建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）是智能建筑的重要組成部分。由于智能建筑中大量電子設備的應用使得智能建筑的電力負荷遠遠大于傳統(tǒng)建筑物，而空調(diào)及照明系統(tǒng)因其耗電量大又成為BAS所控制的核心設備。建立完善的樓宇自控系統(tǒng)，可以有效地降低能耗，同時將所有設備信息匯集到操作站，便于集中監(jiān)控管理。
下面以大慶市人民醫(yī)院樓宇自控系統(tǒng)為例，介紹樓宇自控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。
一、工程概況及主要控制內(nèi)容
大慶市人民醫(yī)院建于2000年七月，總建筑面積六萬五千七百五十平方米。共有大型中央空調(diào)機組十四臺。冷水機組兩臺?？照{(diào)系統(tǒng)包括6臺萬級空調(diào)機組、5臺百級空調(diào)機組及3臺新風機組。萬級空調(diào)機組服務于萬級及十萬級手術室，百級空調(diào)服務于百級手術室及輔助區(qū)域，所有機組分布于大樓內(nèi)各空調(diào)機房內(nèi)。除對空調(diào)系統(tǒng)進行控制外，還要求對門診大廳及工作區(qū)的日常照明進行統(tǒng)一管理和控制。
1．空調(diào)系統(tǒng)
空調(diào)系統(tǒng)的主要作用是維持室內(nèi)的恒溫、恒濕。對于潔凈空調(diào)還要擔負起區(qū)域內(nèi)空氣凈化的重任。空調(diào)系統(tǒng)主要是控制對制冷、預熱、加熱、加濕閥門的開度來調(diào)節(jié)溫度和濕度。因為空氣的升溫和降溫過程緩慢，要注意不能出現(xiàn)超調(diào)。另外對溫度、濕度、壓力等數(shù)值要進行監(jiān)視和記錄，便于通過對長期曲線的分析，找到最佳運行方式。
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另外，本系統(tǒng)服務于醫(yī)院，具有工作性質(zhì)上的特殊性。對空調(diào)機組的控制，主要實現(xiàn)如下的功能。
控制送風機的啟停；
通過常開無源觸點監(jiān)測送風機電氣部分運行狀態(tài)及故障報警；
監(jiān)測初效及中效過濾器淤塞報警狀態(tài)，確保機組正常運行，節(jié)省日常巡檢人力；
監(jiān)測送風機壓差，確定送風機機械部分運行狀態(tài)；
監(jiān)測換熱器表面溫度，過低溫度報警并聯(lián)動相關設備，確保換熱器使用安全；
監(jiān)測送/回風溫/濕度；
根據(jù)回風溫度控制預熱盤管水閥的開度，將新回風混合后溫度維持為一定值；
通過對加熱盤管及表冷盤管二通電動調(diào)節(jié)閥的自動調(diào)整，實現(xiàn)對送風溫度（設定點可調(diào)整）的控制
通過控制加濕蒸汽閥的開度，實現(xiàn)對送風濕度（設定點可調(diào)整）的控制；
監(jiān)測手術室中的環(huán)境壓力，當?shù)陀谒笳龎褐禃r向工作人員發(fā)出報警；
控制預處理新風風閥及回風風閥的開度；
冷水機組
冷水機組在夏季為空調(diào)系統(tǒng)提供冷水，在空調(diào)系統(tǒng)所消耗的冷量中，冷水機組所消耗的能量占有很大比重，因此，冷水機組是空調(diào)系統(tǒng)的耗能大戶，控制系統(tǒng)設計的優(yōu)劣將直接影響節(jié)能效果。冷水機組共有2臺冷凍機組，2臺冷卻風扇，3臺冷卻泵，3臺冷凍泵。冷水機組常規(guī)監(jiān)控功能有：
控制冷凍機啟停，監(jiān)測運行狀態(tài)及故障報警；
控制冷凍水泵啟停，監(jiān)測水泵的運行狀態(tài)及故障報警；
控制冷卻水泵啟停，監(jiān)測水泵運行狀態(tài)及故障報警；
測量冷凍水管的總供/回水壓力；
控制冷卻塔風機啟停，監(jiān)測運行狀態(tài)及故障報警；
控制補水泵啟停，監(jiān)測運行狀態(tài)及故障報警；
監(jiān)測膨脹水箱高/低液位；
監(jiān)測冷凍/冷卻水水流狀態(tài)；
監(jiān)測冷凍水、冷卻水供/回水溫度；
監(jiān)測冷凍水回水流量；
冷凍機、冷凍水泵、冷卻水泵、補水泵、冷卻塔運行時間累積；
通過計算冷凍水的總供／回水溫度和回水流量，計算出空調(diào)系統(tǒng)的冷負荷；
根據(jù)實際冷負荷來決定冷凍機的啟停組合及臺數(shù)，以便達到最佳的節(jié)能效果；
根據(jù)冷卻水供回水溫度，控制冷卻塔風機的啟停及運行數(shù)量；
控制冷凍水旁通閥的開度，以維持要求的供回水壓差。
3．照明系統(tǒng)
醫(yī)院的照明系統(tǒng)分13個區(qū)域。要求對各區(qū)域的照明能夠單獨控制，并可在控制室內(nèi)監(jiān)視各區(qū)照明狀態(tài)。按預定時間自動開啟和關閉照明；按照日歷上確定的程序，區(qū)分工作與非工作時間。
二、控制方案及實現(xiàn)方法
1.控制方案
目前空調(diào)控制系統(tǒng)主要有直接數(shù)字控制器（DDC）和現(xiàn)場總線兩種控制方式?；贒DC控制的簡便、靈活，結(jié)合本系統(tǒng)控制點數(shù)較少，而各空調(diào)系統(tǒng)及冷凍機組距中央控制室較遠（最遠為1100米）的實際情況，我們采用了DDC控制方式。雖然1個DDC的輸入輸出點數(shù)不能滿足每個系統(tǒng)的要求，但是因為DDC具有較強的擴展能力，能夠掛接不同類型的擴展模塊，I/O點數(shù)量也能滿足要求，完全可以滿足DDC聯(lián)網(wǎng)的要求。
DDC分配方案：
每個空調(diào)機組使用一臺DDC來控制本機組的運行；冷水機組和照明系統(tǒng)各使用一臺DDC進行控制。除照明系統(tǒng)外，在各機房內(nèi)都安裝了DDC控制柜。
特殊要求：
方案設計時要考慮到醫(yī)院工作的一些特殊性。
照明區(qū)域劃分要適當，過大不利于控制，過小又會增加控制成本。合理的區(qū)域劃分能有效地節(jié)約能源。對急診等重要部位不要進行自動控制。
在東北地區(qū)，外界環(huán)境對空調(diào)系統(tǒng)的影響比較大。向陽面和背陽面有較大的溫度差異，特別在較大區(qū)域面積使用同一空調(diào)機組時尤為明顯，在設計時，要考慮到相同環(huán)境使用同一空調(diào)機組。另外，面積較大時溫度變化緩慢，冷熱空氣混合不均，控制時速度要適當放慢。
在不得已出現(xiàn)手動控制的情況下，應及時屏蔽掉時間表控制方式，防止手術期間出現(xiàn)凈化空調(diào)停運的情況。
在冬季運行時，可能會因發(fā)生防凍報警而停機，而在進行手術時又不能停止凈化。所以采取了在新風入口處增加一個混合箱，將回風引入混合箱的措施，這樣使新風和回風得到充分混合，再進入機組時，就不會因新風溫度過低而引起報警。
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2. 空調(diào)機組
以往的樓宇自控系統(tǒng)中，要使用通信控制器（NCU或NCM）來完成操作站與直接數(shù)字控制器（DDC）間的通訊，再由NCU接入計算機，NCU中儲存有歷史數(shù)據(jù)和部分程序。因為DDC的存儲器容量較小，不能儲存大量的數(shù)據(jù)和復雜的程序，因此用腳本程序替代NCU中的程序，利用力控®軟件的人機界面和實時數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)，把DDC直接與計算機相連，直接將數(shù)據(jù)送入計算機操作站，取代通信控制器NCU。
DDC內(nèi)要存儲冬季和夏季兩套程序，再相應季節(jié)進行手動轉(zhuǎn)換。
空調(diào)系統(tǒng)控制還要對一些機組的故障進行報警提示，對于某些特殊的報警還要自動進行緊急處理。例如，冬季發(fā)生低溫斷路報警時要緊急停機，并將預熱、加熱閥門打開。并且報警不能自動復位，必須在現(xiàn)場進行復位。復位后風機恢復原運行狀態(tài)。這主要針對北方冬季天氣較冷，新風進入風機時并不是和回風均勻地混合，會發(fā)生換熱器表面局部低溫的現(xiàn)象，如果持續(xù)時間長，極易損壞換熱器。
3. 冷水機組
冷水機組的控制比空調(diào)系統(tǒng)要復雜，控制程序較大，另外還有數(shù)據(jù)的運算處理。在本系統(tǒng)中，2臺冷凍機具備單獨的控制和保護功能，是通過西門子PLC來完成的，雖然提供了常開接點作為自動啟?？刂频慕尤朦c和兩對220V~常開有源接點作為狀態(tài)指示和故障報警，但DDC的接點是無源的，因此要使用220V~中間繼電器轉(zhuǎn)換。
冷水機組的控制重點是冷凍機的選擇性啟動、啟停順序控制和延時以及發(fā)生故障時的自動切換。為了延長設備的使用壽命，在啟動的設備數(shù)量不是全部系統(tǒng)設備時，要進行選擇啟動，啟動累計運行時間最短的設備。
冷凍機啟動時要求水必須是流動的，否則會迅速結(jié)冰，損壞冷凍機。流入冷凍機的水還要有溫度限制，一般控制在5℃－30℃之間。因此，冷水機組在啟動時要遵循特定的順序：冷卻塔風扇－冷卻泵－冷凍泵－冷凍機組；關閉順序相反。冷凍機關閉后，冷凍泵和冷卻泵還要繼續(xù)運行一段時間，充分利用系統(tǒng)的冷量。另外，冷水機組的各設備功率都較大，不能同時啟動，要有一定延時。冷凍機組在啟動30秒內(nèi)如果沒有啟動狀態(tài)返回，則認為啟動失敗，在五分鐘內(nèi)不允許再次啟動。
在冷水機組運行中有設備意外停機時，系統(tǒng)可自動啟動備用設備。另外，對已確認的故障設備還可在操作站做出故障標記，這樣系統(tǒng)在啟動時會自動將此設備忽略。
在冷水機組的控制中，DDC只進行順序啟?？刂坪凸收蠄缶l(fā)生時的停機控制。而所需冷量的計算、決定啟動機組臺數(shù)、各設備運行時間累計等功能都由力控來完成。
4. 照明系統(tǒng)
一個DDC的DI及DO點數(shù)不足，但通過增加兩組擴展模塊，可使DI、DO點分別增加至16點。因此仍可采用DDC進行控制，將照明控制箱設在操作室內(nèi)，該控制箱只輸出220V~。在各照明分區(qū)的照明就地控制箱內(nèi)增加220V交流接觸器，避免強電進入控制箱。在就地控制箱還增加了自動/手動轉(zhuǎn)換開關，這樣在出現(xiàn)事故時，仍可正常供電。
三、主要功能實現(xiàn)方法
用力控軟件代替NCU后，控制功能就通過腳本程序?qū)崿F(xiàn)。
定時控制
按預設定好的時間表執(zhí)行啟停命令。使用力控軟件的定時器函數(shù)（Reachtime）可以很容易地實現(xiàn)定時功能。該函數(shù)語法ReachTime(hour，minute)，當時間到達后返回值為真，否則為假。其中hour為小時值，取值為0～23，－1則表示任何一小時；minute是分鐘值，取值為0～59。具體方法是：
IF
Timer==1&&Reachtime(k3_on_h,k3_on_m) THEN KS=1 ENDIF;
IF
Timer==1&&Reachtime(k3_of_h,k3_of_m) THEN KT=1 ENDIF;
Timer：值為“0”時，系統(tǒng)時間表不生效,“1”時生效；
k3_on_h、k3_on_m；
k3_of_h、k3_of_m均定義為中間變量，分別代表K3空調(diào)機組的啟、停時間。
KS、KT為系統(tǒng)的啟動和停止輸出。
冷水機組的選擇啟動
要實現(xiàn)選擇啟動就要先累計各設備運行時間，再根據(jù)室溫及外界環(huán)境溫度算出冷量，再根據(jù)計算結(jié)果和設備的功率得出需要的設備數(shù)。每立方米的空氣升高1度所需要的能量換算為功率值大約為3.3千瓦。
在運行過程中，隨時根據(jù)供回水的溫度和水流量計算出系統(tǒng)消耗的冷量，當空調(diào)系統(tǒng)消耗的冷量小于目前運行冷凍機所提供的冷量，并符合減少設備的條件時，自動關閉累計運行時間長的冷凍機組。
冷水機組壓差旁路系統(tǒng)
為使冷水機組的供、回水壓差保持在設定處，要采用PID控制的方式。我們使用DB的控制點來完成。
首先進入數(shù)據(jù)庫組態(tài)，創(chuàng)建新點時，點類型選擇“控制點”，在點組態(tài)中可輸入相應參數(shù)。對于其他的PID控制過程也采用這種方式。
設備無響
在冷水機組控制中，系統(tǒng)每發(fā)出一個設備啟、停命令都會對其計時，如果在規(guī)定時間內(nèi)，設備狀態(tài)回訊沒有改變則認為該設備無響應。系統(tǒng)會中止啟動或停止過程。
在編寫腳本程序時，我們使用IF語句進行條件判斷。例如啟動1臺冷凍機組的腳本程序：
IF （(PUMP1==1 ||
PUMP==1 PUMP3==1)&&COOLER1S==1）
THEN COOLER1N=1；
ENDIF;有冷凍泵運行且有啟動命令，則發(fā)出啟動輸出
IF
COOLER1==1&&COOLER1H==0&&CL1TM<=90
THEN
CL1TM=CL1TM+1；
ENDIF;無狀態(tài)回訊，一直計時
IF CL1TM>90 &&
COOLER1==1
THEN COOLER1F=1
CL1TM=1；
Display("啟動失敗")；
BEEP(0)；
ENDIF;超過計時時間，1#冷凍機停機
IF
COOLER1H==1&&CL1TM<=90
<center><img src=pic/107_3.gif alt=""><br></center>
ENDIF；正常啟動，計時復位
以上是1#冷凍機啟動的部分程序，其中
COOLER1S：啟動命令；COOLER1N：啟動輸出；PUMP：冷凍泵的狀態(tài)回訊
COOLER1H：1#冷凍機的狀態(tài)回訊;
COOLER1F：停機輸出。
腳本程序是控制的核心，畫面的組態(tài)則建立了人機界面。圖3所示的是其中一幅新風處理機控制畫面。
歷史數(shù)據(jù)和趨勢
對于空調(diào)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)及趨勢至關重要，通過長期的趨勢曲線，可以很好地反映機組的工作狀況。使用力控®的標準趨圖形對象和實時數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的保存和趨勢檢索。
四、系統(tǒng)運行效果及發(fā)展前景
本系統(tǒng)自2000年7月投入使用以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了所有預期功能，并與本建筑項目共同獲得國家建筑魯班獎。在手術室等要求長期恒溫部位實測溫度，與設定溫度點偏差小于1.5
度；冷凍機組自動運行比手動控制節(jié)能約30%；照明進行自動統(tǒng)一管理后，杜絕了長明燈等浪費現(xiàn)象。
力控軟件在樓宇系統(tǒng)中的應用，充分體現(xiàn)了實時多任務、高開放性、高穩(wěn)定性的特點。
該系統(tǒng)所具有的可擴展性，可以將大廈的停車場系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、安保監(jiān)控系統(tǒng)、自動門禁系統(tǒng)等全部接入到控制中心的操作站上，利用DB的實時性和開放性，可以使大廈的管理者得到大廈的所有數(shù)據(jù)。還可以以本系統(tǒng)作為基礎，將各操作站通過以太網(wǎng)或Internet連在一起，構(gòu)成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)。如果在同一地區(qū)有多個使用力控®軟件管理的樓宇，還可利用力控的網(wǎng)絡功能，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，并能根據(jù)對歷史趨勢的分析，更有效地調(diào)配能源和節(jié)約能源。
