大慶市人民醫院樓宇智能化系統應用案例

一、系統概述

智能建筑是隨著現代化科學技術的飛速發展，特別是計算機和微電子技術的普及和應用、通訊技術、計算機網絡技術以及自動化技術的日益提高而發展起來的。

大慶市某醫院建于2000年7月，總建筑面積六萬五千七百五十平方米。共有大型中央空調機組十四臺，冷水機組兩臺?？照{系統包括6臺萬級空調機組、5臺百級空調機組及3臺新風機組。萬級空調機組服務于萬級及十萬級手術室，百級空調服務于百級手術室及輔助區域，所有機組分布于大樓內各空調機房內。除對空調系統進行控制外，還要求對門診大廳及工作區的日常照明進行統一管理和控制。

大慶市人民醫院要求空調系統維持室內的恒溫、恒濕，對于潔凈空調還要擔負起區域內空氣凈化的重任?？照{系統主要是控制對制冷、預熱、加熱、加濕閥門的開度來調節溫度和濕度。因為空氣的升溫和降溫過程緩慢，要注意不能出現超調。另外對溫度、濕度、壓力等數值要進行監視和記錄，便于通過對長期曲線的分析，找到最佳運行方式。醫院的照明系統分13個區域，要求對各區域的照明能夠單獨控制，并可在控制室內監視各區照明狀態，按照預定時間自動開啟和關閉照明，并可以按照日歷上確定的程序，區分工作與非工作時間。

二、實施方案

1、控制方案

目前空調控制系統主要有直接數字控制器（DDC）和現場總線兩種控制方式?；贒DC控制的簡便、靈活，結合本系統控制點數較少，而各空調系統及冷凍機組距中央控制室較遠（最遠為1100米）的實際情況，我們采用了DDC控制方式。雖然1個DDC的輸入輸出點數不能滿足每個系統的要求，但是因為DDC具有較強的擴展能力，能夠掛接不同類型的擴展模塊，I/O點數量也能滿足要求，完全可以滿足DDC聯網的要求。

• DDC分配方案，每個空調機組使用一臺DDC來控制本機組的運行；冷水機組和照明系統各使用一臺DDC進行控制。除照明系統外，在各機房內都安裝了DDC控制柜。
• 特殊要求，方案設計時要考慮到醫院工作的一些特殊性，主要包括：1）照明區域劃分要適當，過大不利于控制，過小又會增加控制成本。合理的區域劃分能有效地節約能源。對急診等重要部位不要進行自動控制；2）在東北地區，外界環境對空調系統的影響比較大。向陽面和背陽面有較大的溫度差異，特別在較大區域面積使用同一空調機組時尤為明顯，在設計時，要考慮到相同環境使用同一空調機組。另外，面積較大時溫度變化緩慢，冷熱空氣混合不均，控制時速度要適當放慢；3）在不得已出現手動控制的情況下，應及時屏蔽掉時間表控制方式，防止手術期間出現凈化空調停運的情況；4）在冬季運行時，可能會因發生防凍報警而停機，而在進行手術時又不能停止凈化。所以采取了在新風入口處增加一個混合箱，將回風引入混合箱的措施，這樣使新風和回風得到充分混合，再進入機組時，就不會因新風溫度過低而引起報警。

2、空調機組

以往的樓宇自控系統中，要使用通信控制器（NCU或NCM）來完成操作站與直接數字控制器（DDC）間的通訊，再由NCU接入計算機，NCU中儲存有歷史數據和部分程序。因為DDC的存儲器容量較小，不能儲存大量的數據和復雜的程序，因此用腳本程序替代NCU中的程序，利用力控軟件的人機界面和實時數據庫保存數據，把DDC直接與計算機相連，直接將數據送入計算機操作站，取代通信控制器NCU。

DDC內要存儲冬季和夏季兩套程序，再相應季節進行手動轉換。

空調系統控制還要對一些機組的故障進行報警提示，對于某些特殊的報警還要自動進行緊急處理。例如，冬季發生低溫斷路報警時要緊急停機，并將預熱、加熱閥門打開。并且報警不能自動復位，必須在現場進行復位。復位后風機恢復原運行狀態。這主要針對北方冬季天氣較冷，新風進入風機時并不是和回風均勻地混合，會發生換熱器表面局部低溫的現象，如果持續時間長，極易損壞換熱器。

3、冷水機組

冷水機組的控制比空調系統要復雜，控制程序較大，另外還有數據的運算處理。在本系統中，2臺冷凍機具備單獨的控制和保護功能，是通過西門子PLC來完成的，雖然提供了常開接點作為自動啟?？刂频慕尤朦c和兩對220V~常開有源接點作為狀態指示和故障報警，但DDC的接點是無源的，因此要使用220V~中間繼電器轉換。

冷水機組的控制重點是冷凍機的選擇性啟動、啟停順序控制和延時以及發生故障時的自動切換。為了延長設備的使用壽命，在啟動的設備數量不是全部系統設備時，要進行選擇啟動，啟動累計運行時間最短的設備。

冷凍機啟動時要求水必須是流動的，否則會迅速結冰，損壞冷凍機。流入冷凍機的水還要有溫度限制，一般控制在5℃－30℃之間。因此，冷水機組在啟動時要遵循特定的順序：冷卻塔風扇－冷卻泵－冷凍泵－冷凍機組；關閉順序相反。冷凍機關閉后，冷凍泵和冷卻泵還要繼續運行一段時間，充分利用系統的冷量。另外，冷水機組的各設備功率都較大，不能同時啟動，要有一定延時。冷凍機組在啟動30秒內如果沒有啟動狀態返回，則認為啟動失敗，在五分鐘內不允許再次啟動。

在冷水機組運行中有設備意外停機時，系統可自動啟動備用設備。另外，對已確認的故障設備還可在操作站做出故障標記，這樣系統在啟動時會自動將此設備忽略。

在冷水機組的控制中，DDC只進行順序啟?？刂坪凸收蠄缶l生時的停機控制。而所需冷量的計算、決定啟動機組臺數、各設備運行時間累計等功能都由力控來完成。

4、照明系統

一個DDC的DI及DO點數不足，但通過增加兩組擴展模塊，可使DI、DO點分別增加至16點。因此仍可采用DDC進行控制，將照明控制箱設在操作室內，該控制箱只輸出220V~。在各照明分區的照明就地控制箱內增加220V交流接觸器，避免強電進入控制箱。在就地控制箱還增加了自動/手動轉換開關，這樣在出現事故時，仍可正常供電。

三、系統配置 

• 系統硬件

樓宇智能管理系統的硬件根據需要可集成DDC控制器、PLC、LonWorks設備等。DDC是一種高性能的現場控制盤，它利用設置于其中的多個接口，與其他DDC現場控制器相連。DDC將用戶編寫的特定程序與其本身固有的用途結合起來，使設備在保持客戶有最佳舒適感的同時達到最高效率。

通過現場控制器可管理大約四至五百個監控點。DDC能用高級控制演算法提供全建筑物范圍內的最優控制。DDC也能協調使用特定用途控制器的本地網絡，實現暖通空調、照明、消防、及出入控制等功能。在這些應用中獨立的控制器能提供報警和綜合控制功能。

硬件還包括操作站OWS，它可以調用網絡圖、圖形系統透視、聚點視窗、點的歷史趨勢等畫面，便于操作人員管理操作。其他還有網絡終端、擴展數字式控制器DX9100、LonWorks數字式控制器DX9120等。

• 通訊接口

力控軟件平臺是基于流行的32位、64位Windows平臺，豐富的I/O驅動能夠連接到各種現場設備。支持OPC 、DDE、ODBC等開放接口，采用分布式實時多數據庫系統，可提供訪問工廠和企業系統數據的一個公共入口。內置TCP/IP協議的網絡服務程序使您可以充分利用Intranet或Internet的網絡資源。全部功能都是高度集成的，能傳遞給您需要的有價值的信息，以使生產環境更有效率。

四、應用功能

樓宇智能管理系統具有環境控制、節能管理、照明控制、消防管理、保安監控等功能。

1、冷凍級空調系統。能夠對中央冷凍系統、空調處理機系統、新風處理機及排風風機系統進行集中監控設備的運行狀態，采集各種參數的數據，并通過計算進行優化控制，在完成控制要求的同時，進行優化控制，達到節能的要求。

2、供電及照明系統。在預定時間程序開關各區的公共照明系統，同時監察開關狀態，及過量負荷報警。監察供電設備的狀態，采集各種參數進行動態分析，從而即兼顧安全又達到節能效果。

3、供排水系統。監控各種供排水設備的運作及報警。

4、保安及巡更系統。提供在門上的磁力開關或其他監察裝置可以監視各種通道的狀態。若監察裝置被觸動，中央監控系統根據事先設定的程序決定是否報警，并發出連鎖信號，將閉路電視系統有關的拍攝鏡頭利用錄像機記錄下來。

5、消防系統。中央監控有能力與獨立運作的消防系統連接起來，可由中央監控系統監察及紀錄消防裝置的運作情況，亦可根據火警情況對相關的系統進行控制。

6、升降梯及扶手電梯系統。中央監控系統可以監察紀錄以下的狀態及報警，包括：扶手電梯向上/向下狀態、升降機及扶手電梯的正常/停止運作狀態、升降機及扶手電梯的緊急停車/故障報警。

7、系統可以按照預先設定好的時間表執行啟停命令，進行相應的控制，主要包括：

• 冷水機組的選擇啟動，要實現選擇啟動就要先累計各設備運行時間，再根據室溫及外界環境溫度算出冷量，再根據計算結果和設備的功率得出需要的設備數。每立方米的空氣升高1度所需要的能量換算為功率值大約為3.3千瓦。在運行過程中，隨時根據供回水的溫度和水流量計算出系統消耗的冷量，當空調系統消耗的冷量小于目前運行冷凍機所提供的冷量，并符合減少設備的條件時，自動關閉累計運行時間長的冷凍機組。
• 冷水機組壓差旁路系統控制，為使冷水機組的供、回水壓差保持在設定處，要采用PID控制的方式。我們使用DB的控制點來完成。首先進入數據庫組態，創建新點時，點類型選擇“控制點”，在點組態中可輸入相應參數。對于其他的PID控制過程也采用這種方式。
• 設備無響管理控制，在冷水機組控制中，系統每發出一個設備啟、停命令都會對其計時，如果在規定時間內，設備狀態回訊沒有改變則認為該設備無響應。系統會中止啟動或停止過程。

五、項目總結

本項目自投入使用以來，系統運行穩定，實現了所有預期功能，并與本建筑項目共同獲得國家建筑魯班獎。在手術室等要求長期恒溫部位實測溫度，與設定溫度點偏差小于1.5度；冷凍機組自動運行比手動控制節能約30%；照明進行自動統一管理后，杜絕了長明燈等浪費現象。

系統在應用中，充分體現了實時多任務、高開放性、高穩定性等特點。而且該系統具有可擴展性，可以將大廈的停車場系統、電梯系統、安保監控系統、自動門禁系統等全部接入到控制中心的操作站上，利用DB的實時性和開放性，為大廈管理者提供大量有價值的數據，支持大廈的管理與決策。

以此系統為基礎，可以將各操作站通過以太網或Internet連在一起，構成更大的網絡系統。如果在同一地區有多個使用力控軟件管理的樓宇，還可以利用力控的網絡功能，將數據進行統一管理，并能夠通過對歷史數據變化趨勢的分析，更有效地調配和節約能源。