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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、教學用房。建筑面積3.7萬平方米。它采用了美國江森自控公司（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)由一臺工作站、三個網(wǎng)絡(luò)控制單元和分布整個大樓的88個控制器及擴展模塊箱組成。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。

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NCU之間用N1網(wǎng)相連，NCU再與現(xiàn)場各控制器以N2總線相連。NCU又名主控制器，是一個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行復雜和高性能控制的場所。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，它的作用是實現(xiàn)全面的整體的信息共享控制，信息傳輸、數(shù)據(jù)存儲、區(qū)域或遙控報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、對現(xiàn)場設(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)擴展器（XT9100）與NCU相連。N2網(wǎng)絡(luò)只是進行一些簡單的電話線連接，因此，不僅性能可靠，而且安裝經(jīng)濟，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，裝有Metasys操作站軟件。操作員工作站是一個可編程的、易于應用的、用于設(shè)備監(jiān)控的有力工具。通過操作員工作站，可編寫程序、制作數(shù)據(jù)庫、記錄摘要、改變系統(tǒng)狀態(tài)、計劃、設(shè)定值和控制方式。它使用標準的硬件設(shè)備以及運行微軟公司的Windows2000操作系統(tǒng)。程序、數(shù)據(jù)被下裝到實際進行控制的裝置。它的軟件功能包括：
    ①操控點摘要（SUMMARIES）,儲存著系統(tǒng)內(nèi)指定部位的所有資料。

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

    ③工作時間表（SCHEDULING CALENDAR），對系統(tǒng)的時間、星期、日期進行追查，以便在指定的時間內(nèi)采取行動。

    ④動態(tài)圖形顯示（GRAPHICS）,“圖形”是除文字以外在操作站的另一種表達方式，圖形的符號能夠?qū)討B(tài)的資料顯示出來，例如當有報警發(fā)生時，該項目的顏色可以變?yōu)樾涯康募t色，操作人員對哪個設(shè)備發(fā)生報警一目了然。

    ⑤運行時間累積記錄（TOTALIZATION），顯示累積的數(shù)據(jù)、提供長期的數(shù)據(jù)儲存，允許操作員介定事項的累計。

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

    ⑦趨勢動態(tài)記錄（TREND），將需要的數(shù)據(jù)收集起來，顯示實時趨勢功能，以此來監(jiān)視個別裝置乃至整幢建筑物的表現(xiàn)。

    在操作站上經(jīng)過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找到特定樓層的特定設(shè)備并對其進行實時監(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)庫的能力。硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)配置、點的增加、控制回路的定義和參數(shù)設(shè)定，都可用簡單的填空模板而在線地進行。各種程序可以下載給整個網(wǎng)絡(luò)中的控制器，也可以上載和存入任何一個操作站。

3  自動控制系統(tǒng)

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

(2) 控制調(diào)節(jié)裝置：將檢測裝置送來的被調(diào)參數(shù)信號與設(shè)定值相比較，當出現(xiàn)偏差時發(fā)出一定規(guī)律的控制信號到執(zhí)行調(diào)節(jié)裝置。即直接數(shù)位控制器，簡稱DDC，采用計算機數(shù)字輸出信號去直接控制電動水閥門的開度。

(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)來的控制信號的大小和方向，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)備運行管理與控制子系統(tǒng)包括：
(1) 環(huán)境監(jiān)測
    由于兒童醫(yī)院新門診樓出入的醫(yī)務人員、患者及家屬比較多，因此環(huán)境監(jiān)測非常重要。操作人員可以對各樓層、各部位的二氧化碳濃度和溫度進行監(jiān)視并根據(jù)結(jié)果調(diào)整溫度的設(shè)定值或啟動新風機補充更多的新鮮空氣，以便營造一個舒適、安全的工作和就醫(yī)環(huán)境。整個大樓內(nèi)有將近60多個室內(nèi)溫度檢測點和30多個二氧化碳濃度檢測點，可以準確的在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。有制冷機組3臺、冷凍泵3臺、冷卻泵3臺、冷卻塔風機3臺、旁通閥1個。

    中央空調(diào)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備主要包括：9臺空調(diào)機組、53臺新風機組、大門入口的幾臺熱風幕及分布于樓層各公共區(qū)域的上百個風機盤管。對中央空調(diào)的空氣調(diào)節(jié)主要包括：對風機、送（回）風門開度狀態(tài)的監(jiān)視和調(diào)節(jié)，對過濾網(wǎng)工作狀態(tài)的監(jiān)測。

    中央空調(diào)系統(tǒng)的水循環(huán)調(diào)節(jié)主要包括，制冷機組的啟停、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；對冷卻塔的啟停、故障等項的監(jiān)控；對出入水流工作狀態(tài)的監(jiān)控；對供冷、供熱等參數(shù)的監(jiān)測和調(diào)節(jié)。制冷分組啟動，程序設(shè)計為先順序啟動冷卻泵、冷凍泵后，判斷水流開關(guān)正常后，啟動冷凍機組。而冷卻塔風機根據(jù)溫度的高低自動啟、停。

    對于中央空調(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)場的溫度，新風、空調(diào)運行的設(shè)備參數(shù)。在DDC中把檢測的溫度與設(shè)定的溫度相比，經(jīng)過邏輯單元及PID單元的計算后把相應的控制電壓輸出給設(shè)備，對水閥進行調(diào)節(jié)。夏季運行時系統(tǒng)供應冷凍水，而冬季運行時，系統(tǒng)供應熱水。因此，用一冬夏季轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制使閥門的調(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)具有手動復位功能，當回風溫度低于某一限定值時，編程設(shè)計時設(shè)有防凍報警，報警時會自動依程序進行關(guān)閉風機、關(guān)閉風閥，保護盤管水閥不被凍裂，使用戶不受損失。

    風機上的過濾網(wǎng)是一個壓差開關(guān)，通過檢測過濾器兩側(cè)的氣壓來監(jiān)視過濾器阻塞的狀態(tài)，當發(fā)生阻塞時，在中央控制室發(fā)出報警信號，可在操作站的相應設(shè)備位置顯示紅色報警，使維護人員及時發(fā)現(xiàn)，并準確找到位置進行快速的維修或清洗。

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

    兒童醫(yī)院整座樓有十幾臺送/排風機，對通風及排煙系統(tǒng)（包括廁所樓頂排風系統(tǒng)、人防及地下樓層送/排風系統(tǒng)以及空調(diào)新風進風系統(tǒng)、放煙系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)及加壓送風系統(tǒng)）采集每個風機的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)，以便進行集中監(jiān)視，操作人員可在工作站對其進行遠程監(jiān)視，也可采用定時控制。

(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、過道、樓梯間等區(qū)域的照明，其中還包括部分應急照明。對于照明主要采用時間表控制。即預先設(shè)定好每天開燈、關(guān)燈的時間，每天到時間，系統(tǒng)就可嚴格地按照預設(shè)時間自動啟停照明。根據(jù)需要，不同的部位可采用不同的時間表。從而達到節(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)液位自動啟、停。

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

4  結(jié)語

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

    隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，人們對其工作、生活和學習環(huán)境的要求必然會不斷提高，如：房屋面積大、安全、舒適、方便等功能。但鑒于城市面積有限，地價逐步攀升，使得樓宇建設(shè)必然向空間擴展，從而高層建筑迅速發(fā)展，而且規(guī)模變大、功能多樣的趨勢已很明顯。在這種市場推動之下，勢必刺激相應技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。因樓宇建設(shè)規(guī)模和功能要求，使得機電設(shè)備種類和數(shù)量成倍增加。而面對成百上千臺機電設(shè)備，要讓其能互相協(xié)調(diào)，安全最佳運行，以適應復雜多變的負荷狀況，那只有依靠系統(tǒng)的實時自動控制。

    樓宇自動控制系統(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，而且是中國建筑業(yè)大踏步趕上世界信息時代高科技先進水平的重要標志。