的联机信号X4和2#的第二空压机控制部的联机信号X7均闭合时，1#的第一空压机控制部优先工作、且与2#的第二空压机控制部轮流运行；

工作时，压力值上、下限作为系统输出的关键标志，由负压变送器输出的4～20mA的电流信号，经压力A/D转换模块转换成数字信号后，再由负压控制器程序进行比例计算求出，当压力值达到设定上限时，系统暂停输出启动信号，待压力值低于下限值时，再次启动运行信号；

中控控制器配置了串行通信模块，中央控制部作为主站以modbus RTU协议和利用RS485接口以双绞屏蔽线与每个空压机控制部之间进行数据通信传输；

步骤7、断电重启，当系统在正常运行时，突然断电的情况下，当再次上电后，在没有停机报警信号的情况下，系统将自动运行，执行当前的输出；

以上步骤中，中央控制部中输入接点或输出接点对应的信号名如下表1所示：

表1

输入接点信号名输出接点信号名X0急停按钮Y0蜂鸣器(三色灯)X1手动/自动开关Y1红灯(三色灯)X21#机运行中Y2黄灯(三色灯)X31#机故障Y3绿灯(三色灯)X41#联机中Y4联机信号输出X52#机运行中Y51#机启动X62#机故障Y62#机启动X72#联机中Y7

(二)、空压机控制部的控制步骤

空压机控制部控制模式分为本地模式和联机模式，本地模式通常只在调试时，或者更换了电机或重新连接了电机电缆时使用，使用时，在空压人机界面触摸屏上操作，将面板上的“本地/远程”选择开关转到“本地”可将本地模式打开，此时可在手动界面进行“手动”或“点动”控制电机起、停；

空压电机通常工作在“联机模式”上，将面板上的“本地/远程”选择开关转到“远程”可将联机模式打开；

空压相序保护模块中“控制继电器信号”加在三相主电源回路上，监测主动力电源相序或缺相保护的报警信号输入，当发生相序错误或缺相时，报警信号闭合，从而触发控制器报警；

中央控制部与空压机控制部之间的联机控制：

步骤8、当系统上电，系统处于待机状态，空压紧急停止模块的急停信号X7常闭，空压相序保护模块中相序保护信号X6常开，中央控制部输入的联机信号X11闭合，此时系统属于中央控制部控制的联机模式，系统输出吸附式干燥机模块的接通信号Y3，接通吸干机接触器线圈，使接触器线圈闭合后吸附式干燥机通电；

步骤9、当中央控制部的启动信号X12闭合时，中控控制器输出启动信号Y6，驱动接触器线圈使其主触点闭合，第一空压电机对应的动力电源模块打开动力电源，此时1#的第一空压电机起动，并输出第一空压机控制部的运行中信号Y2；同时，第一空压控制器程序将累计第一空压电机运行时间，当第一空压电机温度达到设定的启动第一风机的限定值后，输出接触器闭合信号Y4，驱动1#的风机接触器的线圈闭合，从而启动第一风机冷却；若第一空压机控制部的运行中信号Y2反馈给中央控制部以后，在中央控制部设定延时内压力值无变化的情况下，中央控制部将认为第一空压机故障而报警，将断开中央控制部的启动信号X12，使第一空压机停机；

步骤10、当1#的第一电机运行时间累计超过1小时后，程序将指向第二空压机控制部的2#第二电机，当中央控制部的启动信号X12再次闭合时，中控控制器将输出主接触器闭合信号Y11，驱动接触器线圈使其主触点闭合，第二空压电机对应的动力电源模块打开动力电源，此时第二空压机控制部对应的2#第二电机起动，并输出运行中信号Y2，同时，第二空压控制器程序将累计第二电机运行时间，当主机温度达到设定的启动第二风机的限定值后，输出接触器闭合信号Y5，驱动2#第二风机接触器线圈闭合，从而启动第二风机冷却；若运行中信号Y2反馈给中央控制部以后，在中控中央控制部设定延时内压力值无变化的情况下，中央控制部将认为第二空压机故障而报警，将断开启动信号X12，使第二空压机停机；

步骤11、空压机控制部的单机系统中设置了电机加载的压力下限和压力上限，当一个电机运行达到设定时间后，压力值仍低于加载的压力下限时，表明用气量过大，将起动另一个空压机控制部的第二个电机；当压力值高于设定的加载压力上限时，系统程序将使运行中的所有电机停机；

步骤12、当排水阀故障报警信号X5输入时排水阀闭合，当相序错误信号X6输入时相序保护报警闭合，当急停报警信号X7输入时急停断开，以及三相电流不平衡、排气压力过高、电机温度过高、风机过载情况发生时，系统将报警停机；且系统的排气压力、主机温度、工作电流、电机运行状态、报警数据将通过串行通信模块的RS485串口与中控控制器进行数据的通信传输。

以上步骤中，空压机控制部中输入接点或输出接点对应的信号名如下表2所示：

表2

整个电气控制方法中，采用中央集成控制、自动化程度高，中央控制部分别控制每个空压机控制部工作，工作时空压机控制部之间采用追随运转和轮流运转的双重工作模式，并可以采用全自动化和手动两种控制方式自由切换，实时的信息传送与报警。

以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。