2023年-工程概况及主要控制内容.docx

力控在医院楼宇自控系统中的应用智能建筑源于美国，随后在世界各地蓬勃发展。我国虽起步较晚，但发展迅猛。建筑设备自动化系统（BAS）是智能建筑的重要组成部分。由于智能建筑中大量电子设备 的应用使得智能建筑的电力负荷远远大于传统建筑物，而空调及照明系统因其耗电量大又成 为BAS所控制的核心设备。建立完善的楼宇自控系统，可以有效地降低能耗，同时将所有设 备信息汇集到操作站，便于集中监控管理。F面以大庆市人民医院楼宇自控系统为例，介绍楼宇自控系统的实现方法。一以及工程概况及主要控制内容大庆市人民医院建于2000年七月，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台万级空调机组以及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。1.空调系统空调系统的主要作用是维持室内的恒温以及恒湿。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以及预热以及加热以及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。另外对温度以及湿度以及 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。本系统自2000年7月投入使用以来，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。力控软件在楼宇系统中的应用，充分体现了实时多任务以及高开放性以及高稳定性的特 点。该系统所具有的可扩展性，可以将大厦的停车场系统以及电梯系统以及安保监控系统以 及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，可以使大厦 的管理者得到大厦的所有数据。还可以以本系统作为基础，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，还可利 用力控的网络功能，将数据统一管理，并能根据对历史趋势的分析，更有效地调配能源和节 约能源。风 回图1 空调系统简图- 另外，本系统服务于医院，具有工作性质上的特殊性。对空调机组的控制，主要实现如 下的功能。控制送风机的启停；通过常开无源触点监测送风机电气部分运行状态及故障报警；监测初效及中效过滤器淤塞报警状态，确保机组正常运行，节省日常巡检人力；监测送风机压差，确定送风机机械部分运行状态；监测换热器表面温度，过低温度报警并联动相关设备，确保换热器使用安全；监测送/回风温/湿度；根据回风温度控制预热盘管水阀的开度，将新回风混合后温度维持为一定值；通过对加热盘管及表冷盘管二通电动调节阀的自动调整，实现对送风温度（设定点可调 整）的控制通过控制加湿蒸汽阀的开度，实现对送风湿度（设定点可调整）的控制；监测手术室中的环境压力，当低于所要求正压值时向工作人员发出报警;控制预处理新风风阀及回风风阀的开度;冷水机组冷水机组在夏季为空调系统提供冷水，在空调系统所消耗的冷量中，冷水机组所消耗的 能量占有很大比重，因此，冷水机组是空调系统的耗能大户，控制系统设计的优劣将直接影 响节能效果。冷水机组共有2台冷冻机组，2台冷却风扇，3台冷却泵，3台冷冻泵。冷水机 组常规监控功能有：控制冷冻机启停，监测运行状态及故障报警；控制冷冻水泵启停，监测水泵的运行状态及故障报警；控制冷却水泵启停，监测水泵运行状态及故障报警；测量冷冻水管的总供/回水压力；控制冷却塔风机启停，监测运行状态及故障报警；控制补水泵启停，监测运行状态及故障报警；监测膨胀水箱高/低液位；监测冷冻/冷却水水流状态；监测冷冻水以及冷却水供/回水温度；监测冷冻水回水流量；冷冻机以及冷冻水泵以及冷却水泵以及补水泵以及冷却塔运行时间累积；通过计算冷冻水的总供/回水温度和回水流量，计算出空调系统的冷负荷；根据实际冷负荷来决定冷冻机的启停组合及台数，以便达到最佳的节能效果;根据冷却水供回水温度，控制冷却塔风机的启停及运行数量;控制冷冻水旁通阀的开度，以维持要求的供回水压差。3.照明系统医院的照明系统分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。按预定时间自动开启和关闭照明；按照日历上确定的程序，区分工作与非工 作时间。二以及控制方案及实现方法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 制的简便以及灵活，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。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。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。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。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。图2楼宇自控系统图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，冉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，并将预热以及加热阀门打开。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以及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530C之间。因此，冷水机组在启动时要遵循特定的顺序：冷 却塔风扇一冷却泵一冷冻泵一冷冻机组；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 量的计算以及决定启动机组台数以及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D0点数不足，但通过增加两组扩展模块，可使DI以及D0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。三以及主要功能实现方法用力控软件代替NCU后，控制功能就通过脚本程序实现。定时控制按预设定好的时间表执行启停命令。使用力控软件的定时器函数(Reachtime)可以很容 易地实现定时功能。该函数语法ReachTime(hour, minute),当时间到达后返回值为真，否则 为假。其中hour为小时值，取值为023, 1则表示任何一小时；minute是分钟值，取值 为059。具体方法是：IFTimer=l&&Reachtime(k3_on h, k3 0n m) THEN KS=1 ENDIF;IFTimer=l&&Reachtime (k3_of_h, k3_of_m) THEN KT= 1 ENDIF;Timer：值为“0”时，系统时间表不生效，“1”时生效；k3_on_h 以及 k3_on_m；k3_of_h以及k3_of_m均定义为中间变量，分别代表K3空调机组的启以及停时间。KS以及KT为系统的启动和停止输出。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为使冷水机组的供以及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。设备无响在冷水机组控制中，系统每发出一个设备启以及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。在编写脚本程序时，我们使用IF语句进行条件判断。例如启动1台冷冻机组的脚本程序：IF ( (PUMP1=1 |PUMP二二1 PUMP3=1)&&COOLER1S=1)THEN COOLER1N=1；ENDIF;有冷冻泵运行且有启动命令，则发出启动输出IFCOOLER1=1&&COOLER1H=O&&CL1TM<=90THENCL1TM=CL1TM+1；ENDIF;无状态回讯，一直计时IF CLlTM>90 &&COOLER1=1THEN COOLER1F=1CLlTM=l；Display (启动失败)；BEEP (0)；ENDIF;超过计时时间，1#冷冻机停机IFCOOLER1H=1&&CL1TM<=90新风处理机Hr风TV.,bL,1?.冷水图3 新风陋机控制画面ENDIF；正常启动，计时复位以上是1#冷冻机启动的部分程序，其中COOLER1S：启动命令；COOI.ER1N：启动输出；PUMP：冷冻泵的状态问讯COOLER III： 1#冷冻机的状态回讯；COOLER 1F：停机输出。脚本程序是控制的核心，画面的组态则建立了人机界面。图3所示的是其中一幅新风处 理机控制画面。历史数据和趋势对于空调系统历史数据及趋势至关重要，通过长期的趋势曲线，可以很好地反映机组的 工作状况。使用力控的标准趋图形对象和实时数据库可以实现历史数据的保存和趋势检索。四以及系统运行效果及发展前景