应用案例

涵盖各行业的生产监控与管理、数字化车间、智能工厂、集团决策等多层次的智能管控,在工业、市政冶化重工、轻工制造、智能建筑、农业养殖、水务环保、交通管廊、热网燃气等诸多行业领域进行了大量的实践和应用,协助企业推动从智能生产到运营管理的创新 。

大庆市人民医院楼宇智能化系统应用案例

一、系统概述

智能建筑是随着现代化科学技术的飞速发展,特别是计算机和微电子技术的普及和应用、通讯技术、计算机网络技术以及自动化技术的日益提高而发展起来的。

大庆市人民医院建于2000年7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、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。

大庆市人民医院要求空调系统维持室内的恒温、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、预热、加热、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、湿度、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。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,按照预定时间自动开启和关闭照明,并可以按照日历上确定的程序,区分工作与非工作时间。

二、实施方案

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、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,主要包括:1)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;2)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;3)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;4)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。

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,再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、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、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5℃-30℃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-冷却泵-冷冻泵-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、决定启动机组台数、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DO点数不足,但通过增加两组扩展模块,可使DI、DO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、系统配置 

  • 系统硬件

楼宇智能管理系统的硬件根据需要可集成DDC控制器、PLC、LonWorks设备等。DDC是一种高性能的现场控制盘,它利用设置于其中的多个接口,与其他DDC现场控制器相连。DDC将用户编写的特定程序与其本身固有的用途结合起来,使设备在保持客户有最佳舒适感的同时达到最高效率。

通过现场控制器可管理大约四至五百个监控点。DDC能用高级控制演算法提供全建筑物范围内的最优控制。DDC也能协调使用特定用途控制器的本地网络,实现暖通空调、照明、消防、及出入控制等功能。在这些应用中独立的控制器能提供报警和综合控制功能。

硬件还包括操作站OWS,它可以调用网络图、图形系统透视、聚点视窗、点的历史趋势等画面,便于操作人员管理操作。其他还有网络终端、扩展数字式控制器DX9100、LonWorks数字式控制器DX9120等。

  • 通讯接口

力控软件平台是基于流行的32位、64位Windows平台,丰富的I/O驱动能够连接到各种现场设备。支持OPC 、DDE、ODBC等开放接口,采用分布式实时多数据库系统,可提供访问工厂和企业系统数据的一个公共入口。内置TCP/IP协议的网络服务程序使您可以充分利用Intranet或Internet的网络资源。全部功能都是高度集成的,能传递给您需要的有价值的信息,以使生产环境更有效率。

四、应用功能

楼宇智能管理系统具有环境控制、节能管理、照明控制、消防管理、保安监控等功能。

1、冷冻级空调系统。能够对中央冷冻系统、空调处理机系统、新风处理机及排风风机系统进行集中监控设备的运行状态,采集各种参数的数据,并通过计算进行优化控制,在完成控制要求的同时,进行优化控制,达到节能的要求。

2、供电及照明系统。在预定时间程序开关各区的公共照明系统,同时监察开关状态,及过量负荷报警。监察供电设备的状态,采集各种参数进行动态分析,从而即兼顾安全又达到节能效果。

3、供排水系统。监控各种供排水设备的运作及报警。

4、保安及巡更系统。提供在门上的磁力开关或其他监察装置可以监视各种通道的状态。若监察装置被触动,中央监控系统根据事先设定的程序决定是否报警,并发出连锁信号,将闭路电视系统有关的拍摄镜头利用录像机记录下来。

5、消防系统。中央监控有能力与独立运作的消防系统连接起来,可由中央监控系统监察及纪录消防装置的运作情况,亦可根据火警情况对相关的系统进行控制。

6、升降梯及扶手电梯系统。中央监控系统可以监察纪录以下的状态及报警,包括:扶手电梯向上/向下状态、升降机及扶手电梯的正常/停止运作状态、升降机及扶手电梯的紧急停车/故障报警。

7、系统可以按照预先设定好的时间表执行启停命令,进行相应的控制,主要包括:

  • 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控制,为使冷水机组的供、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。
  • 设备无响管理控制,在冷水机组控制中,系统每发出一个设备启、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。

五、项目总结

本项目自投入使用以来,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。

系统在应用中,充分体现了实时多任务、高开放性、高稳定性等特点。而且该系统具有可扩展性,可以将大厦的停车场系统、电梯系统、安保监控系统、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,为大厦管理者提供大量有价值的数据,支持大厦的管理与决策。

以此系统为基础,可以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,还可以利用力控的网络功能,将数据进行统一管理,并能够通过对历史数据变化趋势的分析,更有效地调配和节约能源。