黄文钰

1  概述

    目前许多现代化大楼尤其是高层大楼内安装了楼宇自控系统（Building Automation System），不仅极大改善了大楼的环境、效率，而且也使大楼能源消耗在量化控制之下，确保大楼能源成本降低成为可能。儿童医院新门诊楼就采用了先进的楼宇自控系统。

    儿童医院新门诊楼是集门诊、科研、教学于一体的综合性建筑，地上12层、地下2层，1~8层为各科诊室，9~12层为科研、教学用房。建筑面积3.7万平方米。它采用了美国江森自控公司（Johnson Controls, Inc.）的Metasys建筑物管理系统，它代表了楼宇管理与控制的最新潮流。

2  系统组成

    儿童医院楼宇自控系统由一台工作站、三个网络控制单元和分布整个大楼的88个控制器及扩展模块箱组成。Metasys 系统使用多层次分布式的系统结构，将操作站（Operator WorkStation-OWS）、网络控制器(Network Control Units-NCU)、专用控制器(Application Specific Controllers-ASC)，以及末端的传感器/执行器紧密地连接起来。

图1  Metasys网络系统图

(1) 网络结构工作站与三个NCU之间用N1网相连，NCU再与现场各控制器以N2总线相连。NCU又名主控制器，是一个模块化和智能化的控制盘，是Metasys网络的心脏。它可以用在任何要求进行复杂和高性能控制的场所。NCU提供了非常有效的网络通讯和信息管理，作为系统的各个离散化的控制器的协调者处于终端电脑和区域控制器之间，它的作用是实现全面的整体的信息共享控制，信息传输、数据存储、区域或遥控报警和提供全屏幕菜单化的用户接口。另外，网络控制单元也可以协调通讯网络中独立工作的一些专用控制器，是楼宇真正集散网络的重要一环。

    N1网络是一个局域网（LAN），采用的是以太网（Ethernet）、TCP/IP协议。N1网传输所有的网络信息，包括控制信息、上传及下载信息、对现场设备的命令信息，以及状态修改信息等。其高速性、可靠性和Metasys FMS强大的系统软件可以使NCU与用户操作站之间完善地传递信息。N2总线是将大楼中各用途的控制器（DDC）及网络扩展器（XT9100）与NCU相连。N2网络只是进行一些简单的电话线连接，因此，不仅性能可靠，而且安装经济，图1是Metasys网络系统图。

(2) 软件儿童医院的楼宇工作站使用IBM主机，装有Metasys操作站软件。操作员工作站是一个可编程的、易于应用的、用于设备监控的有力工具。通过操作员工作站，可编写程序、制作数据库、记录摘要、改变系统状态、计划、设定值和控制方式。它使用标准的硬件设备以及运行微软公司的Windows2000操作系统。程序、数据被下装到实际进行控制的装置。它的软件功能包括：
    ①操控点摘要（SUMMARIES）,储存着系统内指定部位的所有资料。

    ②报警信息（ALARM MESSAGES），若发生报警，信息将自动显示出来，可以在操作站上显示、制作、编写及取消报警信息。

    ③工作时间表（SCHEDULING CALENDAR），对系统的时间、星期、日期进行追查，以便在指定的时间内采取行动。

    ④动态图形显示（GRAPHICS）,“图形”是除文字以外在操作站的另一种表达方式，图形的符号能够将动态的资料显示出来，例如当有报警发生时，该项目的颜色可以变为醒目的红色，操作人员对哪个设备发生报警一目了然。

    ⑤运行时间累积记录（TOTALIZATION），显示累积的数据、提供长期的数据储存，允许操作员介定事项的累计。

    ⑥监控点历史（POINT HISTORY），保存每一事项的数据、行动状态等最新历史。

    ⑦趋势动态记录（TREND），将需要的数据收集起来，显示实时趋势功能，以此来监视个别装置乃至整幢建筑物的表现。

    在操作站上经过编程形成整座大楼的网络式监控管理系统。操作人员可以方便快捷地用鼠标找到特定楼层的特定设备并对其进行实时监控。而且操作站具有为Metasys中任一部分编制程序和定义数据库的能力。硬件设备、网络配置、点的增加、控制回路的定义和参数设定，都可用简单的填空模板而在线地进行。各种程序可以下载给整个网络中的控制器，也可以上载和存入任何一个操作站。

3  自动控制系统

BA（楼宇自控）系统主要由以下装置组成：
(1) 检测变送装置：将被控对象的被调参数检测出来，并将其转换成各类型的能量信号，如传感器等。

(2) 控制调节装置：将检测装置送来的被调参数信号与设定值相比较，当出现偏差时发出一定规律的控制信号到执行调节装置。即直接数位控制器，简称DDC，采用计算机数字输出信号去直接控制电动水阀门的开度。

(3) 执行调节装置：根据控制调节装置（控制器）发来的控制信号的大小和方向，开大或开小调节阀门而改变调节参数的数值。

儿童医院设备运行管理与控制子系统包括：
(1) 环境监测
    由于儿童医院新门诊楼出入的医务人员、患者及家属比较多，因此环境监测非常重要。操作人员可以对各楼层、各部位的二氧化碳浓度和温度进行监视并根据结果调整温度的设定值或启动新风机补充更多的新鲜空气，以便营造一个舒适、安全的工作和就医环境。整个大楼内有将近60多个室内温度检测点和30多个二氧化碳浓度检测点，可以准确的在OWS上显示出大楼各部位的温度及二氧化碳浓度。

(2) 采暖、通风与空气调节(HVAC)系统
    中央空调的监控是楼宇自控最重要的组成部分之一，可分成两部分：中央空调的水循环系统，中央空调的空气调节系统。

    儿童医院中央空调的水循环系统所要监控的设备分为3组。有制冷机组3台、冷冻泵3台、冷却泵3台、冷却塔风机3台、旁通阀1个。

    中央空调的空气调节系统设备主要包括：9台空调机组、53台新风机组、大门入口的几台热风幕及分布于楼层各公共区域的上百个风机盘管。对中央空调的空气调节主要包括：对风机、送（回）风门开度状态的监视和调节，对过滤网工作状态的监测。

    中央空调系统的水循环调节主要包括，制冷机组的启停、故障监控，冷冻（热供）水泵，冷却水泵的监控，启停监控，故障监控；对冷却塔的启停、故障等项的监控；对出入水流工作状态的监控；对供冷、供热等参数的监测和调节。制冷分组启动，程序设计为先顺序启动冷却泵、冷冻泵后，判断水流开关正常后，启动冷冻机组。而冷却塔风机根据温度的高低自动启、停。

    对于中央空调水循环系统和空气调节系统的控制主要是依靠采集现场的温度，新风、空调运行的设备参数。在DDC中把检测的温度与设定的温度相比，经过逻辑单元及PID单元的计算后把相应的控制电压输出给设备，对水阀进行调节。夏季运行时系统供应冷冻水，而冬季运行时，系统供应热水。因此，用一冬夏季转换开关来控制使阀门的调节正好相反。

    空气调节系统中安装在盘管后的防冻开关具有手动复位功能，当回风温度低于某一限定值时，编程设计时设有防冻报警，报警时会自动依程序进行关闭风机、关闭风阀，保护盘管水阀不被冻裂，使用户不受损失。

    风机上的过滤网是一个压差开关，通过检测过滤器两侧的气压来监视过滤器阻塞的状态，当发生阻塞时，在中央控制室发出报警信号，可在操作站的相应设备位置显示红色报警，使维护人员及时发现，并准确找到位置进行快速的维修或清洗。

    而风机盘管分为高、中、低速控制，根据医院要求对其设定每天启、停的时间表。既节约了能源，又免去了操作人员每天操作的麻烦。同时，操作人员还可根据天气状况随时调整风机盘管的速度。

    儿童医院整座楼有十几台送/排风机，对通风及排烟系统（包括厕所楼顶排风系统、人防及地下楼层送/排风系统以及空调新风进风系统、放烟系统、排烟系统及加压送风系统）采集每个风机的运行状态、故障状态，以便进行集中监视，操作人员可在工作站对其进行远程监视，也可采用定时控制。

(3) 照明控制
    照明系统在大厦的用电设备中是仅次于中央空调的第二用电大户，对照明系统的集中监控，除了保证照明稳定可靠的前提下还要考虑它的节能性。儿童医院的照明主要控制公共区域的照明。包括医院的大厅、走廊、过道、楼梯间等区域的照明，其中还包括部分应急照明。对于照明主要采用时间表控制。即预先设定好每天开灯、关灯的时间，每天到时间，系统就可严格地按照预设时间自动启停照明。根据需要，不同的部位可采用不同的时间表。从而达到节约能源和方便管理的目的。

(4) 给水（含冷水、热水、饮用水）与排水系统
    儿童医院的给排水系统包括16台污水泵及软水泵、生活水泵的监控，还有软水箱、生活水箱、集水坑和膨胀水箱液位的监视。其中各水泵可根据液位自动启、停。

    在其它的一些楼宇自控中，还包括对电梯及供配电系统的监视。儿童医院中根据业主要求没有这两项。

4  结语

    儿童医院楼宇自动控制系统自投入使用以来，不断的、及时的提供有关设备运行状态资料，运行安全、稳定、高效，功能上达到了用户的要求，节约了大量的能源，同时加强了对整座大厦设备的管理，减轻了人员的劳动强度。

    随着经济发展和社会进步，人们对其工作、生活和学习环境的要求必然会不断提高，如：房屋面积大、安全、舒适、方便等功能。但鉴于城市面积有限，地价逐步攀升，使得楼宇建设必然向空间扩展，从而高层建筑迅速发展，而且规模变大、功能多样的趋势已很明显。在这种市场推动之下，势必刺激相应技术的产生和发展。因楼宇建设规模和功能要求，使得机电设备种类和数量成倍增加。而面对成百上千台机电设备，要让其能互相协调，安全最佳运行，以适应复杂多变的负荷状况，那只有依靠系统的实时自动控制。

    楼宇自动控制系统已经成为不可缺少的工具之一。它体现的不仅仅是大楼设备管理的现代化，而且是中国建筑业大踏步赶上世界信息时代高科技先进水平的重要标志。