工程概況及主要控制內(nèi)容

力控在醫(yī)院樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用智能建筑源于美國(guó)，隨后在世界各地蓬勃發(fā)展。我國(guó)雖起步較晚，但發(fā)展迅猛。建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）是智能建筑的重要組成部分。由于智能建筑中大量電子設(shè)備的應(yīng)用使得智能建筑的電力負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)建筑物，而空調(diào)及照明系統(tǒng)因其耗電量大又成為BAS所控制的核心設(shè)備。建立完善的樓宇自控系統(tǒng)，可以有效地降低能耗，同時(shí)將所有設(shè)備信息匯集到操作站，便于集中監(jiān)控管理。下面以大慶市人民醫(yī)院樓宇自控系統(tǒng)為例，介紹樓宇自控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。一、工程概況及主要控制內(nèi)容大慶市人民醫(yī)院建于2000年七月，總建筑面積六萬五千七百五十平方米。共有大型中央空調(diào)機(jī)組十四臺(tái)。冷水機(jī)組兩臺(tái)?？照{(diào)系統(tǒng)包括6臺(tái)萬級(jí)空調(diào)機(jī)組、5臺(tái)百級(jí)空調(diào)機(jī)組及3臺(tái)新風(fēng)機(jī)組。萬級(jí)空調(diào)機(jī)組服務(wù)于萬級(jí)及十萬級(jí)手術(shù)室，百級(jí)空調(diào)服務(wù)于百級(jí)手術(shù)室及輔助區(qū)域，所有機(jī)組分布于大樓內(nèi)各空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)。除對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制外，還要求對(duì)門診大廳及工作區(qū)的日常照明進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制。1．空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的主要作用是維持室內(nèi)的恒溫、恒濕。對(duì)于潔凈空調(diào)還要擔(dān)負(fù)起區(qū)域內(nèi)空氣凈化的重任?？照{(diào)系統(tǒng)主要是控制對(duì)制冷、預(yù)熱、加熱、加濕閥門的開度來調(diào)節(jié)溫度和濕度。因?yàn)榭諝獾纳郎睾徒禍剡^程緩慢，要注意不能出現(xiàn)超調(diào)。另外對(duì)溫度、濕度、壓力等數(shù)值要進(jìn)行監(jiān)視和記錄，便于通過對(duì)長(zhǎng)期曲線的分析，找到最佳運(yùn)行方式。另外，本系統(tǒng)服務(wù)于醫(yī)院，具有工作性質(zhì)上的特殊性。對(duì)空調(diào)機(jī)組的控制，主要實(shí)現(xiàn)如下的功能?？刂扑惋L(fēng)機(jī)的啟停；通過常開無源觸點(diǎn)監(jiān)測(cè)送風(fēng)機(jī)電氣部分運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警；監(jiān)測(cè)初效及中效過濾器淤塞報(bào)警狀態(tài)，確保機(jī)組正常運(yùn)行，節(jié)省日常巡檢人力；監(jiān)測(cè)送風(fēng)機(jī)壓差，確定送風(fēng)機(jī)機(jī)械部分運(yùn)行狀態(tài)；監(jiān)測(cè)換熱器表面溫度，過低溫度報(bào)警并聯(lián)動(dòng)相關(guān)設(shè)備，確保換熱器使用安全；監(jiān)測(cè)送/回風(fēng)溫/濕度；根據(jù)回風(fēng)溫度控制預(yù)熱盤管水閥的開度，將新回風(fēng)混合后溫度維持為一定值；通過對(duì)加熱盤管及表冷盤管二通電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)溫度（設(shè)定點(diǎn)可調(diào)整）的控制通過控制加濕蒸汽閥的開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)送風(fēng)濕度（設(shè)定點(diǎn)可調(diào)整）的控制；監(jiān)測(cè)手術(shù)室中的環(huán)境壓力，當(dāng)?shù)陀谒笳龎褐禃r(shí)向工作人員發(fā)出報(bào)警；控制預(yù)處理新風(fēng)風(fēng)閥及回風(fēng)風(fēng)閥的開度；冷水機(jī)組冷水機(jī)組在夏季為空調(diào)系統(tǒng)提供冷水，在空調(diào)系統(tǒng)所消耗的冷量中，冷水機(jī)組所消耗的能量占有很大比重，因此，冷水機(jī)組是空調(diào)系統(tǒng)的耗能大戶，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接影響節(jié)能效果。冷水機(jī)組共有2臺(tái)冷凍機(jī)組，2臺(tái)冷卻風(fēng)扇，3臺(tái)冷卻泵，3臺(tái)冷凍泵。冷水機(jī)組常規(guī)監(jiān)控功能有：控制冷凍機(jī)啟停，監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警；控制冷凍水泵啟停，監(jiān)測(cè)水泵的運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警；控制冷卻水泵啟停，監(jiān)測(cè)水泵運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警；測(cè)量冷凍水管的總供/回水壓力；控制冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停，監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警；控制補(bǔ)水泵啟停，監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警；監(jiān)測(cè)膨脹水箱高/低液位；監(jiān)測(cè)冷凍/冷卻水水流狀態(tài)；監(jiān)測(cè)冷凍水、冷卻水供/回水溫度；監(jiān)測(cè)冷凍水回水流量；冷凍機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵、補(bǔ)水泵、冷卻塔運(yùn)行時(shí)間累積；通過計(jì)算冷凍水的總供／回水溫度和回水流量，計(jì)算出空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷；根據(jù)實(shí)際冷負(fù)荷來決定冷凍機(jī)的啟停組合及臺(tái)數(shù)，以便達(dá)到最佳的節(jié)能效果；根據(jù)冷卻水供回水溫度，控制冷卻塔風(fēng)機(jī)的啟停及運(yùn)行數(shù)量；控制冷凍水旁通閥的開度，以維持要求的供回水壓差。3．照明系統(tǒng)醫(yī)院的照明系統(tǒng)分13個(gè)區(qū)域。要求對(duì)各區(qū)域的照明能夠單獨(dú)控制，并可在控制室內(nèi)監(jiān)視各區(qū)照明狀態(tài)。按預(yù)定時(shí)間自動(dòng)開啟和關(guān)閉照明；按照日歷上確定的程序，區(qū)分工作與非工作時(shí)間。二、控制方案及實(shí)現(xiàn)方法1.控制方案目前空調(diào)控制系統(tǒng)主要有直接數(shù)字控制器（DDC）和現(xiàn)場(chǎng)總線兩種控制方式?；贒DC控制的簡(jiǎn)便、靈活，結(jié)合本系統(tǒng)控制點(diǎn)數(shù)較少，而各空調(diào)系統(tǒng)及冷凍機(jī)組距中央控制室較遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)為1100米）的實(shí)際情況，我們采用了DDC控制方式。雖然1個(gè)DDC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)不能滿足每個(gè)系統(tǒng)的要求，但是因?yàn)镈DC具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力，能夠掛接不同類型的擴(kuò)展模塊，I/O點(diǎn)數(shù)量也能滿足要求，完全可以滿足DDC聯(lián)網(wǎng)的要求。DDC分配方案：每個(gè)空調(diào)機(jī)組使用一臺(tái)DDC來控制本機(jī)組的運(yùn)行；冷水機(jī)組和照明系統(tǒng)各使用一臺(tái)DDC進(jìn)行控制。除照明系統(tǒng)外，在各機(jī)房?jī)?nèi)都安裝了DDC控制柜。特殊要求：方案設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到醫(yī)院工作的一些特殊性。照明區(qū)域劃分要適當(dāng)，過大不利于控制，過小又會(huì)增加控制成本。合理的區(qū)域劃分能有效地節(jié)約能源。對(duì)急診等重要部位不要進(jìn)行自動(dòng)控制。在東北地區(qū)，外界環(huán)境對(duì)空調(diào)系統(tǒng)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(qū)域面積使用同一空調(diào)機(jī)組時(shí)尤為明顯，在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到相同環(huán)境使用同一空調(diào)機(jī)組。另外，面積較大時(shí)溫度變化緩慢，冷熱空氣混合不均，控制時(shí)速度要適當(dāng)放慢。在不得已出現(xiàn)手動(dòng)控制的情況下，應(yīng)及時(shí)屏蔽掉時(shí)間表控制方式，防止手術(shù)期間出現(xiàn)凈化空調(diào)停運(yùn)的情況。在冬季運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)因發(fā)生防凍報(bào)警而停機(jī)，而在進(jìn)行手術(shù)時(shí)又不能停止凈化。所以采取了在新風(fēng)入口處增加一個(gè)混合箱，將回風(fēng)引入混合箱的措施，這樣使新風(fēng)和回風(fēng)得到充分混合，再進(jìn)入機(jī)組時(shí)，就不會(huì)因新風(fēng)溫度過低而引起報(bào)警。2.空調(diào)機(jī)組以往的樓宇自控系統(tǒng)中，要使用通信控制器（NCU或NCM）來完成操作站與直接數(shù)字控制器（DDC）間的通訊，再由NCU接入計(jì)算機(jī)，NCU中儲(chǔ)存有歷史數(shù)據(jù)和部分程序。因?yàn)镈DC的存儲(chǔ)器容量較小，不能儲(chǔ)存大量的數(shù)據(jù)和復(fù)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(jī)界面和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)保存數(shù)據(jù)，把DDC直接與計(jì)算機(jī)相連，直接將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)操作站，取代通信控制器NCU。DDC內(nèi)要存儲(chǔ)冬季和夏季兩套程序，再相應(yīng)季節(jié)進(jìn)行手動(dòng)轉(zhuǎn)換?？照{(diào)系統(tǒng)控制還要對(duì)一些機(jī)組的故障進(jìn)行報(bào)警提示，對(duì)于某些特殊的報(bào)警還要自動(dòng)進(jìn)行緊急處理。例如，冬季發(fā)生低溫?cái)嗦穲?bào)警時(shí)要緊急停機(jī)，并將預(yù)熱、加熱閥門打開。并且報(bào)警不能自動(dòng)復(fù)位，必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位后風(fēng)機(jī)恢復(fù)原運(yùn)行狀態(tài)。這主要針對(duì)北方冬季天氣較冷，新風(fēng)進(jìn)入風(fēng)機(jī)時(shí)并不是和回風(fēng)均勻地混合，會(huì)發(fā)生換熱器表面局部低溫的現(xiàn)象，如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，極易損壞換熱器。3.冷水機(jī)組冷水機(jī)組的控制比空調(diào)系統(tǒng)要復(fù)雜，控制程序較大，另外還有數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理。在本系統(tǒng)中，2臺(tái)冷凍機(jī)具備單獨(dú)的控制和保護(hù)功能，是通過西門子PLC來完成的，雖然提供了常開接點(diǎn)作為自動(dòng)啟停控制的接入點(diǎn)和兩對(duì)220V~常開有源接點(diǎn)作為狀態(tài)指示和故障報(bào)警，但DDC的接點(diǎn)是無源的，因此要使用220V~中間繼電器轉(zhuǎn)換。冷水機(jī)組的控制重點(diǎn)是冷凍機(jī)的選擇性啟動(dòng)、啟停順序控制和延時(shí)以及發(fā)生故障時(shí)的自動(dòng)切換。為了延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，在啟動(dòng)的設(shè)備數(shù)量不是全部系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，要進(jìn)行選擇啟動(dòng)，啟動(dòng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的設(shè)備。冷凍機(jī)啟動(dòng)時(shí)要求水必須是流動(dòng)的，否則會(huì)迅速結(jié)冰，損壞冷凍機(jī)。流入冷凍機(jī)的水還要有溫度限制，一般控制在5℃－30℃之間。因此，冷水機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)要遵循特定的順序：冷卻塔風(fēng)扇－冷卻泵－冷凍泵－冷凍機(jī)組；關(guān)閉順序相反。冷凍機(jī)關(guān)閉后，冷凍泵和冷卻泵還要繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，充分利用系統(tǒng)的冷量。另外，冷水機(jī)組的各設(shè)備功率都較大，不能同時(shí)啟動(dòng)，要有一定延時(shí)。冷凍機(jī)組在啟動(dòng)30秒內(nèi)如果沒有啟動(dòng)狀態(tài)返回，則認(rèn)為啟動(dòng)失敗，在五分鐘內(nèi)不允許再次啟動(dòng)。在冷水機(jī)組運(yùn)行中有設(shè)備意外停機(jī)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)啟動(dòng)備用設(shè)備。另外，對(duì)已確認(rèn)的故障設(shè)備還可在操作站做出故障標(biāo)記，這樣系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)自動(dòng)將此設(shè)備忽略。在冷水機(jī)組的控制中，DDC只進(jìn)行順序啟?？刂坪凸收蠄?bào)警發(fā)生時(shí)的停機(jī)控制。而所需冷量的計(jì)算、決定啟動(dòng)機(jī)組臺(tái)數(shù)、各設(shè)備運(yùn)行時(shí)間累計(jì)等功能都由力控來完成。4.照明系統(tǒng)一個(gè)DDC的DI及DO點(diǎn)數(shù)不足，但通過增加兩組擴(kuò)展模塊，可使DI、DO點(diǎn)分別增加至16點(diǎn)。因此仍可采用DDC進(jìn)行控制，將照明控制箱設(shè)在操作室內(nèi)，該控制箱只輸出220V~。在各照明分區(qū)的照明就地控制箱內(nèi)增加220V交流接觸器，避免強(qiáng)電進(jìn)入控制箱。在就地控制箱還增加了自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，這樣在出現(xiàn)事故時(shí)，仍可正常供電。三、主要功能實(shí)現(xiàn)方法用力控軟件代替NCU后，控制功能就通過腳本程序?qū)崿F(xiàn)。定時(shí)控制按預(yù)設(shè)定好的時(shí)間表執(zhí)行啟停命令。使用力控軟件的定時(shí)器函數(shù)（Reachtime）可以很容易地實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。該函數(shù)語法ReachTime(hour，minute)，當(dāng)時(shí)間到達(dá)后返回值為真，否則為假。其中hour為小時(shí)值，取值為0～23，－1則表示任何一小時(shí)；minute是分鐘值，取值為0～59。具體方法是：IFTimer==1&&Reachtime(k3_on_h,k3_on_m)THENKS=1ENDIF;IFTimer==1&&Reachtime(k3_of_h,k3_of_m)THENKT=1ENDIF;Timer：值為“0”時(shí)，系統(tǒng)時(shí)間表不生效,“1”時(shí)生效；k3_on_h、k3_on_m；k3_of_h、k3_of_m均定義為中間變量，分別代表K3空調(diào)機(jī)組的啟、停時(shí)間。KS、KT為系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止輸出。冷水機(jī)組的選擇啟動(dòng)要實(shí)現(xiàn)選擇啟動(dòng)就要先累計(jì)各設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，再根據(jù)室溫及外界環(huán)境溫度算出冷量，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果和設(shè)備的功率得出需要的設(shè)備數(shù)。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(yùn)行過程中，隨時(shí)根據(jù)供回水的溫度和水流量計(jì)算出系統(tǒng)消耗的冷量，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)消耗的冷量小于目前運(yùn)行冷凍機(jī)所提供的冷量，并符合減少設(shè)備的條件時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉累計(jì)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的冷凍機(jī)組。冷水機(jī)組壓差旁路系統(tǒng)為使冷水機(jī)組的供、回水壓差保持在設(shè)定處，要采用PID控制的方式。我們使用DB的控制點(diǎn)來完成。首先進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)，創(chuàng)建新點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)類型選擇“控制點(diǎn)”，在點(diǎn)組態(tài)中可輸入相應(yīng)參數(shù)。對(duì)于其他的PID控制過程也采用這種方式。設(shè)備無響在冷水機(jī)組控制中，系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)設(shè)備啟、停命令都會(huì)對(duì)其計(jì)時(shí)，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，設(shè)備狀態(tài)回訊沒有改變則認(rèn)為該設(shè)備無響應(yīng)。系統(tǒng)會(huì)中止啟動(dòng)或停止過程。在編寫腳本程序時(shí)，我們使用IF語句進(jìn)行條件判斷。例如啟動(dòng)1臺(tái)冷凍機(jī)組的腳本程序：IF（(PUMP1==1||PUMP==1PUMP3==1)&&COOLER1S==1）THENCOOLER1N=1；ENDIF;有冷凍泵運(yùn)行且有啟動(dòng)命令，則發(fā)出啟動(dòng)輸出IFCOOLER1==1&&COOLER1H==0&&CL1TM<=90THENCL1TM=CL1TM+1；ENDIF;無狀態(tài)回訊，一直計(jì)時(shí)IFCL1TM>90&&COOLER1==1THENCOOLER1F=1CL1TM=1；Display(啟動(dòng)失敗)；BEEP(0)；ENDIF;超過計(jì)時(shí)時(shí)間，1#冷凍機(jī)停機(jī)IFCOOLER1H==1&&CL1TM<=90ENDIF；正常啟動(dòng)，計(jì)時(shí)復(fù)位以上是1#冷凍機(jī)啟動(dòng)的部分程序，其中COOLER1S：?jiǎn)?dòng)命令；COOLER1N：?jiǎn)?dòng)輸出；PUMP：冷凍泵的狀態(tài)回訊COOLER1H：1#冷凍機(jī)的狀態(tài)回訊;COOLER1F：停機(jī)輸出。腳本程序是控制的核心，畫面的組態(tài)則建立了人機(jī)界面。圖3所示的是其中一幅新風(fēng)處理機(jī)控制畫面。歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)及趨勢(shì)至關(guān)重要，通過長(zhǎng)期的趨勢(shì)曲線，可以很好地反映機(jī)組的工作狀況。使用力控?的標(biāo)準(zhǔn)趨圖形對(duì)象和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的保存和趨勢(shì)檢索。四、系統(tǒng)運(yùn)行效果及發(fā)展前景本系統(tǒng)自2000年7月投入使用以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了所有預(yù)期功能，并與本建筑項(xiàng)目共同獲得國(guó)家建筑魯班獎(jiǎng)。在手術(shù)室等要求長(zhǎng)期恒溫部位實(shí)測(cè)溫度，與設(shè)定溫度點(diǎn)偏差小于1.5度；冷凍機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行比手動(dòng)控制節(jié)能約30%；照明進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)一管理