大庆市人民医院楼宇智能化系统应用案例

一、系统概述

智能建筑是随着现代化科学技术的飞速发展，特别是计算机和微电子技术的普及和应用、通讯技术、计算机网络技术以及自动化技术的日益提高而发展起来的。

大庆市某医院建于2000年7月，总建筑面积六万五千七百五十平方米。共有大型中央空调机组十四台，冷水机组两台。空调系统包括6台万级空调机组、5台百级空调机组及3台新风机组。万级空调机组服务于万级及十万级手术室，百级空调服务于百级手术室及辅助区域，所有机组分布于大楼内各空调机房内。除对空调系统进行控制外，还要求对门诊大厅及工作区的日常照明进行统一管理和控制。

大庆市人民医院要求空调系统维持室内的恒温、恒湿，对于洁净空调还要担负起区域内空气净化的重任。空调系统主要是控制对制冷、预热、加热、加湿阀门的开度来调节温度和湿度。因为空气的升温和降温过程缓慢，要注意不能出现超调。另外对温度、湿度、压力等数值要进行监视和记录，便于通过对长期曲线的分析，找到最佳运行方式。医院的照明系统分13个区域，要求对各区域的照明能够单独控制，并可在控制室内监视各区照明状态，按照预定时间自动开启和关闭照明，并可以按照日历上确定的程序，区分工作与非工作时间。

二、实施方案

1、控制方案

目前空调控制系统主要有直接数字控制器（DDC）和现场总线两种控制方式。基于DDC控制的简便、灵活，结合本系统控制点数较少，而各空调系统及冷冻机组距中央控制室较远（最远为1100米）的实际情况，我们采用了DDC控制方式。虽然1个DDC的输入输出点数不能满足每个系统的要求，但是因为DDC具有较强的扩展能力，能够挂接不同类型的扩展模块，I/O点数量也能满足要求，完全可以满足DDC联网的要求。

• DDC分配方案，每个空调机组使用一台DDC来控制本机组的运行；冷水机组和照明系统各使用一台DDC进行控制。除照明系统外，在各机房内都安装了DDC控制柜。
• 特殊要求，方案设计时要考虑到医院工作的一些特殊性，主要包括：1）照明区域划分要适当，过大不利于控制，过小又会增加控制成本。合理的区域划分能有效地节约能源。对急诊等重要部位不要进行自动控制；2）在东北地区，外界环境对空调系统的影响比较大。向阳面和背阳面有较大的温度差异，特别在较大区域面积使用同一空调机组时尤为明显，在设计时，要考虑到相同环境使用同一空调机组。另外，面积较大时温度变化缓慢，冷热空气混合不均，控制时速度要适当放慢；3）在不得已出现手动控制的情况下，应及时屏蔽掉时间表控制方式，防止手术期间出现净化空调停运的情况；4）在冬季运行时，可能会因发生防冻报警而停机，而在进行手术时又不能停止净化。所以采取了在新风入口处增加一个混合箱，将回风引入混合箱的措施，这样使新风和回风得到充分混合，再进入机组时，就不会因新风温度过低而引起报警。

2、空调机组

以往的楼宇自控系统中，要使用通信控制器（NCU或NCM）来完成操作站与直接数字控制器（DDC）间的通讯，再由NCU接入计算机，NCU中储存有历史数据和部分程序。因为DDC的存储器容量较小，不能储存大量的数据和复杂的程序，因此用脚本程序替代NCU中的程序，利用力控软件的人机界面和实时数据库保存数据，把DDC直接与计算机相连，直接将数据送入计算机操作站，取代通信控制器NCU。

DDC内要存储冬季和夏季两套程序，再相应季节进行手动转换。

空调系统控制还要对一些机组的故障进行报警提示，对于某些特殊的报警还要自动进行紧急处理。例如，冬季发生低温断路报警时要紧急停机，并将预热、加热阀门打开。并且报警不能自动复位，必须在现场进行复位。复位后风机恢复原运行状态。这主要针对北方冬季天气较冷，新风进入风机时并不是和回风均匀地混合，会发生换热器表面局部低温的现象，如果持续时间长，极易损坏换热器。

3、冷水机组

冷水机组的控制比空调系统要复杂，控制程序较大，另外还有数据的运算处理。在本系统中，2台冷冻机具备单独的控制和保护功能，是通过西门子PLC来完成的，虽然提供了常开接点作为自动启停控制的接入点和两对220V~常开有源接点作为状态指示和故障报警，但DDC的接点是无源的，因此要使用220V~中间继电器转换。

冷水机组的控制重点是冷冻机的选择性启动、启停顺序控制和延时以及发生故障时的自动切换。为了延长设备的使用寿命，在启动的设备数量不是全部系统设备时，要进行选择启动，启动累计运行时间最短的设备。

冷冻机启动时要求水必须是流动的，否则会迅速结冰，损坏冷冻机。流入冷冻机的水还要有温度限制，一般控制在5℃－30℃之间。因此，冷水机组在启动时要遵循特定的顺序：冷却塔风扇－冷却泵－冷冻泵－冷冻机组；关闭顺序相反。冷冻机关闭后，冷冻泵和冷却泵还要继续运行一段时间，充分利用系统的冷量。另外，冷水机组的各设备功率都较大，不能同时启动，要有一定延时。冷冻机组在启动30秒内如果没有启动状态返回，则认为启动失败，在五分钟内不允许再次启动。

在冷水机组运行中有设备意外停机时，系统可自动启动备用设备。另外，对已确认的故障设备还可在操作站做出故障标记，这样系统在启动时会自动将此设备忽略。

在冷水机组的控制中，DDC只进行顺序启停控制和故障报警发生时的停机控制。而所需冷量的计算、决定启动机组台数、各设备运行时间累计等功能都由力控来完成。

4、照明系统

一个DDC的DI及DO点数不足，但通过增加两组扩展模块，可使DI、DO点分别增加至16点。因此仍可采用DDC进行控制，将照明控制箱设在操作室内，该控制箱只输出220V~。在各照明分区的照明就地控制箱内增加220V交流接触器，避免强电进入控制箱。在就地控制箱还增加了自动/手动转换开关，这样在出现事故时，仍可正常供电。

三、系统配置 

• 系统硬件

楼宇智能管理系统的硬件根据需要可集成DDC控制器、PLC、LonWorks设备等。DDC是一种高性能的现场控制盘，它利用设置于其中的多个接口，与其他DDC现场控制器相连。DDC将用户编写的特定程序与其本身固有的用途结合起来，使设备在保持客户有最佳舒适感的同时达到最高效率。

通过现场控制器可管理大约四至五百个监控点。DDC能用高级控制演算法提供全建筑物范围内的最优控制。DDC也能协调使用特定用途控制器的本地网络，实现暖通空调、照明、消防、及出入控制等功能。在这些应用中独立的控制器能提供报警和综合控制功能。

硬件还包括操作站OWS，它可以调用网络图、图形系统透视、聚点视窗、点的历史趋势等画面，便于操作人员管理操作。其他还有网络终端、扩展数字式控制器DX9100、LonWorks数字式控制器DX9120等。

• 通讯接口

力控软件平台是基于流行的32位、64位Windows平台，丰富的I/O驱动能够连接到各种现场设备。支持OPC 、DDE、ODBC等开放接口，采用分布式实时多数据库系统，可提供访问工厂和企业系统数据的一个公共入口。内置TCP/IP协议的网络服务程序使您可以充分利用Intranet或Internet的网络资源。全部功能都是高度集成的，能传递给您需要的有价值的信息，以使生产环境更有效率。

四、应用功能

楼宇智能管理系统具有环境控制、节能管理、照明控制、消防管理、保安监控等功能。

1、冷冻级空调系统。能够对中央冷冻系统、空调处理机系统、新风处理机及排风风机系统进行集中监控设备的运行状态，采集各种参数的数据，并通过计算进行优化控制，在完成控制要求的同时，进行优化控制，达到节能的要求。

2、供电及照明系统。在预定时间程序开关各区的公共照明系统，同时监察开关状态，及过量负荷报警。监察供电设备的状态，采集各种参数进行动态分析，从而即兼顾安全又达到节能效果。

3、供排水系统。监控各种供排水设备的运作及报警。

4、保安及巡更系统。提供在门上的磁力开关或其他监察装置可以监视各种通道的状态。若监察装置被触动，中央监控系统根据事先设定的程序决定是否报警，并发出连锁信号，将闭路电视系统有关的拍摄镜头利用录像机记录下来。

5、消防系统。中央监控有能力与独立运作的消防系统连接起来，可由中央监控系统监察及纪录消防装置的运作情况，亦可根据火警情况对相关的系统进行控制。

6、升降梯及扶手电梯系统。中央监控系统可以监察纪录以下的状态及报警，包括：扶手电梯向上/向下状态、升降机及扶手电梯的正常/停止运作状态、升降机及扶手电梯的紧急停车/故障报警。

7、系统可以按照预先设定好的时间表执行启停命令，进行相应的控制，主要包括：

• 冷水机组的选择启动，要实现选择启动就要先累计各设备运行时间，再根据室温及外界环境温度算出冷量，再根据计算结果和设备的功率得出需要的设备数。每立方米的空气升高1度所需要的能量换算为功率值大约为3.3千瓦。在运行过程中，随时根据供回水的温度和水流量计算出系统消耗的冷量，当空调系统消耗的冷量小于目前运行冷冻机所提供的冷量，并符合减少设备的条件时，自动关闭累计运行时间长的冷冻机组。
• 冷水机组压差旁路系统控制，为使冷水机组的供、回水压差保持在设定处，要采用PID控制的方式。我们使用DB的控制点来完成。首先进入数据库组态，创建新点时，点类型选择“控制点”，在点组态中可输入相应参数。对于其他的PID控制过程也采用这种方式。
• 设备无响管理控制，在冷水机组控制中，系统每发出一个设备启、停命令都会对其计时，如果在规定时间内，设备状态回讯没有改变则认为该设备无响应。系统会中止启动或停止过程。

五、项目总结

本项目自投入使用以来，系统运行稳定，实现了所有预期功能，并与本建筑项目共同获得国家建筑鲁班奖。在手术室等要求长期恒温部位实测温度，与设定温度点偏差小于1.5度；冷冻机组自动运行比手动控制节能约30%；照明进行自动统一管理后，杜绝了长明灯等浪费现象。

系统在应用中，充分体现了实时多任务、高开放性、高稳定性等特点。而且该系统具有可扩展性，可以将大厦的停车场系统、电梯系统、安保监控系统、自动门禁系统等全部接入到控制中心的操作站上，利用DB的实时性和开放性，为大厦管理者提供大量有价值的数据，支持大厦的管理与决策。

以此系统为基础，可以将各操作站通过以太网或Internet连在一起，构成更大的网络系统。如果在同一地区有多个使用力控软件管理的楼宇，还可以利用力控的网络功能，将数据进行统一管理，并能够通过对历史数据变化趋势的分析，更有效地调配和节约能源。