一体式医用真空负压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真空负压机电气控制系统，包括中央控制部和至少两个完全相同的电机单元控制部，所述中央控制部与所有电机单元控制部之间相互电连接；中央控制部分别控制每个电机单元控制部工作、或所述中央控制部失效后启动每个电机单元控制部之间的相互联机运行；中央控制部包括中央控制器、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/自动控制模块和相序保护模块；每个电机单元控制部包括电机控制器、为单个真空泵电机提供电源的动力电源模块、为单个真空泵电机提供保护的电机保护控制模块、负荷开关、电机人机界面触摸屏和真空电磁阀；本发明还提供一体式医用真空负压机电气控制方法。

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真空负压机电气控制系统及其电气控制方法。

【背景技术】

全国中等以上的医院均采用集中负压泵站的形式向手术室、病房和其它需要使用负压吸引科室提供负压气体，工作时，集中负压泵站利用医用气体管路系统，通过真空泵抽吸，使系统各管路产生医用负压，在手术室、抢救室、治疗室和各个病房的终端处产生吸力，提供医疗使用。

现有技术中，常见的负压吸引设备一种为手动方式，另一种为电动方式，手动方式提供的负压不稳定，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。

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，一台机组真空吸引不足时，另一台机组不能自动追随启动，补充真空度；另外，由于两台真空泵的工作时间不一致，损耗也就不一致，给维保工作带来困难，增加维保费用；同时遇到压力泵发生问题时，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，中央控制部监控故障时每个电机单元控制部具有独立运行功能的一体式医用真空负压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：

一体式医用真空负压机电气控制系统，包括中央控制部和至少两个完全相同的电机单元控制部，所述中央控制部与所有电机单元控制部之间相互电连接；所述中央控制部分别控制每个电机单元控制部工作、或所述中央控制部失效后启动每个电机单元控制部之间的相互联机运行；

所述中央控制部包括中央控制器、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/自动控制模块和相序保护模块，所述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央控制器独立连接，中央控制器通过手动/自动控制模块控制每个电机单元控制部的手动或自动启停，中央控制器通过相序保护模块控制每个电机单元控制部的手动或自动启停；中央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电机单元控制部的运行状态、以及进行声光报警；

每个电机单元控制部包括电机控制器、为单个真空泵电机提供电源的动力电源模块、为单个真空泵电机提供保护的电机保护控制模块、负荷开关、电机人机界面触摸屏和真空电磁阀，通过电机人机界面触摸屏和电机控制器控制单个真空泵电机的启停、真空电磁阀的开闭、以及与中央控制器和其它电机单元控制部中单个真空泵电机的联机运行。

进一步地，所述中央控制部还包括与中央控制器电连接的紧急停止模块。

进一步地，所述中央控制器和电机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，所述电机保护控制模块为单个真空泵电机提供保护的电机断路器。

进一步地，所述动力电源模块为单个真空泵电机提供交流电源的交流接触器。

进一步地，每个电机单元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，且每增加一个电机单元控制部分别增加一个单独独立的电机控制箱体。

进一步地，所述电机单元控制部上的负荷开关为压力传感器。

一体式医用真空负压机电气控制方法，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电机单元控制部紧急停机；

步骤2、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；

步骤3、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电机单元控制部进行手动操作单个真空泵电机启停、真空电磁阀开关；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，控制断电器报警信号未闭合，电机单元控制部之间的联机信号闭合，且报警信号均未闭合时，自动运行程序开始执行，控制输出灯光信号，三色灯指示模块中绿灯常亮；

步骤4、系统运行开始执行后，当1#第一电机单元控制部的联机信号X3闭合，输出启动信号，触发第一电机单元控制部启动信号，使真空泵电机启动，收到启动信号的第一电机单元控制部在设定的延时时间内反馈一个“运行中信号”，使中央控制部与第一电机单元控制部之间的联机信号闭合，如果超过延时时间未收到反馈信号，系统将报警，并停用当前第一电机单元控制部，直到报警解除；

步骤5、当第一电机单元控制部的联机信号断开，第二电机单元控制部的联机信号闭合时，输出第二电机单元控制部的启动信号，触发第二电机单元控制部启动信号，使得第二电机单元控制部的真空泵电机启动，收到启动信号的第二电机单元控制部在设定的延时时间内反馈一个“运行中信号”，使得中央控制部与第二电机单元控制部之间的联机信号闭合，如果超过延时时间未收到反馈信号，系统将报警，并停用当前第二电机单元控制部，直到报警解除；

步骤6、当第一电机单元控制部的联机信号和第二电机单元控制部的联机信号均闭合时，第一电机单元控制部优先工作、且与第二电机单元控制部轮流运行；

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)、电机单元控制部的控制步骤

a、中央控制部与电机单元控制部之间的联机控制

步骤8、当系统上电后，电机断路器收到闭合信号闭合，系统处于待机状态，中央控制部与电机单元控制部之间的联机信号闭合；

步骤9、当启动信号闭合时，电机控制器输出启动信号，驱动接触器线圈使其主触点和常开触点闭合，真空泵电机对应的动力电源模块打开动力电源，接触器闭合后将反馈的主电路信号闭合，此时真空泵电机起动，并输出电机单元控制部的运行中信号；

步骤10、10秒钟后，输出真空电磁阀信号，从而打开真空电磁阀；若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，中央控制部将认为电机单元控制部故障而报警，将断开启动信号，使真空泵电机停机；

b、每个电机单元控制部之间的相互联机运行

步骤11、当中央控制部故障或其它损坏的情况下，电机单元控制部与其它电机单元控制部之间相互联机运行；

当系统上电，电机断路器接收闭合信号闭合，系统处于待机状态，中央控制部的联机信号X4断开，系统将计时30秒，计时时间到达以后，此时系统属于电机单元控制部与其它电机单元控制部之间的联机运行模式，系统会在延时时间到达以后，自动运行第一电机单元控制部；

步骤12、压力传感器输出上限开关量、下限开关量给每个电机单元控制部的电机控制器；当压力下限开关闭合时，电机控制器输出电机启动信号，打开真空泵电机的动力电源，反馈主电路闭合信号给电机控制器，真空泵电机起动，并输出运行中信号；

步骤13、10秒钟后，输出真空电磁阀信号，打开真空电磁阀；

步骤14、当压力上限开关闭合时，电机控制器停止输出电机启动信号和电机运行中信号，断开真空泵电机和真空电磁阀电源，并且输出该电机单元控制部工作完成信号给下一个电机单元控制部，此时系统处于待机状态；

步骤15、下一个电机单元控制部收到上一个电机单元控制部的完成信号后，在压力降低再次使压力下限开关闭合时，下一个电机单元控制部执行同样的控制流程，只到压力上限开关闭合停机，输出完成信号给上一个电机单元控制部；如此循环，可使每个电机单元控制部控制的每个真空泵电机轮流工作。

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，每个电机单元控制部也设置于一个单独独立的电机控制箱体中，可以以电机单元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电机单元控制部工作，当中央控制部故障或其它损坏的情况下，每个电机单元控制部之间的相互联机运行；工作时电机单元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电机单元控制部具有独立运行功能，且双电机单元控制部互为备用，一个电机单元控制部出现故障时，另一个电机单元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是本发明电机单元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】

一体式医用真空负压机电气控制系统，如图1所示，包括中央控制部1和两个完全相同的电机单元控制部2，中央控制部1与所有电机单元控制部2之间相互电连接；中央控制部1分别控制每个电机单元控制部2工作、或中央控制部1失效后启动每个电机单元控制部2之间的相互联机运行。

继续如图1所示，中央控制部1包括中央控制器10、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、相序保护模块16和与中央控制器10电连接的紧急停止模块17，该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、相序保护模块16和紧急停止模块17分别与中央控制器10独立连接，中央控制器10通过手动/自动控制模块15控制每个电机单元控制部2的手动或自动启停，中央控制器10通过相序保护模块16控制每个电机单元控制部2的手动或自动启停；中央控制器10还分别通过模拟量A/D转换模块13和三色灯指示模块17跟随及监测每个电机单元控制部2的运行状态、以及进行声光报警；其中，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。

继续如图1所示，每个电机单元控制部2包括电机控制器20、为单个真空泵电机21提供电源的动力电源模块(图中未示)、为单个真空泵电机21提供保护的电机保护控制模块22、负荷开关23、电机人机界面触摸屏24和真空电磁阀25，通过电机人机界面触摸屏24和电机控制器20控制单个真空泵电机21的启停、真空电磁阀25的开闭、以及与中央控制器10和其它电机单元控制部2中单个真空泵电机21的联机运行。其中，每个电机单元控制部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，且每增加一个电机单元控制部2分别增加一个单独独立的电机控制箱体。

具体装配中，中央控制器10和电机控制器20均为可编程控制器，电机保护控制模块22为单个真空泵电机21提供保护的电机断路器，动力电源模块为单个真空泵电机21提供交流电源的交流接触器，电机单元控制部2上的负荷开关23为压力传感器。

由于该系统采用开放式模块拼接结构，因此，可以以电机单元控制部为单位模块化无限拼装，便于安装及移位，免去医院制作基础费用。

该一体式医用真空负压机电气控制方法，包括以下步骤：

(一)、中央控制部的控制步骤，如图2所示，

步骤1、当系统上电后，紧急停止模块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X0断开，系统和所有由中央控制部控制的电机单元控制部紧急停机，除了在中央控制器上有急停以外，急停按钮另一组触点负责断开单个真空泵电机的动力电源，起到双重保护作用；

步骤2、相序保护模块中“控制继电器信号”X2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X2闭合，从而触发控制器报警；

步骤3、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电机单元控制部进行手动操作单个真空泵电机启停、真空电磁阀开关；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X0未断开，控制断电器报警信号X2未闭合，电机单元控制部之间的联机信号X3或X6闭合，且报警信号X5和X10均未闭合时，自动运行程序开始执行，控制输出灯光信号Y11，三色灯指示模块中绿灯常亮；

步骤4、系统运行开始执行后，当1#的第一电机单元控制部的联机信号X3闭合，输出启动信号Y3，触发1#的第一电机单元控制部启动信号，使1#的真空泵电机启动，收到启动信号的1#的第一电机单元控制部在设定的延时时间内反馈一个“运行中信号”，使中央控制部与1#的第一电机单元控制部之间的联机信号X4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1#第一电机单元控制部，直到报警解除；

步骤5、当1#第一电机单元控制部的联机信号X3断开，2#的第二电机单元控制部的联机信号X6闭合时，输出第二电机单元控制部的启动信号Y4，触发2#的第二电机单元控制部启动信号，使得第二电机单元控制部的真空泵电机启动，收到启动信号的第二电机单元控制部在设定的延时时间内反馈一个“运行中信号”，使得中央控制部与2#第二电机单元控制部之间的联机信号X7闭合，如果超过延时时间未收到反馈信号，系统将报警，并停用当前第二电机单元控制部，直到报警解除；

步骤6、当1#的第一电机单元控制部的联机信号X3和2#的第二电机单元控制部的联机信号X6均闭合时，1#第一电机单元控制部优先工作、且与2#的第二电机单元控制部轮流运行；

其中，模拟量A/D转换模块中的压力值上、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，经模拟量A/D转换模块转换成数字信号后，再由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；

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Y0X1手动/自动开关Y1X2控制继电器信号Y2联机信号输出X31#单元部联机Y31#单元部启动X41#单元部运行中Y42#单元部启动X51#单元部报警Y5X62#单元部联机Y6蜂鸣器X72#单元部运行中Y7红灯X102#单元部报警Y10黄灯Y11绿灯

(二)、电机单元控制部的控制步骤

联机模式设计了两种控制方式，一种是中央控制部与电机单元控制部之间相互连通的中控联机控制模式，一种是当中控联机控制模式失效(中央控制器故障或其它损坏)的情况下，电机单元控制部与其它电机单元控制部之间相互联机运行的电机单元控制部控制方式；

电机单元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，在电机人机界面触摸屏上操作，在模式选择栏点击“本地模式”可将本地模式打开，此时可在手动界面进行“手动”或“点动”控制真空泵电机起、停。

电机单元通常工作在“联机模式”，在电机人机界面触摸屏界面点击“联机模式”可激活，同时界面显示“联机模式”字样；

a、中央控制部与电机单元控制部之间的联机控制

步骤8、当系统上电后，电机断路器收到闭合信号X3闭合，系统处于待机状态，中央控制部与电机单元控制部之间的联机信号X4闭合，此时系统属于中控联机控制模式；

步骤9、当启动信号X5闭合时，电机控制器输出启动信号Y0，驱动接触器线圈使其主触点和常开触点闭合，真空泵电机对应的动力电源模块打开动力电源，接触器闭合后将反馈的主电路信号X2闭合，此时真空泵电机起动，并输出电机单元控制部的运行中信号Y5；

步骤10、10秒钟后，输出真空电磁阀信号Y1，驱动中间继电器线圈使其常开触点闭合，从而打开真空电磁阀；若运行中信号Y5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，中央控制部将认为电机单元控制部故障而报警，将断开启动信号X5，使真空泵电机停机；

b、每个电机单元控制部之间的相互联机运行

步骤11、当中央控制部故障或其它损坏的情况下，电机单元控制部与其它电机单元控制部之间相互联机运行；

当系统上电，电机断路器接收闭合信号X3闭合，系统处于待机状态，中央控制部的联机信号X4断开，系统将计时30秒，计时时间到达以后，此时系统属于电机单元控制部与其它电机单元控制部之间的联机运行模式，在电机单元控制部的电机控制器程序中，设定了电机单元控制部的排列序号1、2、3等，该序号可在电机人机界面触摸屏上更改，系统会在延时时间到达以后，自动运行1#第一电机单元控制部；

步骤12、由于压力模拟量输入在中央控制部上，压力值无法获取，所以设计时，每个电机单元控制部中增加了一个压力传感器，压力传感器输出上限开关量、下限开关量给每个电机单元控制部的电机控制器；当压力下限开关X7闭合时，电机控制器输出电机启动信号Y0，驱动接触器线圈使其主触点和常开触点闭合，打开真空泵电机的动力电源，接触器闭合后将反馈主电路闭合信号X2给电机控制器，真空泵电机起动，并输出运行中信号Y5；

步骤13、10秒钟后，输出真空电磁阀信号Y1，驱动中间继电器线圈使其常开触点闭合，打开真空电磁阀；

步骤14、当压力上限开关X6闭合时，电机控制器停止输出电机启动信号Y0和电机运行中信号Y5，接触器及线圈失电而断开真空泵电机和真空电磁阀电源，并且输出该电机单元控制部工作完成信号Y3给下一个电机单元控制部，此时系统处于待机状态；

步骤15、下一个电机单元控制部收到上一个电机单元控制部的完成信号后，在压力降低再次使压力下限开关X7闭合时，下一个电机单元控制部执行同样的控制流程，只到压力上限开关X6闭合停机，输出完成信号给上一个电机单元控制部；如此循环，可使每个电机单元控制部控制的每个真空泵电机轮流工作。而不会在中央控制部失效的情况下，需要人为手动控制或使系统无法运行。

以上步骤中，电机单元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

输入接点信号名输出接点信号名X0Y0电机启动X1Y1真空电磁阀X2主电路接触器闭合信号Y2X3电机断路器闭合信号Y3本机工作完成X4中控联机信号Y4本机准备好X5中控启动信号Y5本机运行中X6压力开关上限Y6故障信号输出X7压力开关下限X10下一单元部联机信号X11下一单元部完成信号

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电机单元控制部工作，当中央控制部故障或其它损坏的情况下，每个电机单元控制部之间的相互联机运行；工作时电机单元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。