一种医用压缩空气供给装置及其控制方法与流程

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种医用压缩空气供给装置及其控制方法。

背景技术：

呼吸机已经成为医疗机构中必不可少的常规医疗设备，被广泛应用在各临床科室，尤其是急诊和重症监护病房。呼吸机的气体供给装置包括压缩空气供给装置和氧气供给装置，压缩空气供给装置所提供的压缩空气和和氧气供给装置提供的氧气按一定比例混合后输送至呼吸罩供病人使用。

现有技术中，医用呼吸机所用到的空压机（空气压缩机）几乎都是没有备用的，或者设置有备用空压机，也是当一台空压机发生故障，操作人员再手动切换到另一台压缩机，然而，没有备用空压机或备用空压机切换不及时，都将会给需要及时用到呼吸空气的病人造成生命危险；而且因空压机发生故障时到操作人员执行手动切换这个过程较长都会造成提供的空气的压强过大或者过小，都会对病人造成不同的影响。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种医用压缩空气供给装置及其控制方法，旨在实现空压机发生故障时自动启用备用的压缩机，保证提供稳定的压缩空气。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种医用压缩空气供给装置,包括并列设置的第一空压机和第二空压机，依次连接的储气罐、第一过滤器、第二过滤器、空气干燥机和除菌过滤器，以及控制器；所述第一空压机的出口管道和第二空压机的出口管道并联后与储气罐的进口连接；所述第一空压机的出口管道上设置有第一压力变送器和第一电磁阀，所述第二空压机的出口管道上设置有第二压力变送器和第二电磁阀；所述储气罐上设置有第三压力变送器，储气罐的出口管道上设置有第三电磁阀；所述空气干燥机的出口管道上设置有第四压力变送器；上述第一空压机、第二空压机、第一压力变送器、第二压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第一电磁阀、第二电磁阀、以及第三电磁阀分别与所述控制器连接。

所述的医用压缩空气供给装置种，所述第一空压机和第二空压机均为活塞式空气压缩机。

所述的医用压缩空气供给装置中，所述第一空压机和第二空压机分别包括一套冷却水系统，所述每一套冷却水系统分别包括水泵、第一水箱、第二水箱、冷却水管、第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀；所述第一水箱和第二水箱的出口管道并联后连接水泵的进口，第一水箱和第二水箱的进口管道并联后连接至冷却水管的一端，冷却水管的另一端连接至水泵的出口；上述水泵、第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀分别与控制器连接。

所述的医用压缩空气供给装置中，所述每一套冷却水系统的冷却水管上分别设置有一个管翅式换热器，以及与管翅式换热器对应设置的风机；所述各个风机分别与控制器连接。

所述的医用压缩空气供给装置中，还包括分别与控制器连接的显示器、外部输入设备、以及报警器。

所述的医用压缩空气供给装置中，所述空气干燥机为吸附式干燥机。

所述的医用压缩空气供给装置中，所述控制器包括通过串口连接的第一dsp控制器和第二dsp控制器；所述第一空压机、第一压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第一电磁阀、以及第一空压机冷却水系统的水泵、第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀分别与第一dsp控制器；所述第二空压机、第二压力变送器、第二电磁阀、以及第二空压机冷却水系统的水泵、第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀分别与第二dsp控制器。

本发明还提供相应地提供所述的医用压缩空气供给装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

s100、控制器中预设第一空压机和第二空压机的出口气压值的下限p1和上限p2，储气罐气压值p3，空气干燥机出口气压值p4；

s200、控制器接收到开机指令，分别控制第一电磁阀打开、第二电磁阀关闭、第一空压机运行;然后同时执行步骤s310和步骤s320；

s310、第三压力变送器检测储气罐中的实际气压值p5并将检测结果反馈至控制器，控制器接收到第三压力变送器反馈的检测值并将p5和p3作比较，如果p4＜p3，则控制第三电磁阀关闭，如果p4≥p3，则控制第三电磁阀开启；

s320、第一压力变送器检测第一空压机出口实际气压值p6并将检测结果反馈至控制器，控制器接收到第一压力变送器反馈的检测值并将p6与p1和p2作比较，如果p1≤p6≤p2，则保持第一空压机继续运行，如果p6＜p1或者p6＞p2，则控制器分别控制第一电磁阀关闭、第二电磁阀开启、第一空压机停止运行、第二空压机运行，然后则执行步骤s330；

s330、第二压力变送器检测第二空压机出口实际气压值p7并将检测结果反馈至控制器，控制器接收到第而压力变送器反馈的检测值并将p7与p1和p2作比较，如果p1≤p7≤p2，则保持第二空压机继续运行，如果p7＜p1或者p7＞p2，则控制器分别控制第二电磁阀关闭、第一电磁阀开启、第二空压机停止运行、第一空压机运行，然后则执行步骤s320。

进一步的，所述的医用压缩空气供给装置的控制方法中，所述步骤s100还包括：在控制器中预设第一水箱和第二水箱切换间隔时间t1；

所述步骤s320还包括：控制分别控制第一空压机的水泵运行、第一水箱进口电磁阀开启、第一水箱出口电磁阀开启、第二水箱进口电磁阀关闭、第二水箱出口电磁阀关闭；此后每经过时间t1后，控制器分别控制第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀的开启和关闭状态进行一次切换；

所述步骤s330还包括：控制分别控制第二空压机的水泵运行、第一水箱进口电磁阀开启、第一水箱出口电磁阀开启、第二水箱进口电磁阀关闭、第二水箱出口电磁阀关闭；此后每经过时间t1后，控制器分别控制第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀的开启和关闭状态进行一次切换。

进一步的，所述步骤s310还包括：第四压力变送器检测空气干燥机出口实际气压值p8并将检测结果反馈至控制器，控制器接收到第四压力变送器反馈的检测值并将p8与p4作比较，如果p8＜p4，则控制报警器响起。

有益效果：

本发明提供了一种医用压缩空气供给装置及其控制方法，本发明通过并列设置第一空压机和第二空压机，以及在第一空压机出口设置第一电磁阀和第一压力变送器，在第二空压机出口设置第二电磁阀和第二压力变送器，通过控制器实时获取第一空压机或第二空压机的出口气压并作判断，及时切换第一空压机和第二空压机的使用和备用状态，保证了始终有一台空压机在稳定运行，持续地提供稳定的气压，通过储气罐的缓冲作用，进一步提高了压缩空气的稳定性，保证了使用呼吸罩的病人的生命安全。

附图说明

图1为本发明提供的医用压缩空气供给装置的工作原理图。

图2为本发明提供的医用压缩空气供给装置中，第一空压机和第二空压机的冷却水系统工作原理图。

图3为本发明提供的医用压缩空气供给装置中，吸附式空气干燥机的工作原理图。

图4为本发明提供的医用压缩空气供给装置的控制方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提供一种医用压缩空气供给装置及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

首先请参阅图1，本发明提供一种一种医用压缩空气供给装置,包括并列设置的第一空压机110和第二空压机120，依次连接的储气罐20、第一过滤器31、第二过滤器32、空气干燥机40和除菌过滤器33，以及控制器（图中未示出）；所述第一空压机110的出口管道和第二空压机120的出口管道并联后与储气罐20的进口连接；所述第一空压机的出口管道上设置有第一压力变送器51和第一电磁阀61，所述第二空压机的出口管道上设置有第二压力变送器52和第二电磁阀62；所述储气罐上设置有第三压力变送器53，储气罐的出口管道上设置有第三电磁阀63；所述空气干燥机的出口管道上设置有第四压力变送器54；上述第一空压机110、第二空压机120、第一压力变送器51、第二压力变送器52、第三压力变送器53、第四压力变送器54、第一电磁阀61、第二电磁阀62、以及第三电磁阀63分别与所述控制器连接。

工作时，启动第一空压机、第一电磁阀开启，而第二空压机处于备用状态，第二电磁阀关闭。第一空压机将压缩空气输送至储气罐中进行缓冲以提供稳定的气压，当第三压力变送器检测到储气罐的气压达到正常值时，第三电磁阀开启，压缩空气进入第一过滤器和第二过滤中进行过滤，以去除压缩空气中的杂质形成洁净空气，过滤后的压缩空气进一步进入空气干燥机中进行干燥，干燥后的压缩空气进一步有除菌过滤其进行过滤，最后用于与氧气混合再输送至呼吸罩供病人使用。所述储气罐的顶部设置有一个安全发，当储气罐内气压超过安全值时则该安全阀自动起跳，从而避免储气罐内超压。

当控制器接收到第一压力变送器检测到第一空压机出口实际气压值超出正常范围，则控制器分别控制第一空压机停止运行、第一电磁阀关闭、第二空压机开启、第二电磁阀开启，保证了该装置能够持续地提供稳定压力的空气，而当维修人员将第一空压机故障排除后，使第一空压机重新接入所述医用压缩空气供给装置中并处于备用状态。如果控制器接收到第二压力变送器检测到第二空压机出口实际气压值超出正常范围，则控制器分别控制第二空压机停止运行、第二电磁阀关闭、第一空压机开启、第一电磁阀开启。如此循环反复地切换第一空压机和第二空压机的运行状态，确保医用压缩空气供给装置中始终有一台空压机在正常运行，且自动切换过程迅速，因此可以持续地提供稳定的压缩气体，保证使用呼吸罩的病人的生命安全。

优选地，所述第一过滤器31为除水过滤器，第二过滤器32为除油过滤器，从而除去压缩空气中携带的液态水和油。优选地，所述第一空压机110和第二空压机120均为活塞式空气压缩机。

所述的第一空压机和第二空压机的规格相同，如图2所示，所述第一空压机和第二空压机分别包括一套冷却水系统，所述每一套冷却水系统分别包括水泵73、第一水箱711、第二水箱712、冷却水管76、第一水箱进口电磁阀751、第一水箱出口电磁阀721、第二水箱进口电磁阀752和第二水箱出口电磁阀722；所述第一水箱711和第二水箱712的出口管道并联后连接水泵的进口，第一水箱711和第二水箱712的进口管道并联后连接至冷却水管（这一段冷却水管具体属于回水管）的一端，冷却水管（这一段冷却水管具体属于进水管）的另一端连接至水泵的出口；上述水泵73、第一水箱进口电磁阀751、第一水箱出口电磁阀721、第二水箱进口电磁阀752和第二水箱出口电磁阀722分别与控制器连接。上述冷却水管还包括若干支管，若干支管连接至空压机的进气气缸、排气气缸的夹层等处，此为现有技术，图2中未示出。

空压机运行时，第一水箱和第二水箱中一个水箱处于使用状态，另一个处于备用状态，每隔一段时间后，第一水箱和第二水箱的使用状态和备用状态进行一次切换。例如，第一水箱使用一段时间后，水温逐渐上升，则关闭第一水箱进口电磁阀和第一水箱出口电磁阀，打开第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀，从而使用第二水箱中的冷却水，而第一水箱中冷却水可通过自然冷却。当第二水箱使用一段时间后，再次切换至第一水箱，如此循环反复地切换第一水箱和第二水箱，保证冷却水系统中循环水始终处于正常温度范围。特别是当环境温度较较低时，通过上述方式冷却循环水的节能效果明显。

进一步的，当夏季高温时，仅通自然冷却难以将水箱中的水快速冷却至正常范围，对此，本实施例作进一步改进，所述每一套冷却水系统的冷却水管上分别设置有一个管翅式换热器741，以及与管翅式换热器对应设置的风机742；所述各个风机742分别与控制器连接。即，夏季高温时，启动冷凝风扇，循环水通过管翅式换热器能够得到明显的散热降温，保证压缩机正常运行。

进一步的，所述的医用压缩空气供给装置，还包括分别与控制器连接的显示器、外部输入设备和报警器（图中未示出）。所述显示器可用于显示所述医用压缩空气供给装置的运行状态和故障信息，如：第一空压机出口气压、第二空压机出口气压、缓冲罐内气压、空气干燥机出口气压等。

优选地，所述空气干燥机40为吸附式干燥机。

进一步的，考虑到吸附剂因挤压和冲击下会产生粉尘，所述干燥机的出口与除菌过滤器的进口之间还设置有一个除尘过滤器（图中未示出），该除尘过滤器的过滤精度为1~5微米，从而确保提供干燥洁净的空气。

所述的医用压缩空气供给装置中，所述的控制器可以为plc（可编程逻辑控制器）。此外，针对控制器的设置，本实施例还提供一种成本更低的方案：所述控制器包括通过串口连接的第一dsp（即：digitalsignalprocess，数字信号处理）控制器和第二dsp控制器（图中未示出）；所述第一空压机、第一压力变送器、第三压力变送器、第四压力变送器、第一电磁阀、以及第一空压机冷却水系统的水泵、第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀分别与第一dsp控制器；所述第二空压机、第二压力变送器、第二电磁阀、以及第二空压机冷却水系统的水泵、第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀分别与第二dsp控制器；所述显示器、外部输入设备、报警器和两个冷凝风扇亦连接第二dsp控制器。其中，第一空压机的驱动电机通过一块l298电机驱动板连接第一dsp控制器，第二空压机的驱动电机通过一块l298电机驱动板连接第二dsp控制器；上述各个电磁阀分别通过一个继电器连接至对应的第一控制器或第二dsp控制器。上述方案中两块dsp控制器通过串口连接，即提供了足够的i/o接口以保证对所述医用压缩空气供给装置正常控制，且相比plc成本大幅降低。

进一步的，考虑到现有技术中吸附式干燥机只有两个吸附筒，如果两个吸附筒中的吸附剂同时失效则会导致压缩空气得不到充分干燥，威胁使用呼吸罩进行呼吸的病人的生命安全，本实施例作进一步改进，提供一种空气干燥机，以满足压缩空气的干燥过程可以得到持续地进行。

请参阅图3，所述的吸附式空气干燥机包括三个竖直设置的吸附筒410、进气总管481、出气总管482和以及干燥机控制器（图中未示出），该干燥机控制器优选为单片机；所述各个吸附筒410的进口管道并联连接至进气总管481，所述各个吸附筒410顶部的出气管道并联连接至出气总管482；所述每个吸附筒底部的进气管道上管道上设置有一个电磁阀a（421）；所述任意两个吸附筒的出口管道之间分别通过一个电磁阀b（422）连接；所述各个吸附筒的底部分别设置有一根排气管440，每根排气管上分别设置有一个电磁阀c（423）；上述各个电磁阀a（421）、电磁阀b（422）和电磁阀c（423）分别与所述控制器连接。实际应用中，该吸附式空气干燥机还设置有一个底架（图中未示出），每个吸附筒分别通过两根或三根支腿（图中未示出）竖直设置于该底架上，干燥机控制器设置于该底架上。优选地，各个吸附筒中分别设置有活性氧化铝吸附剂。

通过上述设置所述设置，该吸附式空气干燥机每运行一定时间（即一个运行周期），控制器通过控制各个电磁阀的开启和关闭状态，对三个吸附筒的使用状态切换，实现了三个吸附筒中始终有一个吸附筒处于使用状态，一个吸附筒处于吸附剂再生状态，备用吸附筒中的吸附剂能够保证该吸附筒投入运行后能顺利完成一个运行周期。各个吸附筒的状态均按照“使用”、“再生”和“备用”的顺序循环切换。

为了便于阐述，按附图1所示自左向右三个吸附筒分别命名为第一吸附筒、第二吸附筒和第三吸附筒。以下以第一吸附筒使用、第二吸附筒再生、而第三吸附筒备用为例进行解释。

第一吸附筒的电磁阀a和电磁阀b打开，其余的电磁阀a和电磁阀b关闭；第一吸附筒和第二吸附筒的出口管道上的电磁阀b打开，另外两个电磁阀b关闭；第二吸附筒的电磁阀c打开，其余两个电磁阀c关闭。压缩空气进入进气总管，然后进入第一吸附筒的底部，经第一吸附筒中的吸附剂干燥后从顶部排出且分为两股空气，其中一股空气进入出气总管，一股进入第二吸附筒的顶部，并向下流动带走第二吸附筒的吸附剂的水分，最终由第二吸附筒的排气管排出，从而实现第二吸附筒中吸附剂的再生。而处于备用的第三吸附筒，则由质检人员检测分析确认其吸附剂是否失效，并且判断吸附剂能够保证该吸附筒顺利完成下一个运行周期，如果不能则作做出换吸附剂的指示，由操作人员对吸附剂进行更换。实际运行时，三个吸附筒的状态循环切换，每次切换后，质检人员都需对处于备用状态的吸附筒的吸附剂进行检测分析，从而确认，每次切换吸附筒运行状态后，处于使用状态的那个吸附筒中的吸附剂能够顺利完成一个运行周期，从而保证了该干燥机能够持续地、充分地对压缩空气进行干燥。

请参阅图4,针对上述医用压缩空气供给装置，本发明还提供相应的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

s100、控制器中预设第一空压机和第二空压机的出口气压值的下限p1和上限p2，储气罐气压值p3，空气干燥机出口气压值p4；

s200、控制器接收到开机指令，分别控制第一电磁阀打开、第二电磁阀关闭、第一空压机运行;即第一空压机的驱动电机转动，开始压缩空气；第一空压机启动后然后同时执行步骤s310和步骤s320；

s310、第三压力变送器检测储气罐中的实际气压值p5并将检测结果反馈至控制器，控制器接收到第三压力变送器反馈的检测值并将p5和p3作比较，如果p4＜p3，则控制第三电磁阀关闭，如果p4≥p3，则控制第三电磁阀开启；即，保证了储气罐能够提供稳定压力的压缩空气；

s320、第一压力变送器检测第一空压机出口实际气压值p6并将检测结果反馈至控制器，控制器接收到第一压力变送器反馈的检测值并将p6与p1和p2作比较，如果p1≤p6≤p2，则保持第一空压机继续运行，如果p6＜p1或者p6＞p2，则控制器分别控制第一电磁阀关闭、第二电磁阀开启、第一空压机停止运行、第二空压机运行，然后则执行步骤s330；

s330、第二压力变送器检测第二空压机出口实际气压值p7并将检测结果反馈至控制器，控制器接收到第而压力变送器反馈的检测值并将p7与p1和p2作比较，如果p1≤p7≤p2，则保持第二空压机继续运行，如果p7＜p1或者p7＞p2，则控制器分别控制第二电磁阀关闭、第一电磁阀开启、第二空压机停止运行、第一空压机运行，然后则执行步骤s320。

上述步骤s320和s330循环切换，保证了始终有一台空压机在稳定运行，避免了没有备用压缩机或者手动切换压缩机而造成的压缩空气压力超正常范围或者压缩空气断流，从而保证了使用呼吸罩的病人的生命安全。

进一步的，所述步骤s100还包括：在控制器中预设第一水箱和第二水箱切换间隔时间t1；

所述步骤s320还包括：控制分别控制第一空压机的水泵运行、第一水箱进口电磁阀开启、第一水箱出口电磁阀开启、第二水箱进口电磁阀关闭、第二水箱出口电磁阀关闭；此后每经过时间t1后，控制器分别控制第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀的开启和关闭状态进行一次切换；

所述步骤s330还包括：控制分别控制第二空压机的水泵运行、第一水箱进口电磁阀开启、第一水箱出口电磁阀开启、第二水箱进口电磁阀关闭、第二水箱出口电磁阀关闭；此后每经过时间t1后，控制器分别控制第一水箱进口电磁阀、第一水箱出口电磁阀、第二水箱进口电磁阀和第二水箱出口电磁阀的开启和关闭状态进行一次切换。

上述方案中，实现了第一空压机和第二空压机的冷却水系统通过切换第一水箱和和第二水箱的使用和备用状态，实现了对循环水自然冷却降温，保证循环水的温度处于正常范围内。此外，当夏季高温时，可以通过控制器控制冷凝风扇运行，提高循环水的降温效果。

进一步的，所述步骤s310还包括：第四压力变送器检测空气干燥机出口实际气压值p8并将检测结果反馈至控制器，控制器接收到第四压力变送器反馈的检测值并将p8与p4作比较，如果p8＜p4，则控制报警器响起。

综上所述，本发明通过并列设置第一空压机和第二空压机，以及在第一空压机出口设置第一电磁阀和第一压力变送器，在第二空压机出口设置第二电磁阀和第二压力变送器，通过控制器实时获取第一空压机或第二空压机的出口气压并作判断，及时切换第一空压机和第二空压机的使用和备用状态，保证了始终有一台空压机在稳定运行，持续地提供稳定的气压。通过在第一空压机和第二空压机的冷却水系统中分别设置第一水箱、第二水箱、与管翅式换热器和冷凝风扇，使得各个冷却水系统中的循环水处于正常温度，保证空压机能够正常运行。通过在空气干燥机进口前设置除水过滤器和除油过滤器，保证空气干燥机的吸附剂不受油膜影响而失去活性，通过在空气干燥机出口管道设置除尘过滤器，保证干燥后的气体中携带的粉尘被过滤掉。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。