浅谈建筑设备监控系统对医院机电设备的管理、控制与应用

浅谈建筑设备监控系统对医院机电设备的管理、控制与应用

何新辉

（广东创宇信息工程有限公司广东广州510630）

摘要：首先介绍了医院建筑设备管理系统的益处、对医院机电设备监控内容，然后重点介绍了医院建筑设备管理系统的结构组成以及对不同类型机电设备的监控点位、控制策略和系统实现功能。

关键词：医院；建筑设备管理系统；机电设备的管理与控制

一、引言

一个现代的医院是个建筑群，同时医院内肯定包含多种机电设备，如空调系统（包括冷源、空调机组、新风机组等）、通风系统、配电系统、给排水系统、电梯系统等，这些机电设备数量众多，同时这些设备分散在整个医院的建筑群内，如果这些众多而分散的设备纯粹靠以前单靠人工去管理的方式进行，那么医院在需要投入众多人力的情况下，也不能及时了解整个机电设备的运行情况、故障情况，为整个医院的医患人员提供不了一个舒适的环境。

建筑设备监控系统就能够很好解决这种医院机电设备众多而分散的管理和控制，系统通过管理计算机、现场数字控制器和各种传感器、采集器的设置，实现对各种机电设备的自动监测、控制与管理，记录设备的各种运行参数，及时反馈机电设备状态，系统在起到在节能的同时，达到节省了人力、物力，降低管理成本的同时，为医院的医患人员提供了个优良舒适的工作、生活环境。

二、建筑设备监控系统（BAS）实施给医院带来效益[1]

1、实现大楼的机电设备运行控制自动化

以计算机控制技术和计算机通讯技术，通过对不同类型的机电设备设立不同的开机运行条件，系统根据条件实现对大楼的机电设备运行控制自动化

2、节约能源、减少损耗

楼宇自控系统通过电脑控制程序对全楼的机电设备进行监视和控制，根据条件启停或者调节各种机电设备的状态，可以实现根据负荷的最优控制，有效节省电能，减少不必要的浪费

3、减少人力投入、降低运营费用

通过楼宇自控系统先进的管理监控平台，在投入使用后可以大量减少运行操作人员和设备维护维修人员，并能及时处理设备出现的问题，提高人员的工作效率。

4、延长设备的使用寿命

系统根据设备的运行时间记录，根据运行时间的长短，对设备的启动设置轮换机制的设立，延长设备的使用寿命。

5、实现统一的、快捷的可视化管理

系统具有可视化的操作管理界面，通过界面可以修改和设置各种不同的参数，通过界面可以对前端机电设备执行一个可视化的管理与控制。

三、系统对医院机电设备监控内容设计

医院机电设备虽然众多且分散，但是归纳起来，医院机电设备主要包括为以下几大类的的机电设备：

1）冷源系统

2）空调通风系统（空调机组、新风机组等）、

3）送排风系统、

4）给排水系统（主要为地下室集水井的排水、生活水的给水）、

5）电梯系统

6）变配电系统

7）公共照明系统

四、系统监控技术方案设计

◆产品选择原则：

先进性：全新的概念、全新的系统；

开放性：开放式网络、开放式协议、开放式用户界面；

兼容性：支持目前绝大多数的标准通讯协议，可以与上千种非江森自控的系统及设备联网；

经济性：选用性价比高的产品；

灵活性：易于扩展，模块化的设计，操作站、控制器的数量完全基于实际的需要而定；

可靠性：系统所选用的产品必须成熟、可靠。

◆系统结构设计

设计采用BACNET的产品进行设计。

系统应采用管理层、控制层二层网络结构，由管理层、传输网络和现场控制层三部分组成。

服务器、工作站、分控操作站、通讯控制器通过TCP/IP以太网联接；控制层的通讯控制器与现场直接数字控制器（DDC）采用BACNET协议的MS/TP总线相连接。，通信速率不低于76.8Kbit/s，传输距离不小于2700米；当DDC故障时，能自动旁路脱开网络，并在中央工作站、分控操作站上及时进行报警并显示，不影响整个网络的正常工作，故障排除后能自动投入运行。

系统具有开放性、可扩充性、标准化，支持包括BACnet、LonTalk、TCP/IP、Modbus、OPC、ODBC、XML、CORBA、SQL等标准通信协议和规范

系统结构如下图所示：

◆系统管理层

系统管理层包括系统服务器、管理软件及操作工作站，主要功能包括：

a）允许多用户单点访问网络；

b）存储大量应用程序、操作及历史数据；

c）支持MicrosoftSQLServer2000数据库软件包；

d）作为多个网络控制器和网络集成引擎的系统配置工具的主机。

e）用户界面必须全部汉化，具备多窗口功能、动态图形显示并且操作直观、简便

◆通讯控制器

通讯控制器负责监控安装在其现场总线上的直接数字控制器，内含一个嵌入式网络用户界面，通过该界面可以进行系统导航、系统配置及系统操作。当网络控制器与IP网络相连时，它还可以为其它网络控制器设备和数据管理服务器提供数据信息。

控制器之间通过BACNET/IP协议相互通讯，第三方系统（提供BACNET/IP协议）可直接集成到控制器当中。

◆直接数字控制器（DDC）

每个DDC控制箱根据自己所监控的机电设备类型和数量配置相应数量的直接数字控制器和扩展模块，每个DDC控制箱要预留不少于20%的监控点位以便满足日后有需要额外增加的监控点。

DDC控制器与扩展模块也通过BACNETMS/TP协议进行通讯。

BACnetMS/TP协议具有以下特点：

1、无主从通讯方式；

2、点对点通讯、最大速率可达76.8K；

3、令牌丢失自动续接；

4、即插即用。

五、控制策略

一）冷源系统

?监控对象：

冷水机组，冷冻水泵，冷却水泵，冷却塔、冷冻水供回水温度、压力和回水流量，冷却水供回水温度。

?控制策略

a）设备启动台数控制：根据负荷自动启/停冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵的数量，实现群控，并具有重新设定和修改控制参数的功能。

b）开关机控制：根据预先编排的时间表和应用程序，按“迟开机早关机”的原则控制机组的启停以达到节能的目的

c）设备联锁控制：

完成电动蝶阀、冷冻水泵、冷却水泵、机组等设备的顺序联锁启/停

d）旁通阀的开度监控：测量冷冻水系统供/回水总管的压差，控制其旁通阀的开度，以维持其要求的压差，并监测阀的开度

e）运行时间统计：软件实现对风机的运行时间进行累计

二）空气处理机组

?监控内容：

启停控制、故障报警、运行状态、手／自动状态、风机压差开关、送风温湿度、回风温湿度、过滤器报警、风阀控制、水阀控制、CO2浓度；

?控制策略

a）机组定时启停控制：根据事先排定的作息时间表，定时启/停机组。

b）水阀开度控制：根据回风温度，调节水阀开度，保证送风温湿度为设定值。

c）过滤网堵塞报警：空气过滤器两端压差过大时报警，提示清扫。

d）新风阀与回风阀比例控制：根据回风的CO2浓度和室外空气的温度，进行新/回风阀的开度控制。

e）运行时间统计：软件实现对风机的运行时间进行累计

三）新风机组

?监控内容

启停控制、故障报警、运行状态、手／自动状态、送风温湿度、过滤器报警、水阀控制、风阀控制；

?控制策略

a）机组定时启停控制：根据事先排定的作息时间表定时启/停机组。

b）水阀开度自动控制：根据送风温度的设定，调节水阀开度，保证送风温湿度为设定值。

c）过滤网堵塞报警：空气过滤器两端压差过大时报警，提示清扫。

d）运行时间统计：软件实现对风机的运行时间进行累计

四）送排风系统

?监控对象

送/排风机组

?监控内容

启停控制、故障报警、运行状态、手／自动状态、；

?控制策略

a）状态监测：设备故障状态监测，运行状态监测，手动/自动状态监测；DDC输入DI

b）开关控制：根据作息时间表和空气质量来启停送排风机，例如：在车库中的CO浓度到达一定量时，自动启动排风机。

CO浓度＞10，报警，持续时间大于90秒（可以自由设定），开启风机进行送排风；

CO浓度＜3，取消报警，关闭风机

a）运行时间统计：软件实现对风机的运行时间进行累计

五）给排水系统

?监控对象

监控给水泵、潜水泵及集水井的超高液位、高液位、低液位系统等。如果生活给水系统是成套设备，可以通过提供接口实现集成数据。

?控制策略

1、给水系统

状态监测：对生活用水给水泵只监测，不控制（一般生活泵系统由水泵厂家配套自行控制）。其监测内容为：运行状态、故障报警

运行时间统计软件实现对水泵的运行时间进行累计

2、排水系统

开关控制：根据集水井的液位高度来控制潜水泵的启停台数；；

状态监测；设备故障状态，运行状态，手动/自动状态，

水池；高/低液位监测

运行时间统计；软件实现对水泵的运行时间进行累计

六）电梯/扶梯系统

?监控对象

通过数据接口实现对升降电梯、手扶电梯的监视

?监控内容

电梯系统需由设备供应商配套提供硬件接口、开放协议，BAS负责进行集成监测。在获取第三方设备的通讯协议后，对其进行编程，实现数据的集成监视功能，如电梯轿厢的层站位置、上行、下行、运行中、检修、电梯故障、泊梯等（具体监视数据有电梯提供的数据决定）

七）变配电系统

BAS系统通过软件网关与电力监控系统提供的接口集成读取相关参数。

?监控对象

高低压配电的主回路和母联回路开关状态的监视、对应回路供电质量的参数监视：如电流参数、电压参数、有功功率、功率因数、无功功率、频率、电度计量。

八）公共照明系统

照明控制区域：室外、公共走廊、大堂、电梯厅等公共区域的地方

状态监测：设备手动/自动状态监测；DDC输入DI

开关控制；根据时间日程表进行控制和室外亮度来控制室内照明回路的开关控制。

六、系统实现总体功能

1）报警管理

当系统检测到现场的报警信号，或者系统本身发生异常时，系统可输出报警信息，提醒操作员。

2）历史数据记录与趋势图分析

1.系统对需要监控的设备和工艺参数的采样数据自动连续进行记录，以供查询，并能形成设备状态历史记录一览表和工艺参数历史记录曲线图，以方便跟踪每一点的运行情况；

2.设备运行情况记录：设备运行记录的情况有程控投入、程控退出、自动、手动、启动、停止、故障等，同时记录情况发生的时间，记录应以历史记录表的形式保存并显示；

3.记录的保存时间：一般记录的保存期限为一个月，对于重要记录，系统应有长久保存的手段。

3）监测功能

对系统的每一个输入/输出点和中间状态点，系统都能查看其详细信息，以形象生动的彩色图标在图画面上显示，并对所有监控点进行图表技术分析，具有系统资料库，方便集中查阅，统计，审批，打印。

4）系统运行操作

对每一个监控对象，操作员可在监控对象所属的系统图画面通过点击代表设备的图标打开监控对象的控制画面，给监控对象施加操作指令，控制监控对象的运行。

5）系统权限级别

系统具有权限级别管理功能，每个权限级别实现不同的操作和管理功能。

6）报表功能

可以人为或通过时间、范围类别的设定自动生成所需报表。

7）系统响应时间：

1、中央工作站显示屏数据刷新时间≤3秒；

2、中央工作站发出控制指令至被控设备动作时间≤2秒

七、总结

现在的科学技术日新月异，机电设备的种类和技术也在不断进步和更新，同时不同设计单位、设计工程师设计的理念也有不同；建筑设备监控系统的技术也在不断更新，所以在对一个医院建筑设备监控系统进行设计的时候，要对医院机电设备的类型和控制工艺进行充分的了解、掌握和熟悉之后，根据医院的情况有针对的选择不同的产品和控制策略进行设计。

参考文献：

[1]张志斌彭望清李跃进刘仲斌麦志文．浅谈楼宇自控系统在医院建筑中的应用[J]．中国医疗前沿，2009年8月第四卷第16期：133-134.