УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ МЕДИЦИНСКОГО АППАРАТА СУВ НА ОСНОВЕ ПЛК

Актуальным фактором является внедрение современных систем управления технологическими процессами на основе программируемых логических контроллеров ПЛК, что значительно повышает надежность работы установок, качество принятия решений при возникновении нештатных ситуаций.

В статье рассмотрена система управления медицинской установкой СУВ "РЕАБОКС" на базе контроллера Альфа.

СУВ "РЕАБОКС" – сухая углекислая ванна с лечебным процессом [1], повышающим содержание углекислого газа в крови пациента. Установка представляет собой индивидуальный бокс (рисунок 1) с герметически закрывающейся дверью и открытой горловиной. Для приема процедуры пациент располагается внутри бокса. Голова пациента находится снаружи бокса и герметизируется мягкой шейной манжетой. В состав установки входят: бокс; стандартный баллон с пищевой углекислотой (СО₂); регулируемый редуктор; насос подачи воздуха; клапан вытяжки, клапан воздуха и клапан газа; тепловентилятор, состоящий из нагревателя и вентилятора.

Управление ванной, клапанами, насосом, нагревателем, вентилятором осуществляется с помощью выключателя, кнопки ПУСК; датчика температуры и датчика контроля человека.

Принцип действия системы поясняют временные диаграммы.

Рисунок 1. Бокс

Этап подготовки СУВ к приему пациента.

Рисунок 2. Диаграмма поддержания температурного режима

В исходном состоянии при включённом питании осуществляется поддержание заданного температурного режима (рисунок 2), работает тепловентилятор, который перемешивает и подогревает воздух в боксе до заданной температуры. Цифры, соответствующие температуре, выводятся на табло блока управления. Температура в боксе поддерживается в диапазоне 30÷40 ⁰С.

Этап подачи газа и выполнения процедуры (рисунок 3).

На этапе подачи газа открывается клапан подачи газа, слышен характерный шум газа, поступающего в бокс, в это время вентилятор циркуляции не работает. Время подачи газа 3 минуты. После этого клапан перекрывает подачу газа из баллона. Включается тепловентилятор циркуляции и происходит регулирование температуры.

Рисунок 3. Диаграмма подачи газа и лечебной процедуры

Продолжительность процедуры 12 минут. Подача газа начинается по нажатию кнопки ПУСК, при этом дверь бокса должна быть закрыта.

Этап вытяжки (рисунок 4).

Рисунок 4. Диаграмма вытяжки

На этом этапе открываются два отверстия (в задней нижней стороне бокса): входное - для забора воздуха; выходное - для выброса отработанного газа. Включается насос, подающий воздух в бокс.

По окончании вытяжки (3 мин.) звучит звуковой сигнал и срабатывает световая индикация. Табло гаснет.

Рисунок 4. Дискретная система управления СУВ

В данной работе предложена дискретная система управления СУВ (рисунок 4) с помощью программируемого логического контроллера α-Серии фирмы Mitsubishi Electric [2]. Перед созданием системы управления было составлено словесное описание проектируемой системы: выявлено количество и технические характеристики входных элементов и исполнительных механизмов. Задачи автоматизации реализованы с использованием языка функциональных блоков FBD. Моделирование программы выполнено в автономном режиме. Объект управления представлен измерительными преобразователями различных технологических параметров – положения, температуры, а также исполнительными устройствами ИУ – регулирующими клапанами, тепловентилятором, насосом, звуковой сигнализацией и световой индикацией. С помощью этих технических средств осуществляется воздействие на объект управления в целях обеспечения заданных режимов его функционирования. Контроллер выполняет следующие функции:

- сбор и обработку информации о параметрах технологического процесса и состояния оборудования;

- формирование управляющих воздействий – дискретное управление и регулирование в соответствии с алгоритмом управления.

Датчик контроля человека блокирует подачу газа в бокс при открытой двери. Информация с датчика температуры поступает на двухпороговый детектор уровня, позволяющий поддерживать температурный режим в боксе в заданном диапазоне 30÷40 ⁰С. В состав системы управления входят три клапана. Клапан подачи газа открывается по команде ПУСК, клапан подачи воздуха и клапан вытяжки – после завершения лечебной процедуры.  Лаборант управляет ванной с помощью двух переключателей ВКЛ и ПУСК. При нажатии выключателя ВКЛ подается напряжение и запускается процедура подготовки бокса по температурному режиму. Лаборант контролирует температуру по показаниям на табло контроллера (рисунок 5).

Рисунок 5. Табло контроллера

При нажатии кнопки ПУСК при закрытой двери бокса запускается процедура подачи газа. Данные от датчиков и переключателей через устройство связи с объектом УСО поступают в контроллер. Эти данные обрабатываются программами, хранящимися в памяти программ, по заданным алгоритмам. Результаты обработки поступают на выходы УСО, где цифровой код преобразуется в физический сигнал (ток или напряжение). Далее сигнал поступает на исполнительное устройство ИУ. В результате исполнения команд контроллера осуществляется расход потока газа и воздуха через регулирующие клапаны. Наряду с формированием управляющих команд ПЛК управляет средствами сигнализации. Рассмотренный вариант реализации системы управления СУВ "РЕАБОКС" на базе контроллера Альфа может быть полезным для студентов, обучающихся по специальности: «Автоматизация технологических процессов и производств».

Список литературы:

1. Сухая углекислая ванна: [Электронный ресурс].- Режим доступа: https://sibac.info/studconf/tech (дата обращения 25.04.19).
2. Руководство по программированию: [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://www.esspb.ru/Documents/ALPHA_manual.pdf (дата обращения 25.04.19).