智能建筑源于美國，隨后在世界各地蓬勃發(fā)展。我國雖起步較晚，但發(fā)展迅猛。

    建筑設備自動(dòng)化系統（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備的應用使得智能建筑的電力負荷遠遠大于傳統建筑物，而空調及照明系統因其耗電量大又成為BAS所控制的核心設備。建立完善的樓宇自控系統，可以有效地降低能耗，同時(shí)將所有設備信息匯集到操作站，便于集中監控管理。

    下面以大慶市人民醫院樓宇自控系統為例，介紹樓宇自控系統的實(shí)現方法。 

    一、工程概況及主要控制內容

    大慶市人民醫院建于2000年七月，總建筑面積六萬(wàn)五千七百五十平方米。共有大型中央空調機組十四臺。冷水機組兩臺?？照{系統包括6臺萬(wàn)級空調機組、5臺百級空調機組及3臺新風(fēng)機組。萬(wàn)級空調機組服務(wù)于萬(wàn)級及十萬(wàn)級手術(shù)室，百級空調服務(wù)于百級手術(shù)室及輔助區域，所有機組分布于大樓內各空調機房?jì)?。除對空調系統進(jìn)行控制外，還要求對門(mén)診大廳及工作區的日常照明進(jìn)行統一管理和控制。

    1．空調系統

    空調系統的主要作用是維持室內的恒溫、恒濕。對于潔凈空調還要擔負起區域內空氣凈化的重任?？照{系統主要是控制對制冷、預熱、加熱、加濕閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調節溫度和濕度。因為空氣的升溫和降溫過(guò)程緩慢，要注意不能出現超調。另外對溫度、濕度、壓力等數值要進(jìn)行監視和記錄，便于通過(guò)對長(cháng)期曲線(xiàn)的分析，找到最佳運行方式。 

    <center><img src=pic/107_1.gif alt=""><br></center> 

    另外，本系統服務(wù)于醫院，具有工作性質(zhì)上的特殊性。對空調機組的控制，主要實(shí)現如下的功能。

    控制送風(fēng)機的啟停；

    通過(guò)常開(kāi)無(wú)源觸點(diǎn)監測送風(fēng)機電氣部分運行狀態(tài)及故障報警；

    監測初效及中效過(guò)濾器淤塞報警狀態(tài)，確保機組正常運行，節省日常巡檢人力；

    監測送風(fēng)機壓差，確定送風(fēng)機機械部分運行狀態(tài)；

    監測換熱器表面溫度，過(guò)低溫度報警并聯(lián)動(dòng)相關(guān)設備，確保換熱器使用安全；

    監測送/回風(fēng)溫/濕度；

    根據回風(fēng)溫度控制預熱盤(pán)管水閥的開(kāi)度，將新回風(fēng)混合后溫度維持為一定值；

    通過(guò)對加熱盤(pán)管及表冷盤(pán)管二通電動(dòng)調節閥的自動(dòng)調整，實(shí)現對送風(fēng)溫度（設定點(diǎn)可調整）的控制

    通過(guò)控制加濕蒸汽閥的開(kāi)度，實(shí)現對送風(fēng)濕度（設定點(diǎn)可調整）的控制；

    監測手術(shù)室中的環(huán)境壓力，當低于所要求正壓值時(shí)向工作人員發(fā)出報警；

    控制預處理新風(fēng)風(fēng)閥及回風(fēng)風(fēng)閥的開(kāi)度；

    冷水機組 

    冷水機組在夏季為空調系統提供冷水，在空調系統所消耗的冷量中，冷水機組所消耗的能量占有很大比重，因此，冷水機組是空調系統的耗能大戶(hù)，控制系統設計的優(yōu)劣將直接影響節能效果。冷水機組共有2臺冷凍機組，2臺冷卻風(fēng)扇，3臺冷卻泵，3臺冷凍泵。冷水機組常規監控功能有：

    控制冷凍機啟停，監測運行狀態(tài)及故障報警；

    控制冷凍水泵啟停，監測水泵的運行狀態(tài)及故障報警；

    控制冷卻水泵啟停，監測水泵運行狀態(tài)及故障報警；

    測量冷凍水管的總供/回水壓力；

    控制冷卻塔風(fēng)機啟停，監測運行狀態(tài)及故障報警；

    控制補水泵啟停，監測運行狀態(tài)及故障報警；

    監測膨脹水箱高/低液位；

    監測冷凍/冷卻水水流狀態(tài)；

    監測冷凍水、冷卻水供/回水溫度；
 
    監測冷凍水回水流量；

    冷凍機、冷凍水泵、冷卻水泵、補水泵、冷卻塔運行時(shí)間累積；

    通過(guò)計算冷凍水的總供／回水溫度和回水流量，計算出空調系統的冷負荷；

    根據實(shí)際冷負荷來(lái)決定冷凍機的啟停組合及臺數，以便達到最佳的節能效果；

    根據冷卻水供回水溫度，控制冷卻塔風(fēng)機的啟停及運行數量；

    控制冷凍水旁通閥的開(kāi)度，以維持要求的供回水壓差。

    3．照明系統

    醫院的照明系統分13個(gè)區域。要求對各區域的照明能夠單獨控制，并可在控制室內監視各區照明狀態(tài)。按預定時(shí)間自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉照明；按照日歷上確定的程序，區分工作與非工作時(shí)間。 

    二、控制方案及實(shí)現方法

    1.控制方案

    目前空調控制系統主要有直接數字控制器（DDC）和現場(chǎng)總線(xiàn)兩種控制方式?；贒DC控制的簡(jiǎn)便、靈活，結合本系統控制點(diǎn)數較少，而各空調系統及冷凍機組距中央控制室較遠（最遠為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)數不能滿(mǎn)足每個(gè)系統的要求，但是因為DDC具有較強的擴展能力，能夠掛接不同類(lèi)型的擴展模塊，I/O點(diǎn)數量也能滿(mǎn)足要求，完全可以滿(mǎn)足DDC聯(lián)網(wǎng)的要求。

    DDC分配方案：

    每個(gè)空調機組使用一臺DDC來(lái)控制本機組的運行；冷水機組和照明系統各使用一臺DDC進(jìn)行控制。除照明系統外，在各機房?jì)榷及惭b了DDC控制柜。

    特殊要求： 

    方案設計時(shí)要考慮到醫院工作的一些特殊性。

    照明區域劃分要適當，過(guò)大不利于控制，過(guò)小又會(huì )增加控制成本。合理的區域劃分能有效地節約能源。對急診等重要部位不要進(jìn)行自動(dòng)控制。

    在東北地區，外界環(huán)境對空調系統的影響比較大。向陽(yáng)面和背陽(yáng)面有較大的溫度差異，特別在較大區域面積使用同一空調機組時(shí)尤為明顯，在設計時(shí)，要考慮到相同環(huán)境使用同一空調機組。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)速度要適當放慢。 

    在不得已出現手動(dòng)控制的情況下，應及時(shí)屏蔽掉時(shí)間表控制方式，防止手術(shù)期間出現凈化空調停運的情況。

    在冬季運行時(shí)，可能會(huì )因發(fā)生防凍報警而停機，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)入機組時(shí)，就不會(huì )因新風(fēng)溫度過(guò)低而引起報警。

    <center><img src=pic/107_2.gif alt=""><br></center> 

    2. 空調機組

    以往的樓宇自控系統中，要使用通信控制器（NCU或NCM）來(lái)完成操作站與直接數字控制器（DDC）間的通訊，再由NCU接入計算機，NCU中儲存有歷史數據和部分程序。因為DDC的存儲器容量較小，不能儲存大量的數據和復雜的程序，因此用腳本程序替代NCU中的程序，利用力控?軟件的人機界面和實(shí)時(shí)數據庫保存數據，把DDC直接與計算機相連，直接將數據送入計算機操作站，取代通信控制器NCU。

    DDC內要存儲冬季和夏季兩套程序，再相應季節進(jìn)行手動(dòng)轉換。

    空調系統控制還要對一些機組的故障進(jìn)行報警提示，對于某些特殊的報警還要自動(dòng)進(jìn)行緊急處理。例如，冬季發(fā)生低溫斷路報警時(shí)要緊急停機，并將預熱、加熱閥門(mén)打開(kāi)。并且報警不能自動(dòng)復位，必須在現場(chǎng)進(jìn)行復位。復位后風(fēng)機恢復原運行狀態(tài)。這主要針對北方冬季天氣較冷，新風(fēng)進(jìn)入風(fēng)機時(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象，如果持續時(shí)間長(cháng)，極易損壞換熱器。

    3. 冷水機組

    冷水機組的控制比空調系統要復雜，控制程序較大，另外還有數據的運算處理。在本系統中，2臺冷凍機具備單獨的控制和保護功能，是通過(guò)西門(mén)子PLC來(lái)完成的，雖然提供了常開(kāi)接點(diǎn)作為自動(dòng)啟?？刂频慕尤朦c(diǎn)和兩對220V~常開(kāi)有源接點(diǎn)作為狀態(tài)指示和故障報警，但DDC的接點(diǎn)是無(wú)源的，因此要使用220V~中間繼電器轉換。

    冷水機組的控制重點(diǎn)是冷凍機的選擇性啟動(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(cháng)設備的使用壽命，在啟動(dòng)的設備數量不是全部系統設備時(shí)，要進(jìn)行選擇啟動(dòng)，啟動(dòng)累計運行時(shí)間最短的設備。

    冷凍機啟動(dòng)時(shí)要求水必須是流動(dòng)的，否則會(huì )迅速結冰，損壞冷凍機。流入冷凍機的水還要有溫度限制，一般控制在5℃－30℃之間。因此，冷水機組在啟動(dòng)時(shí)要遵循特定的順序：冷卻塔風(fēng)扇－冷卻泵－冷凍泵－冷凍機組；關(guān)閉順序相反。冷凍機關(guān)閉后，冷凍泵和冷卻泵還要繼續運行一段時(shí)間，充分利用系統的冷量。另外，冷水機組的各設備功率都較大，不能同時(shí)啟動(dòng)，要有一定延時(shí)。冷凍機組在啟動(dòng)30秒內如果沒(méi)有啟動(dòng)狀態(tài)返回，則認為啟動(dòng)失敗，在五分鐘內不允許再次啟動(dòng)。

    在冷水機組運行中有設備意外停機時(shí)，系統可自動(dòng)啟動(dòng)備用設備。另外，對已確認的故障設備還可在操作站做出故障標記，這樣系統在啟動(dòng)時(shí)會(huì )自動(dòng)將此設備忽略。

    在冷水機組的控制中，DDC只進(jìn)行順序啟?？刂坪凸收蠄缶l(fā)生時(shí)的停機控制。而所需冷量的計算、決定啟動(dòng)機組臺數、各設備運行時(shí)間累計等功能都由力控來(lái)完成。

    4. 照明系統

    一個(gè)DDC的DI及DO點(diǎn)數不足，但通過(guò)增加兩組擴展模塊，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，將照明控制箱設在操作室內，該控制箱只輸出220V~。在各照明分區的照明就地控制箱內增加220V交流接觸器，避免強電進(jìn)入控制箱。在就地控制箱還增加了自動(dòng)/手動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)，這樣在出現事故時(shí)，仍可正常供電。

    三、主要功能實(shí)現方法 

    用力控軟件代替NCU后，控制功能就通過(guò)腳本程序實(shí)現。

    定時(shí)控制

    按預設定好的時(shí)間表執行啟停命令。使用力控軟件的定時(shí)器函數（Reachtime）可以很容易地實(shí)現定時(shí)功能。該函數語(yǔ)法ReachTime(hour，minute)，當時(shí)間到達后返回值為真，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：

    IF 

    Timer==1&&Reachtime(k3_on_h,k3_on_m) THEN KS=1 ENDIF;

    IF 

    Timer==1&&Reachtime(k3_of_h,k3_of_m) THEN KT=1 ENDIF;

    Timer：值為“0”時(shí)，系統時(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空調機組的啟、停時(shí)間。

    KS、KT為系統的啟動(dòng)和停止輸出。

    冷水機組的選擇啟動(dòng)

    要實(shí)現選擇啟動(dòng)就要先累計各設備運行時(shí)間，再根據室溫及外界環(huán)境溫度算出冷量，再根據計算結果和設備的功率得出需要的設備數。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。

    在運行過(guò)程中，隨時(shí)根據供回水的溫度和水流量計算出系統消耗的冷量，當空調系統消耗的冷量小于目前運行冷凍機所提供的冷量，并符合減少設備的條件時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉累計運行時(shí)間長(cháng)的冷凍機組。

    冷水機組壓差旁路系統

    為使冷水機組的供、回水壓差保持在設定處，要采用PID控制的方式。我們使用DB的控制點(diǎn)來(lái)完成。

    首先進(jìn)入數據庫組態(tài)，創(chuàng )建新點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)類(lèi)型選擇“控制點(diǎn)”，在點(diǎn)組態(tài)中可輸入相應參數。對于其他的PID控制過(guò)程也采用這種方式。

    設備無(wú)響 

    在冷水機組控制中，系統每發(fā)出一個(gè)設備啟、停命令都會(huì )對其計時(shí)，如果在規定時(shí)間內，設備狀態(tài)回訊沒(méi)有改變則認為該設備無(wú)響應。系統會(huì )中止啟動(dòng)或停止過(guò)程。

    在編寫(xiě)腳本程序時(shí)，我們使用IF語(yǔ)句進(jìn)行條件判斷。例如啟動(dòng)1臺冷凍機組的腳本程序：

    IF （(PUMP1==1 || 

    PUMP==1 PUMP3==1)&&COOLER1S==1） 

    THEN COOLER1N=1；

    ENDIF;有冷凍泵運行且有啟動(dòng)命令，則發(fā)出啟動(dòng)輸出

    IF 

    COOLER1==1&&COOLER1H==0&&CL1TM<=90

    THEN 

    CL1TM=CL1TM+1； 

    ENDIF;無(wú)狀態(tài)回訊，一直計時(shí)

    IF CL1TM>90 && 

    COOLER1==1 

    THEN COOLER1F=1

    CL1TM=1；

    Display("啟動(dòng)失敗")；

    BEEP(0)；

    ENDIF;超過(guò)計時(shí)時(shí)間，1#冷凍機停機

    IF 

    COOLER1H==1&&CL1TM<=90

    <center><img src=pic/107_3.gif alt=""><br></center> 

    ENDIF；正常啟動(dòng)，計時(shí)復位 

    以上是1#冷凍機啟動(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#冷凍機的狀態(tài)回訊; 

    COOLER1F：停機輸出。

    腳本程序是控制的核心，畫(huà)面的組態(tài)則建立了人機界面。圖3所示的是其中一幅新風(fēng)處理機控制畫(huà)面。

    歷史數據和趨勢

    對于空調系統歷史數據及趨勢至關(guān)重要，通過(guò)長(cháng)期的趨勢曲線(xiàn)，可以很好地反映機組的工作狀況。使用力控?的標準趨圖形對象和實(shí)時(shí)數據庫可以實(shí)現歷史數據的保存和趨勢檢索。 

    四、系統運行效果及發(fā)展前景

    本系統自2000年7月投入使用以來(lái)，系統運行穩定，實(shí)現了所有預期功能，并與本建筑項目共同獲得國家建筑魯班獎。在手術(shù)室等要求長(cháng)期恒溫部位實(shí)測溫度，與設定溫度點(diǎn)偏差小于1.5度；冷凍機組自動(dòng)運行比手動(dòng)控制節能約30%；照明進(jìn)行自動(dòng)統一管理后，杜絕了長(cháng)明燈等浪費現象。

    力控軟件在樓宇系統中的應用，充分體現了實(shí)時(shí)多任務(wù)、高開(kāi)放性、高穩定性的特點(diǎn)。

    該系統所具有的可擴展性，可以將大廈的停車(chē)場(chǎng)系統、電梯系統、安保監控系統、自動(dòng)門(mén)禁系統等全部接入到控制中心的操作站上，利用DB的實(shí)時(shí)性和開(kāi)放性，可以使大廈的管理者得到大廈的所有數據。還可以以本系統作為基礎，將各操作站通過(guò)以太網(wǎng)或Internet連在一起，構成更大的網(wǎng)絡(luò )系統。如果在同一地區有多個(gè)使用力控?軟件管理的樓宇，還可利用力控的網(wǎng)絡(luò )功能，將數據統一管理，并能根據對歷史趨勢的分析，更有效地調配能源和節約能源。