黃文鈺

1  概述

    目前許多現代化大樓尤其是高層大樓內安裝了樓宇自控系統（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。兒童醫院新門(mén)診樓就采用了先進(jìn)的樓宇自控系統。

    兒童醫院新門(mén)診樓是集門(mén)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。它采用了美國江森自控公司（Johnson Controls, Inc.）的Metasys建筑物管理系統，它代表了樓宇管理與控制的最新潮流。

2  系統組成

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

圖1  Metasys網(wǎng)絡(luò )系統圖

(1) 網(wǎng)絡(luò )結構工作站與三個(gè)NCU之間用N1網(wǎng)相連，NCU再與現場(chǎng)各控制器以N2總線(xiàn)相連。NCU又名主控制器，是一個(gè)模塊化和智能化的控制盤(pán)，是Metasys網(wǎng)絡(luò )的心臟。它可以用在任何要求進(jìn)行復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，作為系統的各個(gè)離散化的控制器的協(xié)調者處于終端電腦和區域控制器之間，它的作用是實(shí)現全面的整體的信息共享控制，信息傳輸、數據存儲、區域或遙控報警和提供全屏幕菜單化的用戶(hù)接口。另外，網(wǎng)絡(luò )控制單元也可以協(xié)調通訊網(wǎng)絡(luò )中獨立工作的一些專(zhuān)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、對現場(chǎng)設備的命令信息，以及狀態(tài)修改信息等。其高速性、可靠性和Metasys FMS強大的系統軟件可以使NCU與用戶(hù)操作站之間完善地傳遞信息。N2總線(xiàn)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(jìn)行一些簡(jiǎn)單的電話(huà)線(xiàn)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 )系統圖。

(2) 軟件兒童醫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(gè)可編程的、易于應用的、用于設備監控的有力工具。通過(guò)操作員工作站，可編寫(xiě)程序、制作數據庫、記錄摘要、改變系統狀態(tài)、計劃、設定值和控制方式。它使用標準的硬件設備以及運行微軟公司的Windows2000操作系統。程序、數據被下裝到實(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）,儲存著(zhù)系統內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(dòng)顯示出來(lái)，可以在操作站上顯示、制作、編寫(xiě)及取消報警信息。

    ③工作時(shí)間表（SCHEDULING CALENDAR），對系統的時(shí)間、星期、日期進(jìn)行追查，以便在指定的時(shí)間內采取行動(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方式，圖形的符號能夠將動(dòng)態(tài)的資料顯示出來(lái)，例如當有報警發(fā)生時(shí)，該項目的顏色可以變?yōu)樾涯康募t色，操作人員對哪個(gè)設備發(fā)生報警一目了然。

    ⑤運行時(shí)間累積記錄（TOTALIZATION），顯示累積的數據、提供長(cháng)期的數據儲存，允許操作員介定事項的累計。

    ⑥監控點(diǎn)歷史（POINT HISTORY），保存每一事項的數據、行動(dòng)狀態(tài)等最新歷史。

    ⑦趨勢動(dòng)態(tài)記錄（TREND），將需要的數據收集起來(lái)，顯示實(shí)時(shí)趨勢功能，以此來(lái)監視個(gè)別裝置乃至整幢建筑物的表現。

    在操作站上經(jīng)過(guò)編程形成整座大樓的網(wǎng)絡(luò )式監控管理系統。操作人員可以方便快捷地用鼠標找到特定樓層的特定設備并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。而且操作站具有為Metasys中任一部分編制程序和定義數據庫的能力。硬件設備、網(wǎng)絡(luò )配置、點(diǎn)的增加、控制回路的定義和參數設定，都可用簡(jiǎn)單的填空模板而在線(xiàn)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

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

(2) 控制調節裝置：將檢測裝置送來(lái)的被調參數信號與設定值相比較，當出現偏差時(shí)發(fā)出一定規律的控制信號到執行調節裝置。即直接數位控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)DDC，采用計算機數字輸出信號去直接控制電動(dòng)水閥門(mén)的開(kāi)度。

(3) 執行調節裝置：根據控制調節裝置（控制器）發(fā)來(lái)的控制信號的大小和方向，開(kāi)大或開(kāi)小調節閥門(mén)而改變調節參數的數值。

兒童醫院設備運行管理與控制子系統包括：
(1) 環(huán)境監測
    由于兒童醫院新門(mén)診樓出入的醫務(wù)人員、患者及家屬比較多，因此環(huán)境監測非常重要。操作人員可以對各樓層、各部位的二氧化碳濃度和溫度進(jìn)行監視并根據結果調整溫度的設定值或啟動(dòng)新風(fēng)機補充更多的新鮮空氣，以便營(yíng)造一個(gè)舒適、安全的工作和就醫環(huán)境。整個(gè)大樓內有將近60多個(gè)室內溫度檢測點(diǎn)和30多個(gè)二氧化碳濃度檢測點(diǎn)，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(fēng)與空氣調節(HVAC)系統
    中央空調的監控是樓宇自控最重要的組成部分之一，可分成兩部分：中央空調的水循環(huán)系統，中央空調的空氣調節系統。

    兒童醫院中央空調的水循環(huán)系統所要監控的設備分為3組。有制冷機組3臺、冷凍泵3臺、冷卻泵3臺、冷卻塔風(fēng)機3臺、旁通閥1個(gè)。

    中央空調的空氣調節系統設備主要包括：9臺空調機組、53臺新風(fēng)機組、大門(mén)入口的幾臺熱風(fēng)幕及分布于樓層各公共區域的上百個(gè)風(fēng)機盤(pán)管。對中央空調的空氣調節主要包括：對風(fēng)機、送（回）風(fēng)門(mén)開(kāi)度狀態(tài)的監視和調節，對過(guò)濾網(wǎng)工作狀態(tài)的監測。

    中央空調系統的水循環(huán)調節主要包括，制冷機組的啟停、故障監控，冷凍（熱供）水泵，冷卻水泵的監控，啟停監控，故障監控；對冷卻塔的啟停、故障等項的監控；對出入水流工作狀態(tài)的監控；對供冷、供熱等參數的監測和調節。制冷分組啟動(dòng)，程序設計為先順序啟動(dòng)冷卻泵、冷凍泵后，判斷水流開(kāi)關(guān)正常后，啟動(dòng)冷凍機組。而冷卻塔風(fēng)機根據溫度的高低自動(dòng)啟、停。

    對于中央空調水循環(huán)系統和空氣調節系統的控制主要是依靠采集現場(chǎng)的溫度，新風(fēng)、空調運行的設備參數。在DDC中把檢測的溫度與設定的溫度相比，經(jīng)過(guò)邏輯單元及PID單元的計算后把相應的控制電壓輸出給設備，對水閥進(jìn)行調節。夏季運行時(shí)系統供應冷凍水，而冬季運行時(shí)，系統供應熱水。因此，用一冬夏季轉換開(kāi)關(guān)來(lái)控制使閥門(mén)的調節正好相反。

    空氣調節系統中安裝在盤(pán)管后的防凍開(kāi)關(guān)具有手動(dòng)復位功能，當回風(fēng)溫度低于某一限定值時(shí)，編程設計時(shí)設有防凍報警，報警時(shí)會(huì )自動(dòng)依程序進(jìn)行關(guān)閉風(fēng)機、關(guān)閉風(fēng)閥，保護盤(pán)管水閥不被凍裂，使用戶(hù)不受損失。

    風(fēng)機上的過(guò)濾網(wǎng)是一個(gè)壓差開(kāi)關(guān)，通過(guò)檢測過(guò)濾器兩側的氣壓來(lái)監視過(guò)濾器阻塞的狀態(tài)，當發(fā)生阻塞時(shí)，在中央控制室發(fā)出報警信號，可在操作站的相應設備位置顯示紅色報警，使維護人員及時(shí)發(fā)現，并準確找到位置進(jìn)行快速的維修或清洗。

    而風(fēng)機盤(pán)管分為高、中、低速控制，根據醫院要求對其設定每天啟、停的時(shí)間表。既節約了能源，又免去了操作人員每天操作的麻煩。同時(shí)，操作人員還可根據天氣狀況隨時(shí)調整風(fēng)機盤(pán)管的速度。

    兒童醫院整座樓有十幾臺送/排風(fēng)機，對通風(fēng)及排煙系統（包括廁所樓頂排風(fēng)系統、人防及地下樓層送/排風(fēng)系統以及空調新風(fēng)進(jìn)風(fēng)系統、放煙系統、排煙系統及加壓送風(fēng)系統）采集每個(gè)風(fēng)機的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)，以便進(jìn)行集中監視，操作人員可在工作站對其進(jìn)行遠程監視，也可采用定時(shí)控制。

(3) 照明控制
    照明系統在大廈的用電設備中是僅次于中央空調的第二用電大戶(hù)，對照明系統的集中監控，除了保證照明穩定可靠的前提下還要考慮它的節能性。兒童醫院的照明主要控制公共區域的照明。包括醫院的大廳、走廊、過(guò)道、樓梯間等區域的照明，其中還包括部分應急照明。對于照明主要采用時(shí)間表控制。即預先設定好每天開(kāi)燈、關(guān)燈的時(shí)間，每天到時(shí)間，系統就可嚴格地按照預設時(shí)間自動(dòng)啟停照明。根據需要，不同的部位可采用不同的時(shí)間表。從而達到節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
    兒童醫院的給排水系統包括16臺污水泵及軟水泵、生活水泵的監控，還有軟水箱、生活水箱、集水坑和膨脹水箱液位的監視。其中各水泵可根據液位自動(dòng)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的監視。兒童醫院中根據業(yè)主要求沒(méi)有這兩項。

4  結語(yǔ)

    兒童醫院樓宇自動(dòng)控制系統自投入使用以來(lái)，不斷的、及時(shí)的提供有關(guān)設備運行狀態(tài)資料，運行安全、穩定、高效，功能上達到了用戶(hù)的要求，節約了大量的能源，同時(shí)加強了對整座大廈設備的管理，減輕了人員的勞動(dòng)強度。

    隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展和社會(huì )進(jìn)步，人們對其工作、生活和學(xué)習環(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，使得樓宇建設必然向空間擴展，從而高層建筑迅速發(fā)展，而且規模變大、功能多樣的趨勢已很明顯。在這種市場(chǎng)推動(dòng)之下，勢必刺激相應技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。因樓宇建設規模和功能要求，使得機電設備種類(lèi)和數量成倍增加。而面對成百上千臺機電設備，要讓其能互相協(xié)調，安全最佳運行，以適應復雜多變的負荷狀況，那只有依靠系統的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。

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