医院综合病房楼楼宇自控系统设计方案书.docx

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医院综合病房楼楼宇自控系统设计方案书

第一章系统设计综述

一、工程概况

本工程为XXX医院医疗综合大楼，地上19层,地下1层。

建筑面积地上部分33728m2，地下室4298m2,建筑高度度80m。

1-3层为门诊，4-6层为医技科室。

7、8两层为手术室,上部为设备层,9-19层为病房。

屋顶为电梯机房,水箱间.地下一层平时为水池、水泵房、制冷机房、变配电室和车库等,战时设五级人防。

二、系统概述

XXX医院综合病房楼建成后将体现21世纪智能化建筑的特点，采用楼宇自动化控制系统对大楼内的机电设备进行监控管理。

该系统一方面为大楼提供健康、舒适、洁净的空气环境，另一方面监控和保障各种设备的正常运行，同时还能够节约能源消耗。

从权威机构的统计数据来看，空调系统占整个大楼的耗能在50％以上，而大楼装有楼宇自动化系统（BAS）以后，可节省能耗约25％，节省人力约30％。

当前大楼的功能越来越复杂、规模增大、标准提高，机电设备的数量也急剧增加，这些设备分散在大楼的各个楼层和角落，若采用分散管理，就地监测和操作将占用大量人力资源，有时几乎难以实现。

如采用楼宇自动化系统，利用现代的计算机技术、控制技术和网络技术，便可实现对所有机电设备的集中管理和自动监测，确保楼内所有机电设备的安全运行，提高大楼内工作人员的舒适感和工作效率，长期保持设备的低成本运行。

一旦设备出现故障，系统能够及时知道何时何地出现何种故障，使事故消除在萌芽状态。

为了将XXX医院综合病房楼建成一个具有国内先进水平的现代化大楼，向在大楼内的工作人员提供安全、舒适、便利、快捷的卓越服务，建立先进和科学的综合管理机制，提高办事效率，我们设计了一个具有最新技术、高运作效率、低维护成本、高可靠性和高性价比的楼宇设备控制系统。

我们建议选用浙大中控公司生产的OptiSYS楼宇控制系统。

OptiSYS系统对建筑物内的所有空调系统设备、通风排风设备、冷热源设备、给排水系统设备、供配电系统及一些重要电力设备、照明设备实行全天24小时的自动监测和控制，并同时收集、记录、保存及管理有关系统的重要信息和数据，达到提高运行效率，保证大楼工作环境的特殊需求，节省能源，节省人力，最大限度延长设备寿命的目的。

本方案采用国内知名自控品牌浙大中控OptiSYS系统，整个系统共有监控点位1082个，包括数字输入点633个，数字输出点289个，模拟输入点105个，模拟输出点55个。

整个网络结构由管理级网络和现场网络构成。

本系统监控中心计算机设在综合楼一层保安消控中心监控机房。

三、需求分析

1.对空气的品质要求高，包括温度、新风量、换气次数等；

按照设计院暖通专业的设计要求，对大楼的温度、新风量、公共照明等参数进行监控。

2.节能要求

大楼内部人流密集、人流量大，为了加大空气的流通能力，需要大量使用新风。

由于大量使用新风，对能源的消耗明显的增加，所以对楼宇自控系统的需求也更为明显。

如楼宇自控系统能够在某些新风要求较高的区域，在无人状态下进行新风换气，从而减少正常使用时的能耗。

基于以上分析，我们为XXX医院综合病房楼的楼宇自控系统对以下设备进行监控：

□冷热源系统

□空调通风系统

□送排风系统

□给排水系统

□变配电系统

□照明系统

□电梯系统

整个大楼的楼宇自控系统选用浙大中控的OptiSYS楼宇控制系统。

系统网络结构由管理级网络和现场网络构成。

在考虑系统硬件配置时，除满足目前需要以外，对于DDC控制器及其扩展模块上的输入输出点数量，考虑了大约15％的备用量，作为将来可能的调整及设备增加之用。

采用“分散控制，集中监测”的集散型控制模式，从而确保系统使用的可靠性。

四、楼宇自控系统设计依据

我们的设计依据是：

□《采暖通风与空调设计规范》GB50019-2003

□《医院洁净手术室标准》（2002年11月）

□《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002

□《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年版）

□《综合医院建筑设计规范》JGJ49-88

□《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002

□《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005

□《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92

□《自控专业施工图设计文件编制深度的规定》（1987）

□《中国电气装置安装工程施工及验收规范》（GBJ232-90.92）

□《中国室内给水排水热水供应设计规范》（TJ15-74）

□《电气图用图形符号》（GB4728－85）

□《分散型控制系统工程设计规定》（HG/T20573－95）

□《工业自动化仪表工程施工及验收规范》（GBJ93－86）

□《智能建筑设计标准》GB/T50314-2006

□《建筑物防雷设计规范》GB50057-2000

□《建筑照明设计标准》GB50034-2004

□设计院提供的图纸

□相关产品安装使用手册

五、系统设计思想

1．设计目标

楼宇自动化控制系统（BAS）是XXX医院综合病房楼智能化系统集成工程的重点之一。

建设楼宇自控系统的目的在于为XXX医院综合病房楼提供健康、舒适、安全、可靠的工作环境，对建筑物内的各种机电设备的正常运行提供高效的管理，同时考虑节约运行能耗，延长设备的使用寿命，减轻操作管理人员劳动强度，从而达到减少整个建筑运行费用的目的。

因此，整个大楼的BA系统应体现舒适安全、自动控制、高效管理、节能等特色。

系统设计目标如下：

1）确保建筑物工作环境的舒适性；

2）确保工作人员对于空气质量的要求；

3）确保所有设备时刻处于高效和最佳工作状态，并提供高效的管理；

4）提高建筑物和内部人员整体安全水平和灾害防御能力；

5）通过优化控制提高过程控制水平，提供最佳的能源控制方案，实现合理的能源管理，节约能源消耗，减少劳动强度；

6）提供设备运行状态的有关资料、报表，实现设备维护工作的自动化；优化设备运行的控制，降低运行成本，节省人力，并实现系统功能和信息的共享；

7）成为智能化系统集成的基础网络。

2．设计原则

先进性：

采用国际上先进的“分布式控制系统”，通过中央监控系统的计算机网络将各层的控制器，现场传感器、执行器及远程通信设备进行联网，实现集中管理和分散控制的综合监控及管理功能。

系统支持目前业界先进的以太网技术。

安全性：

系统的构成能保证系统和信息的高度安全性,采取必要的防范措施，使整个系统受到非法入侵或意外故障时，对系统破坏限制在最小程度。

同时在系统控制方案的设计中，充分考虑安保、消防等方面的要求，采取切实可行的联动措施，保障建筑内人员的健康和安全，以及建筑设备的安全运行。

可靠性和容错性：

分散控制、集中管理的特点，保证每个子系统都能独立控制，同时在中央工作站上又能做到集中管理，使得整个系统的结构完善、性能可靠。

可扩展性：

系统方案中的总线能力、软件资源、DDCI/O点均应留有一定的余量，以便根据业主要求灵活增加少量控制点而无需增加额外的费用。

另外，我们选用的BAS系统，允许在统一的集成监控平台下，扩展新的控制网络总线，所以系统规模可以成倍增加。

可集成性：

系统具有充分的开放性能。

OptiSYS楼宇控制系统，具有与其它建筑设备和系统产品进行数据通讯的能力,，以便建立以BAS为基础的建筑设备集成管理系统（BMS），同时BAS系统应能向集成系统提供通信接口，具有和第三方作数据交换和信息共享的能力，以便后期根据业主要求实现管理信息系统集成。

开放性和互操作性：

系统容许不同厂家的产品组成一个完整的建筑设备自动化系统，并容许不同厂家的标准产品相互替换，以便系统今后的维护、扩展、更新。

经济性：

以切合大楼的实际情况为出发点，对各设备的监控方案进行优化，充分考虑实际需求，杜绝重复投资，使系统具有较高的性能价格比。

易操作性：

方案推荐一套完整的具有良好人机界面的软件系统，包括操作系统及应用软件，以支持BAS系统的正常工作。

系统的操作界面为中文图形界面，采用网页化的浏览方式。

六、系统特点

本方案所采用的系统符合以下要求：

1．采用单层网络结构

OptiSYS楼宇控制系统采用了单层网络通讯结构和世界先进技术，使得OptiSYS楼宇控制系统无论在可靠性和技术上都是世界领先的水平。

2．集中管理分散控制

网络管理域：

采用高速以太网组成建筑物的信息主干网，符合TCP/IP协议。

可以利用OPC技术支持多种开放式协议（包括BACnet、ARCnet、LONTALK），兼容多种标准接口软件（包括ODBC、DDE等）

网络数据域：

采用模块式智能型现场控制器PCS300系列，可完全独立于中央站工作，并通过以太网实现相互间的双向通讯和数据交换。

当系统通讯发生故障时，各个DDC仍然能独自完成正常的监控功能。

可以采用网关技术把冷冻机组控制器、变配电系统与BA系统相连接，实现BA系统对冷水机组的群控。

控制数据域

可以在高/低压变配电柜内设置电流、电压、功率等变送单元，或者采用网关技术采集有关电流、电压、有功/无功功率、开关状态等电力数据。

空调系统通常由空气处理机组、新风机组、风机盘管等设备组成，BA系统检测和控制这些设备的运行状况和参数，同时根据对环境的需求调节机组的运行参数。

给排水系统的水泵水箱等设备由附近的控制器进行监测和控制。

3．系统硬件配置

本系统由一层保安监控室的BA主计算机、智能DDC控制器、通讯线、各种现场传感器和执行装置组成，形成楼宇自动化控制系统。

整个医院病房楼楼宇自控系统共配置10个DDC控制箱，DDC控制箱由PAC313系列DDC控制器和若干IO扩展模块，通过大楼内的局域网覆盖整个医院病房楼，以满足冷热源、空调、新风、送排风、给排水、变配电、照明等设施的监控、管理要求。

通用通信接口设备

常规的通讯转化协议接口RS232/RS485转换器，如变配电系统通讯接口、净化空调系统接口、医用汽体监测接口等。

其它相关硬件

风机、给排水、照明等硬件控制连接的控制箱等。

4．系统软件配置

运行于Windows2000中文平台，灵活的动态图形操作界面，软功能键、下拉式菜单，可用鼠标完成大部分功能

面向对象的数据库Objectivity

跨平台数据库数据交换（ODBC）

接口与服务器（DDE）

数据采集与管理应用软件

运行参数与状态显示应用软件

运行记录报表的打印应用软件

中央调度及智能远动控制应用软件

故障诊断及报警应用软件

可制定的权限

运行画面若干张

现地控制单元编程软件

七、本方案的关键技术

1．设计要点

1）中央监控系统软件采用最新的分布式控制系统，功能强大、先进，作为建设大楼智能化系统的第一阶段，不必另外增加投资，即可建立以BAS为中心的集成设备管理系统，为整个大楼的信息化创造条件。

2）充分利用DDC控制网络及其扩展网络通讯的能力，采用分布式扩展模块，系统设计相对比较分散，使得I/O信号布线大为减少。

控制扩展网络采用CANBUS总线。

3）根据不同的功能区域的划分配置各控制点和设备，结合中央监控系统软件对不同功能区域的设备实行分区管理。

做到既可以按照今后管理运行的要求对硬件、软件进行分区，又可以通过网络灵活地将各区域的设备集成在一个BAS系统架构下进行集中管理。

4）作为一个大型的多功能建筑，为降低能耗、减少运行费用而采用先进、成熟的节能控制技术和管理手段十分必要，方案为大楼的节能控制提供技术手段，如冷水机组的群控、空调水泵的控制、冷却塔台数控制、空调分区控制与管理、空调机温度控制、空调机最小新风量控制、新风机送风温度控制、新风门开度控制、新风送风量重设定控制、设备寿命均衡控制等；另一方面是运用能量管理软件，为大楼的节能管理提供管理手段，根据大楼内部的不同子系统的实际情况以及不同功能特点，收集大楼的能耗数据，进行分析评估，采取措施降低大楼的能耗。

我们在设计本方案中，充分考虑到节能方面的需求，力求为建筑运行管理提供灵活的控制手段，以便管理者根据实际运行情况灵活采取管理措施降低运行费用。

5）按时间对公共照明灯光进行启停控制，将可以有针对性地控制和更好地节约电能。

6）BAS和冷热源系统、电梯系统、变配电系统以及其它第三方设备的数据交换建议采用通讯接口方式，可以优化系统性能。

7）由于本方案采用了一个充分开放的网络软件体系结构，XXX医院综合病房楼设备监控系统和外部设备、系统的通讯连接和交换数据已经没有障碍，无论是将来有新的楼宇设备需要接入本系统，还是本系统接入更高层次的信息集成系统，都有最方便、可行的解决方案。

八、重要设计策略

1．设备的节能和环保控制

如果说控制系统所面临的任务中，温、湿度控制和提供舒适性环境，已经在上一个世纪得到了有效解决的话，那么在21世纪，工程师面临的任务就是更高的一个境界：

节能和环保。

楼宇自控系统最新的发展是基于控制网络的全局优化控制，而这种全局优化所追求的目标和实际效果，就是节能和环保。

目前根据负荷侧的实际需求，提供恰如其分的水量或者风量，已经达到精细化控制的程度。

这是当前楼宇自控系统发展的主要特点之一。

为降低能耗、减少运行费用，有必要采用先进、成熟的节能控制技术和管理手段。

如冷冻机组的群控、冷却塔台数控制、空调分区控制与管理、空调机温度控制、空调机最小新风量控制、新风机送风温度控制、新风门开度控制、送风机控制优化、热水温度控制、设备寿命均衡控制等等。

另一方面运用能量管理软件，为大楼的节能措施提供管理手段，根据大楼内部的不同子系统的实际情况以及不同功能特点，收集大楼的能耗数据，进行分析评估，采取措施降低大楼的能源消耗。

充分考虑到建筑物节能方面的需求，力求为建筑运行管理提供灵活的控制手段，以便管理者根据实际运行情况灵活采取管理措施降低运行费用。

2．现场实时控制功能在DDC中编程组态完成

BAS所有监测和控制I/O点均通过数字式直接控制器（DDC）接入，系统中的监控工作站不直接参与被监控对象有输入输出联系。

保证大部分控制单元的现场实时控制功能在DDC中编程组态完成，仅有部分规模较大的需要大范围协调的复杂控制，有可能需要在上位机中编制程序。

因为DDC能够不依赖网络独立运行，这种组态策略，将极大地提高系统的运行可靠性。

按照设计图纸，我们把相应区域的空调机、送、排风机及照明的监控点放在一起处理，这样既可以提高系统的可靠性，又方便于软件编程，组织控制功能。

3．精心设计冷水机组的台数控制策略

为节能目的而设计的冷水机组运行台数控制，目的是希望将会带来巨大的经济效益。

但是这种控制系统开通投运不易，失败的原因多种多样，其中相当一些工程的控制方案本身有失误。

所以控制方案本身必须在原理上正确和有效，需要对这种控制系统有深刻的把握和认识，准确选择检测参数以及检测点位置，设计合理的控制策略。

4．设计合理的闭环控制方案

本方案中闭环控制设备有空调机组等设备，需要制订PID闭环调节策略。

现将PID调节控制框图列出如下。

闭环控制方案一：

闭环控制方案二：

九、楼宇自控系统与它方系统设备的接口

对于具有开放的数据通讯接口的系统，可配置BAS的数据通讯接口和它们连接，这样的系统有：

冷冻机组、换热机组、变配电监控统。

对于这部分的方案设计，有待我们和业主明确这些第三方设备以及通讯接口的详细规格后进一步细化。

一十、系统监控功能

1．中央工作站

系统由PC主机、彩色屏幕显示器及打印机组成，可直接与以太网相连。

SUPVIEW工作站软件借助于WindowsNT/2000/XP多任务环境，是本系统的管理与调度的中心，实现对整个系统的集中管理、以及对整个楼宇的被控设备进行监测、调度、管理，实现设备的联动控制。

2．软件功能

—数据采集与处理。

—中央管理工作站采集各现场控制器（DDC）上送来的各项数据，运行参数及运行状态，实时刷新数据库，供进一步处理及查询分析。

—系统运行状态与历史状态显示。

—以图形方式显示当前或历史上某一时刻的运行参数，实时显示各测点的参数及各设备的运行状态。

—运行记录报表与参数曲线打印。

—以表格形式打印各测量参数及设备运行状态。

—故障诊断和报警。

—中央管理单元根据实时接收到的各个现地控制单元的参数状态信息，经分析整理后将故障信息及时在屏幕上进行显示。

—结构化的命名方式：

长度达30个字节的结构化命名方式可以由用户灵活的使用，使点的名字更能为用户识别，另外有16个字节可以对点进行描述。

—多点动态趋势图，可同时输出或者监测10个点的动态变化趋势。

—保密性：

多级密码限制对数据库和其它机密信息的存取，采用多级密码控制，以满足众多指定用户的需要，可根据工作需要，任意定义用户的操作权限，控制范围。

报警与信息提示功能，产生报警信号时，可直接切换至动态图或者查询信息提示

动态的系统监控体系和系统构架图，可以直观的检测和设置整个系统的通讯，便于诊断系统故障，方便系统数据的上载和下载。

—易于管理，可以针对不同操作者的权限和工作性质，精确指定不同操作者的的不同权限内容。

—系统能完全向上兼容，无需特殊设备和工艺就能完成系统升级及容量扩充。

可预设长达一年的时间表，用于设备定时控制和报表输出。

一十一、子系统功能及实现方式

1．冷源系统

XXX医院综合病房楼的冷源系统位于附属用房，设备数量详见设备表

1）大楼冷源系统

监控设备

监控内容

冷水机组

启停控制、运行状态、故障状态、手自动状态、水流状态、电动碟阀开关

冷冻泵

启停控制、运行状态、故障状态、手自动状态等、水流状态

集水器、分水器

空调水供回水总管温度、流量、供回水压力、温度、压差旁通调节等

冷却泵

启停控制、运行状态、故障状态、手自动状态等

冷却塔

启停控制、运行状态、故障状态、手自动状态等，冷却水供回总管温度，各冷却塔进水电动碟阀控制

膨胀水箱

低液位、高液位检测

2）监控内容

DI点：

冷冻机组、冷却塔、冷却水泵冷冻水泵的运行状态、故障报警、自动/手动状态，水流开关状态，冷冻机组/冷却塔进/出水阀门状态，膨胀水箱高/低液位。

DO点：

冷冻机组、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵的启/停控制，冷冻机组/冷却塔进/出水蝶阀开关。

AO点：

供/回水总管压差旁通阀控制。

AI点：

冷冻水总管供/回水温度、水流量，压差。

3）程序控制内容

✧根据程序设定控制冷冻机组启/停，以达到最低能耗，达到最低的主机折旧。

✧根据预置程序日程安排（例如：

节假日、上下班等）自动开关冷水机组。

✧根据程序自动切换机组，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组，使每台机组运行时间基本平均，以延长机组使用寿命。

✧压差旁通程序控制

✧供、回水调节站之间设置压力传感器，PID控制供水管和回水管之间的旁通阀，以保持系统压力的稳定。

✧根据冷水机组进/回水温度差及水流量，按下列公式计算系统负荷来调节机组的运行台数。

✧Q=C×M×（T1--T2）

✧T1＝回水总管温度，T2＝供水总管温度，M＝水流量，C＝系数

✧当负荷大于一台机组的80%（可根据实际情况修改），则第二台机组运行。

以此类推。

✧自动记录及打印空调系统负荷，并可根据管理部门技术要求书以不同时段累计负荷情况并打印。

✧根据实际负荷，对机组、水泵等进行台数控制，并监测其运行状态。

对各台机组水温进行监测。

4）联动控制开闭顺序：

主机的启停与相关设备的连锁控制是保障设备正常、安全运转的重要条件。

（1）连锁启动顺序：

启动冷却水塔阀门→启动冷却水泵→冷凝器水流开关信号指示（作为连锁条件的返回信号）→启动冷冻水泵→冷冻水流开关信号指示（作连锁条件的返回信号）→启动冷水主机。

（2）连锁停止顺序：

关闭冷冻机→（延时数分钟，视工况判定延时时间）→关闭冷冻水泵→冷水机蒸发器水流开关信号指示（作为连锁条件的返回信号）→关闭冷却水泵→冷凝器水流开关信号指示（作为连锁条件的返回信号）→关闭冷却水塔阀门。

如下图：

5）制冷机组的运行台数控制

为了节约能源的目的，根据冷源系统总负荷水平进行冷水机组运行台数的控制（也称为“群控”），目的是使运行的冷水机台数，刚好能够满足系统负荷的需要，而不至于超需求多开或者不能满足需求。

系统配置不同容量冷机，可以降低台数控制中系统负荷能力变化的台阶，使运行能力更接近系统需求，有更好的节能效果。

但对控制的要求比并列等容量机组高得多。

本项目各台机组不是等容量，则应运用不等台阶控制方式。

下面对这种控制方案作概要性介绍。

不等阶的运行台数控制的优化策略是：

首先，根据系统负荷量和当前冷机的供应能力的差值，决定下一次启动或停止某种规格的制冷机组，原则是应该选择能够满足负荷需要、并且最接近系统需求值的工作方式，这一个控制的关键在于调试中找出最佳的启动或停止切换点；还有就是运行台数控制的程序中，应该考虑使冷水机处于最佳工作效率点周围长期运行，因为冷水机的最佳效率点常常不在其额定负荷处，这一点对于更有效的节能有重要意义。

冷水机在不同负荷水平的工作效率曲线由供货厂商提供。

6）机组台数控制的序列策略

所谓机组台数控制的序列策略，就是解决在启动下一台制冷机组时，决定哪一台先开出；在停止一台运行的制冷机组时，决定哪一台先停止。

这种序列策略，目的是和设备管理、维修计划更好地配合，充分利用设备的无故障周期，使设备的运行和维修周期合拍。

例如：

✧在需要启动下一台制冷机组时可按：

✓当前停运时间最长的优先；

✓累计运行时间最少的优先；

✓轮流排队；

✓人工干预等；

✧在需要停运一台制冷机组时可按：

✓当前运行时间最长的优先；

✓累计运行时间最长的优先；

✓轮流排队；

✓人工干预等；

选择哪一种序列策略，和大楼的管理方式、设备维护计划等密切相关。

7）压差旁通监控内容

在总进水管和总回水管（供、回水调节站）上设置压力传感器；通过计算供回水之间的压差，将压差与设定值进行比较，用PI方式自动调节旁通电动阀，使压差保持在设定的范围内。

旁通阀开启度

压差

100%

压差设定值

8）冷却水和冷却塔的监控

对冷却水控制的基本要求是保证经过冷却塔处理的冷却水温度（即进入冷水机冷凝器的冷却水温度，也可以称为冷却塔供水温度）符合制冷机的要求。

按冷却水供水温度自动进行冷却塔阀门台数的控制，当冷却水供水水温高于要求值时加大风量（增加冷却塔阀门运行台数），反之则减少风量，以便降低能耗。

9）膨胀水箱的监控

采用长寿命、免维护液位开关，对膨胀水箱检测高、低2个水位，当膨胀箱内水位低于低位或者高于高位时发出报警。

同时对膨胀水箱水位进行自动控制：

当低水位，自动开启进水电磁阀进行补水；当达到高水位时，自动关闭进水电磁阀。

10）水泵保护控制

水泵启动后，水流开关检测水流状态，一旦出现故障则自动停机；如果水泵在运行时发生故障，则备用泵自动投入运行。

11）冷冻水系统的其它监控功能

累计设备的运行时间、运行次数；产生统计表格，供维护保养和物业管理系统作为原始数据；根据每台设备的运行时间，自动控制均衡运行时间，延长设备使用寿命。

以曲线趋势图显示各种工艺参数的变化情况，以一定的时间间隔记录这种变化数据，储存为数据文件。

可编制节假日和上、下班等时间调度运行程序，合理地启停设备；

按设备维护计划，以某种规律去启动或者停止某台设备。

2．组合式空调机组系统

监控设备

监控内容

空调机组

开关控制、运行状态、故障状态、手自动状态、过滤网堵塞报警、低温断路保护，回风温湿度，冷、热水阀调节，回风/新风门调节控制，