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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。兒童醫院新門診樓就采用了先進的樓宇自控系統。

    兒童醫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，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、三個網絡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 系統使用多層次分布式的系統結構，將操作站（Operator WorkStation-OWS）、網絡控制器(Network Control Units-NCU)、專用控制器(Application Specific Controllers-ASC)，以及末端的傳感器/執行器緊密地連接起來。

圖1  Metasys網絡系統圖

(1) 網絡結構工作站與三個NCU之間用N1網相連，NCU再與現場各控制器以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網絡的心臟。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絡通訊和信息管理，作為系統的各個離散化的控制器的協調者處于終端電腦和區域控制器之間，它的作用是實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接口。另外，網絡控制單元也可以協調通訊網絡中獨立工作的一些專用控制器，是樓宇真正集散網絡的重要一環。

    N1網絡是一個局域網（LAN），采用的是以太網（Ethernet）、TCP/IP協議。N1網傳輸所有的網絡信息，包括控制信息、上傳及下載信息、對現場設備的命令信息，以及狀態修改信息等。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）及網絡擴展器（XT9100）與NCU相連。N2網絡只是進行一些簡單的電話線連接，因此，不僅性能可靠，而且安裝經濟，圖1是Metasys網絡系統圖。

(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可編程的、易于應用的、用于設備監控的有力工具。通過操作員工作站，可編寫程序、制作數據庫、記錄摘要、改變系統狀態、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）,儲存著系統內指定部位的所有資料。

    ②報警信息（ALARM MESSAGES），若發生報警，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），對系統的時間、星期、日期進行追查，以便在指定的時間內采取行動。

    ④動態圖形顯示（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態的資料顯示出來，例如當有報警發生時，該項目的顏色可以變為醒目的紅色，操作人員對哪個設備發生報警一目了然。

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

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

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

    在操作站上經過編程形成整座大樓的網絡式監控管理系統。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行實時監控。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、網絡配置、點的增加、控制回路的定義和參數設定，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絡中的控制器，也可以上載和存入任何一個操作站。

3  自動控制系統

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，并將其轉換成各類型的能量信號，如傳感器等。

(2) 控制調節裝置：將檢測裝置送來的被調參數信號與設定值相比較，當出現偏差時發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，簡稱DDC，采用計算機數字輸出信號去直接控制電動水閥門的開度。

(3) 執行調節裝置：根據控制調節裝置（控制器）發來的控制信號的大小和方向，開大或開小調節閥門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) 環境監測
    由于兒童醫院新門診樓出入的醫務人員、患者及家屬比較多，因此環境監測非常重要。操作人員可以對各樓層、各部位的二氧化碳濃度和溫度進行監視并根據結果調整溫度的設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、安全的工作和就醫環境。整個大樓內有將近60多個室內溫度檢測點和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、冷卻塔風機3臺、旁通閥1個。

    中央空調的空氣調節系統設備主要包括：9臺空調機組、53臺新風機組、大門入口的幾臺熱風幕及分布于樓層各公共區域的上百個風機盤管。對中央空調的空氣調節主要包括：對風機、送（回）風門開度狀態的監視和調節，對過濾網工作狀態的監測。

    中央空調系統的水循環調節主要包括，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的監控；對供冷、供熱等參數的監測和調節。制冷分組啟動，程序設計為先順序啟動冷卻泵、冷凍泵后，判斷水流開關正常后，啟動冷凍機組。而冷卻塔風機根據溫度的高低自動啟、停。

    對于中央空調水循環系統和空氣調節系統的控制主要是依靠采集現場的溫度，新風、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備，對水閥進行調節。夏季運行時系統供應冷凍水，而冬季運行時，系統供應熱水。因此，用一冬夏季轉換開關來控制使閥門的調節正好相反。

    空氣調節系統中安裝在盤管后的防凍開關具有手動復位功能，當回風溫度低于某一限定值時，編程設計時設有防凍報警，報警時會自動依程序進行關閉風機、關閉風閥，保護盤管水閥不被凍裂，使用戶不受損失。

    風機上的過濾網是一個壓差開關，通過檢測過濾器兩側的氣壓來監視過濾器阻塞的狀態，當發生阻塞時，在中央控制室發出報警信號，可在操作站的相應設備位置顯示紅色報警，使維護人員及時發現，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，根據醫院要求對其設定每天啟、停的時間表。既節約了能源，又免去了操作人員每天操作的麻煩。同時，操作人員還可根據天氣狀況隨時調整風機盤管的速度。

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

(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，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間表控制。即預先設定好每天開燈、關燈的時間，每天到時間，系統就可嚴格地按照預設時間自動啟停照明。根據需要，不同的部位可采用不同的時間表。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。兒童醫院中根據業主要求沒有這兩項。

4  結語

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

    隨著經濟發展和社會進步，人們對其工作、生活和學習環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，使得樓宇建設必然向空間擴展，從而高層建筑迅速發展，而且規模變大、功能多樣的趨勢已很明顯。在這種市場推動之下，勢必刺激相應技術的產生和發展。因樓宇建設規模和功能要求，使得機電設備種類和數量成倍增加。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時自動控制。

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