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黃文鈺

1  概述

    目前許多現(xiàn)代化大樓尤其是高層大樓內(nèi)安裝了樓宇自控系統(tǒng)（Building Automation System），不僅極大改善了大樓的環(huán)境、效率，而且也使大樓能源消耗在量化控制之下，確保大樓能源成本降低成為可能。兒童醫(yī)院新門診樓就采用了先進(jìn)的樓宇自控系統(tǒng)。

    兒童醫(yī)院新門診樓是集門診、科研、教學(xué)于一體的綜合性建筑，地上12層、地下2層，1~8層為各科診室，9~12層為科研、教學(xué)用房。建筑面積3.7萬(wàn)平方米。它采用了美國(guó)江森自控公司（Johnson Controls, Inc.）的Metasys建筑物管理系統(tǒng)，它代表了樓宇管理與控制的最新潮流。

2  系統(tǒng)組成

    兒童醫(yī)院樓宇自控系統(tǒng)由一臺(tái)工作站、三個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制單元和分布整個(gè)大樓的88個(gè)控制器及擴(kuò)展模塊箱組成。Metasys 系統(tǒng)使用多層次分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將操作站（Operator WorkStation-OWS）、網(wǎng)絡(luò)控制器(Network Control Units-NCU)、專用控制器(Application Specific Controllers-ASC)，以及末端的傳感器/執(zhí)行器緊密地連接起來(lái)。

圖1  Metasys網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

(1) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)工作站與三個(gè)NCU之間用N1網(wǎng)相連，NCU再與現(xiàn)場(chǎng)各控制器以N2總線相連。NCU又名主控制器，是一個(gè)模塊化和智能化的控制盤，是Metasys網(wǎng)絡(luò)的心臟。它可以用在任何要求進(jìn)行復(fù)雜和高性能控制的場(chǎng)所。NCU提供了非常有效的網(wǎng)絡(luò)通訊和信息管理，作為系統(tǒng)的各個(gè)離散化的控制器的協(xié)調(diào)者處于終端電腦和區(qū)域控制器之間，它的作用是實(shí)現(xiàn)全面的整體的信息共享控制，信息傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、區(qū)域或遙控報(bào)警和提供全屏幕菜單化的用戶接口。另外，網(wǎng)絡(luò)控制單元也可以協(xié)調(diào)通訊網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立工作的一些專用控制器，是樓宇真正集散網(wǎng)絡(luò)的重要一環(huán)。

    N1網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)局域網(wǎng)（LAN），采用的是以太網(wǎng)（Ethernet）、TCP/IP協(xié)議。N1網(wǎng)傳輸所有的網(wǎng)絡(luò)信息，包括控制信息、上傳及下載信息、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的命令信息，以及狀態(tài)修改信息等。其高速性、可靠性和Metasys FMS強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件可以使NCU與用戶操作站之間完善地傳遞信息。N2總線是將大樓中各用途的控制器（DDC）及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展器（XT9100）與NCU相連。N2網(wǎng)絡(luò)只是進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的電話線連接，因此，不僅性能可靠，而且安裝經(jīng)濟(jì)，圖1是Metasys網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖。

(2) 軟件兒童醫(yī)院的樓宇工作站使用IBM主機(jī)，裝有Metasys操作站軟件。操作員工作站是一個(gè)可編程的、易于應(yīng)用的、用于設(shè)備監(jiān)控的有力工具。通過(guò)操作員工作站，可編寫程序、制作數(shù)據(jù)庫(kù)、記錄摘要、改變系統(tǒng)狀態(tài)、計(jì)劃、設(shè)定值和控制方式。它使用標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備以及運(yùn)行微軟公司的Windows2000操作系統(tǒng)。程序、數(shù)據(jù)被下裝到實(shí)際進(jìn)行控制的裝置。它的軟件功能包括：
    ①操控點(diǎn)摘要（SUMMARIES）,儲(chǔ)存著系統(tǒng)內(nèi)指定部位的所有資料。

    ②報(bào)警信息（ALARM MESSAGES），若發(fā)生報(bào)警，信息將自動(dòng)顯示出來(lái)，可以在操作站上顯示、制作、編寫及取消報(bào)警信息。

    ③工作時(shí)間表（SCHEDULING CALENDAR），對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間、星期、日期進(jìn)行追查，以便在指定的時(shí)間內(nèi)采取行動(dòng)。

    ④動(dòng)態(tài)圖形顯示（GRAPHICS）,“圖形”是除文字以外在操作站的另一種表達(dá)方式，圖形的符號(hào)能夠?qū)?dòng)態(tài)的資料顯示出來(lái)，例如當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，該項(xiàng)目的顏色可以變?yōu)樾涯康募t色，操作人員對(duì)哪個(gè)設(shè)備發(fā)生報(bào)警一目了然。

    ⑤運(yùn)行時(shí)間累積記錄（TOTALIZATION），顯示累積的數(shù)據(jù)、提供長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，允許操作員介定事項(xiàng)的累計(jì)。

    ⑥監(jiān)控點(diǎn)歷史（POINT HISTORY），保存每一事項(xiàng)的數(shù)據(jù)、行動(dòng)狀態(tài)等最新歷史。

    ⑦趨勢(shì)動(dòng)態(tài)記錄（TREND），將需要的數(shù)據(jù)收集起來(lái)，顯示實(shí)時(shí)趨勢(shì)功能，以此來(lái)監(jiān)視個(gè)別裝置乃至整幢建筑物的表現(xiàn)。

    在操作站上經(jīng)過(guò)編程形成整座大樓的網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)控管理系統(tǒng)。操作人員可以方便快捷地用鼠標(biāo)找到特定樓層的特定設(shè)備并對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而且操作站具有為Metasys中任一部分編制程序和定義數(shù)據(jù)庫(kù)的能力。硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)配置、點(diǎn)的增加、控制回路的定義和參數(shù)設(shè)定，都可用簡(jiǎn)單的填空模板而在線地進(jìn)行。各種程序可以下載給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的控制器，也可以上載和存入任何一個(gè)操作站。

3  自動(dòng)控制系統(tǒng)

BA（樓宇自控）系統(tǒng)主要由以下裝置組成：
(1) 檢測(cè)變送裝置：將被控對(duì)象的被調(diào)參數(shù)檢測(cè)出來(lái)，并將其轉(zhuǎn)換成各類型的能量信號(hào)，如傳感器等。

(2) 控制調(diào)節(jié)裝置：將檢測(cè)裝置送來(lái)的被調(diào)參數(shù)信號(hào)與設(shè)定值相比較，當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)發(fā)出一定規(guī)律的控制信號(hào)到執(zhí)行調(diào)節(jié)裝置。即直接數(shù)位控制器，簡(jiǎn)稱DDC，采用計(jì)算機(jī)數(shù)字輸出信號(hào)去直接控制電動(dòng)水閥門的開度。

(3) 執(zhí)行調(diào)節(jié)裝置：根據(jù)控制調(diào)節(jié)裝置（控制器）發(fā)來(lái)的控制信號(hào)的大小和方向，開大或開小調(diào)節(jié)閥門而改變調(diào)節(jié)參數(shù)的數(shù)值。

兒童醫(yī)院設(shè)備運(yùn)行管理與控制子系統(tǒng)包括：
(1) 環(huán)境監(jiān)測(cè)
    由于兒童醫(yī)院新門診樓出入的醫(yī)務(wù)人員、患者及家屬比較多，因此環(huán)境監(jiān)測(cè)非常重要。操作人員可以對(duì)各樓層、各部位的二氧化碳濃度和溫度進(jìn)行監(jiān)視并根據(jù)結(jié)果調(diào)整溫度的設(shè)定值或啟動(dòng)新風(fēng)機(jī)補(bǔ)充更多的新鮮空氣，以便營(yíng)造一個(gè)舒適、安全的工作和就醫(yī)環(huán)境。整個(gè)大樓內(nèi)有將近60多個(gè)室內(nèi)溫度檢測(cè)點(diǎn)和30多個(gè)二氧化碳濃度檢測(cè)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確的在OWS上顯示出大樓各部位的溫度及二氧化碳濃度。

(2) 采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)
    中央空調(diào)的監(jiān)控是樓宇自控最重要的組成部分之一，可分成兩部分：中央空調(diào)的水循環(huán)系統(tǒng)，中央空調(diào)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

    兒童醫(yī)院中央空調(diào)的水循環(huán)系統(tǒng)所要監(jiān)控的設(shè)備分為3組。有制冷機(jī)組3臺(tái)、冷凍泵3臺(tái)、冷卻泵3臺(tái)、冷卻塔風(fēng)機(jī)3臺(tái)、旁通閥1個(gè)。

    中央空調(diào)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備主要包括：9臺(tái)空調(diào)機(jī)組、53臺(tái)新風(fēng)機(jī)組、大門入口的幾臺(tái)熱風(fēng)幕及分布于樓層各公共區(qū)域的上百個(gè)風(fēng)機(jī)盤管。對(duì)中央空調(diào)的空氣調(diào)節(jié)主要包括：對(duì)風(fēng)機(jī)、送（回）風(fēng)門開度狀態(tài)的監(jiān)視和調(diào)節(jié)，對(duì)過(guò)濾網(wǎng)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

    中央空調(diào)系統(tǒng)的水循環(huán)調(diào)節(jié)主要包括，制冷機(jī)組的啟停、故障監(jiān)控，冷凍（熱供）水泵，冷卻水泵的監(jiān)控，啟停監(jiān)控，故障監(jiān)控；對(duì)冷卻塔的啟停、故障等項(xiàng)的監(jiān)控；對(duì)出入水流工作狀態(tài)的監(jiān)控；對(duì)供冷、供熱等參數(shù)的監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。制冷分組啟動(dòng)，程序設(shè)計(jì)為先順序啟動(dòng)冷卻泵、冷凍泵后，判斷水流開關(guān)正常后，啟動(dòng)冷凍機(jī)組。而冷卻塔風(fēng)機(jī)根據(jù)溫度的高低自動(dòng)啟、停。

    對(duì)于中央空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制主要是依靠采集現(xiàn)場(chǎng)的溫度，新風(fēng)、空調(diào)運(yùn)行的設(shè)備參數(shù)。在DDC中把檢測(cè)的溫度與設(shè)定的溫度相比，經(jīng)過(guò)邏輯單元及PID單元的計(jì)算后把相應(yīng)的控制電壓輸出給設(shè)備，對(duì)水閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。夏季運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)供應(yīng)冷凍水，而冬季運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)供應(yīng)熱水。因此，用一冬夏季轉(zhuǎn)換開關(guān)來(lái)控制使閥門的調(diào)節(jié)正好相反。

    空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中安裝在盤管后的防凍開關(guān)具有手動(dòng)復(fù)位功能，當(dāng)回風(fēng)溫度低于某一限定值時(shí)，編程設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)有防凍報(bào)警，報(bào)警時(shí)會(huì)自動(dòng)依程序進(jìn)行關(guān)閉風(fēng)機(jī)、關(guān)閉風(fēng)閥，保護(hù)盤管水閥不被凍裂，使用戶不受損失。

    風(fēng)機(jī)上的過(guò)濾網(wǎng)是一個(gè)壓差開關(guān)，通過(guò)檢測(cè)過(guò)濾器兩側(cè)的氣壓來(lái)監(jiān)視過(guò)濾器阻塞的狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生阻塞時(shí)，在中央控制室發(fā)出報(bào)警信號(hào)，可在操作站的相應(yīng)設(shè)備位置顯示紅色報(bào)警，使維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并準(zhǔn)確找到位置進(jìn)行快速的維修或清洗。

    而風(fēng)機(jī)盤管分為高、中、低速控制，根據(jù)醫(yī)院要求對(duì)其設(shè)定每天啟、停的時(shí)間表。既節(jié)約了能源，又免去了操作人員每天操作的麻煩。同時(shí)，操作人員還可根據(jù)天氣狀況隨時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)盤管的速度。

    兒童醫(yī)院整座樓有十幾臺(tái)送/排風(fēng)機(jī)，對(duì)通風(fēng)及排煙系統(tǒng)（包括廁所樓頂排風(fēng)系統(tǒng)、人防及地下樓層送/排風(fēng)系統(tǒng)以及空調(diào)新風(fēng)進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、放煙系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)及加壓送風(fēng)系統(tǒng)）采集每個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)，以便進(jìn)行集中監(jiān)視，操作人員可在工作站對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視，也可采用定時(shí)控制。

(3) 照明控制
    照明系統(tǒng)在大廈的用電設(shè)備中是僅次于中央空調(diào)的第二用電大戶，對(duì)照明系統(tǒng)的集中監(jiān)控，除了保證照明穩(wěn)定可靠的前提下還要考慮它的節(jié)能性。兒童醫(yī)院的照明主要控制公共區(qū)域的照明。包括醫(yī)院的大廳、走廊、過(guò)道、樓梯間等區(qū)域的照明，其中還包括部分應(yīng)急照明。對(duì)于照明主要采用時(shí)間表控制。即預(yù)先設(shè)定好每天開燈、關(guān)燈的時(shí)間，每天到時(shí)間，系統(tǒng)就可嚴(yán)格地按照預(yù)設(shè)時(shí)間自動(dòng)啟停照明。根據(jù)需要，不同的部位可采用不同的時(shí)間表。從而達(dá)到節(jié)約能源和方便管理的目的。

(4) 給水（含冷水、熱水、飲用水）與排水系統(tǒng)
    兒童醫(yī)院的給排水系統(tǒng)包括16臺(tái)污水泵及軟水泵、生活水泵的監(jiān)控，還有軟水箱、生活水箱、集水坑和膨脹水箱液位的監(jiān)視。其中各水泵可根據(jù)液位自動(dòng)啟、停。

    在其它的一些樓宇自控中，還包括對(duì)電梯及供配電系統(tǒng)的監(jiān)視。兒童醫(yī)院中根據(jù)業(yè)主要求沒(méi)有這兩項(xiàng)。

4  結(jié)語(yǔ)

    兒童醫(yī)院樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)自投入使用以來(lái)，不斷的、及時(shí)的提供有關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)資料，運(yùn)行安全、穩(wěn)定、高效，功能上達(dá)到了用戶的要求，節(jié)約了大量的能源，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)整座大廈設(shè)備的管理，減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

    隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)其工作、生活和學(xué)習(xí)環(huán)境的要求必然會(huì)不斷提高，如：房屋面積大、安全、舒適、方便等功能。但鑒于城市面積有限，地價(jià)逐步攀升，使得樓宇建設(shè)必然向空間擴(kuò)展，從而高層建筑迅速發(fā)展，而且規(guī)模變大、功能多樣的趨勢(shì)已很明顯。在這種市場(chǎng)推動(dòng)之下，勢(shì)必刺激相應(yīng)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。因樓宇建設(shè)規(guī)模和功能要求，使得機(jī)電設(shè)備種類和數(shù)量成倍增加。而面對(duì)成百上千臺(tái)機(jī)電設(shè)備，要讓其能互相協(xié)調(diào)，安全最佳運(yùn)行，以適應(yīng)復(fù)雜多變的負(fù)荷狀況，那只有依靠系統(tǒng)的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。

    樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為不可缺少的工具之一。它體現(xiàn)的不僅僅是大樓設(shè)備管理的現(xiàn)代化，而且是中國(guó)建筑業(yè)大踏步趕上世界信息時(shí)代高科技先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。