狂犬疫苗自動恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李洋

摘要：本文闡述了狂犬疫苗恒溫室的設(shè)計方案?？刂葡到y(tǒng)利用KWY-A溫控器來實現(xiàn)PID高精度溫度三段式控制，采用模糊算法，優(yōu)化控制系統(tǒng)，不但實現(xiàn)了必要的聲光報警而且具有溫控參數(shù)及其測溫數(shù)據(jù)的顯示功能。

關(guān)鍵詞：狂犬疫苗；KWY-A溫控器；PID；模糊控制

中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A

文章編號：1671-1580（2017）12-0175-03

狂犬病毒嚴重威脅著人類的健康，狂犬病一旦發(fā)病，死亡率幾乎100%，全球每年由狂犬病毒引起-的死亡人數(shù)約5萬多例。目前狂犬疫苗是抵御狂犬病毒的最有效的手段，從細胞培養(yǎng)和病毒繁殖對環(huán)境的要求來看，為保證狂犬疫苗的毒力，穩(wěn)定適宜的溫度環(huán)境是必須的，否則將導(dǎo)致細胞培養(yǎng)和發(fā)育不一致，病變時間相差太大。所以如何保證狂犬疫苗制劑的質(zhì)量要求，恒溫室溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。

一、恒溫室控制要求

本項目狂犬疫苗生產(chǎn)車間恒溫室控制要求控溫精度為0.5℃，控溫曲線可調(diào)可控，升溫速率可調(diào)節(jié)?？販胤绞讲捎酶呔萈ID調(diào)節(jié)器，使用模糊控制原理對調(diào)節(jié)器進行參數(shù)整定。本項目涉及到的主要有三個控制間，分別用于烘干、檢定和培養(yǎng)疫苗。

（一）檢定區(qū)

檢定區(qū)房間面積約9平米，溫度控制33℃，需有降溫控制，降溫時不影響房間內(nèi)溫度變化，避免因降溫使房間內(nèi)溫度迅速下降，加溫、降溫同時工作。

（二）疫苗培養(yǎng)間

疫苗培養(yǎng)間房間面積26平米，溫度控制37℃。

（三）烘干房間

烘干房間面積約40平米，房間整體溫度達到45℃，濕度不大于60%，房間進行排風(fēng)，排風(fēng)同時維持房間內(nèi)壓差平衡。（用于烘干）

二、恒溫室溫度自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

（一）恒溫室溫度自動控制系統(tǒng)的整體設(shè)計方案

本項目的溫度控制系統(tǒng)是基于KWY-A溫度控制器實現(xiàn)的。恒溫室溫度自動控制系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，如圖1所示。

系統(tǒng)中核心部件是KWY-A溫控器，溫度的控制主要由它來完成?？梢栽跍囟瓤刂破魃显O(shè)定要求的溫度參數(shù)，由溫度傳感器采集恒溫室均勻溫度，系統(tǒng)把傳感器信息反饋到溫度控制器上，由溫度控制器，輸送命令到各個執(zhí)行器，調(diào)節(jié)升溫加熱速率，采用漸進方式控制，有效防止虛值溫度上沖。

控溫曲線分三段控制，最大限度避免控制過程對恒溫室運行的穩(wěn)定性帶來影響?？刂齐娂訜岬募訜崃浚ㄟ^控制冷媒流量，調(diào)節(jié)恒溫室溫度過高時降溫速率，通過精控、精調(diào)有效避免加熱、制冷同時工作。該系統(tǒng)的升溫加熱、降溫控制為同一臺溫度控制器控制，避免兩套控制系統(tǒng)間產(chǎn)生的誤差。

溫度采集點在房間的頂板正中下20cm位置。由于房間較大，為了使房間的溫度均勻，更好地控制溫度恒定，選用德國施樂百循環(huán)風(fēng)機。經(jīng)過計算，檢定區(qū)恒溫室循環(huán)風(fēng)機額定風(fēng)量1000m³/h，全壓850Pa，功率為1.1kW，電加熱量為4kW，電加熱功率5kW；疫苗培養(yǎng)間循環(huán)風(fēng)機額定風(fēng)量1500～2500m³/h，機外余壓600Pa，功率1.1kW，電加熱量12kW，電加熱功率15kW。烘干間循環(huán)風(fēng)機額定風(fēng)量為2500～3500m³/h，機外余壓600Pa，功率為2.2kW，電加熱量為22kW，電加熱功率為24kW。同時，在出風(fēng)口位置加裝散流板，使熱空氣在房間內(nèi)形成亂流，從而保證室內(nèi)氣流的均勻性得到有效保證。

（二）KWY-A溫控器

KWY-A溫控器是采用PID調(diào)節(jié)的高精度溫控儀表，運用模糊控制實現(xiàn)自整定方式，采用熱電阻PT100做感溫元件，測量范圍為0～59.9℃；采樣周期為1s；有三路相同的周波過零可控硅觸發(fā)控制輸出。同時顯示采集溫度和控制輸出值；溫度顯示分辨度0.1℃；其控溫曲線分三段，升溫速率可調(diào)節(jié)；恒溫控制精度好于±0.5℃；KWY-A溫控器設(shè)有溫度下限偏差報警、上限偏差報警和切斷加熱主回路電源報警、溫度采集故障報警、上電控制參數(shù)自檢故障報警。報警方式為面板狀態(tài)燈指示、燈光和聲音報警信號輸出。

KWY-A溫控器采取的相應(yīng)的安全措施有：

故障危及安全時關(guān)斷自動控制方式下的可控硅觸發(fā)輸出；

故障危及安全時輸出切斷加熱主回路電源信號；

出現(xiàn)溫度采集故障時關(guān)斷自動控制方式下的可控硅觸發(fā)輸出；

雙看門狗功能。

KWY-A溫度控制器包括控制器面板、輸入/輸出接線后板和控制主板三部分組成。

1.控制器面板

控制器面板如圖2所示。面板上排數(shù)碼管為綠色，通常用于顯示測量溫度，在設(shè)置參數(shù)時，則用于顯示參數(shù)代碼和參數(shù)值，當溫度采集有故障時，還用于顯示故障信息。面板下排數(shù)碼管為紅色，用于顯示自動或手動的控制輸出值。

面板上有P/M、RL、RH、RU、RP五個指示燈，除P/M為紅綠雙色外，其余皆為紅色。RL燈亮表示下限溫度報警。RH燈亮表示上限溫度報警。RU燈亮表示分閘溫度設(shè)定。RP燈亮表示上電時控制參數(shù)自檢出錯。PM為綠色表示控制是自動方式，PM為紅燈表示控制是手動方式，燈閃爍表示控制程序在運行，不閃爍表示控制程序已停止運行（即死機）。

面板中有6個操作鍵，名稱及功能定義如下。

①Q(mào)鍵：使控制器回到顯示溫度和輸出值的狀態(tài)。

②鍵：使控制器進入?yún)?shù)查詢或設(shè)置態(tài)。

③△鍵：數(shù)值增加鍵。

④鍵：數(shù)值減小鍵。

⑤W鍵：參數(shù)新值確認鍵。

⑥P/M鍵：自動/手動切換鍵；設(shè)置參數(shù)時移動光標。

2.輸入/輸出接線后板

輸入/輸出后板接線端的布局、接線端的編號、接線端的功用分類如圖3所示。

溫度曲線分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三段。在Ⅰ、Ⅱ階段，升溫速率受內(nèi)部參數(shù)控制，Ⅲ段是恒溫段。

4.控制器的工作狀態(tài)

控制器分三種工作狀態(tài)，它們是顯示態(tài)、參數(shù)設(shè)置態(tài)和輸出方式設(shè)置態(tài)。在顯示態(tài)中，顯示面板上PV顯示測量溫度，MV顯示輸出值；在參數(shù)設(shè)置態(tài)中，PV顯示參數(shù)代碼和數(shù)值，MV仍舊顯示輸出值；在輸出方式設(shè)置態(tài)中，PV顯示測量溫度，MV顯示手動輸出值。

三種工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換操作如圖5所示。

（三）系統(tǒng)運行

在設(shè)備安裝完畢之后，要用分辨率為0.1℃的高精度溫度計對傳感器誤差和控制器的測量誤差進行一次修正，具體做法是：將溫度計放在傳感器旁邊，溫度穩(wěn)定之后，對比溫度計和控制器指示的溫度值，調(diào)節(jié)控制器，使控制器顯示的溫度值與溫度計的指示值相符，即完成了控制系統(tǒng)的測量誤差的修正。系統(tǒng)運行期間恒溫控制穩(wěn)定。

三、總結(jié)

本文設(shè)計了一套狂犬疫苗生產(chǎn)車間的恒溫控制系統(tǒng)，由于東北季節(jié)更替的溫差較大，晝夜的變化、突發(fā)情況等因素也會引起恒溫室溫度的高低變化?；贙WY-A溫控器的恒溫控制系統(tǒng)，簡化了控制體統(tǒng)的復(fù)雜性，同時避免了電加熱頻繁啟動，采用一定頻率輸出實現(xiàn)節(jié)能目的，控制精度好于0.5℃，滿足了狂犬疫苗的培養(yǎng)對溫度的控制要求。KWY-A溫控器有一定的通用性，除了本項目中對狂犬疫苗車間的溫度控制系統(tǒng)可以使用，類似的恒溫控制系統(tǒng)均可以使用。endprint