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    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。

    大慶市人民醫院建于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530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



    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。

    系統應用,充分體現了實時多任務、高開放性、高穩定性特點。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,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。

    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分析,更有效地調配和節約能源。


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