基于集控系統(tǒng)的醫(yī)院空調(diào)機(jī)組智能控制應(yīng)用研究*

——梁 漢 張立文 向 杰 冉懋君 王道雄

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，醫(yī)院信息化程度越來越高，醫(yī)院后勤管理體系需更注重信息的高效傳遞和信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。為了向臨床一線提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，后勤部門必須保障全院設(shè)備的穩(wěn)定安全運(yùn)行，全院設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控要求快速、精確、高效[1]。

集控系統(tǒng)由工控機(jī)、用戶交互界面、傳感器設(shè)備以及相關(guān)軟件組成[3]。運(yùn)用多種傳感器與控制卡將所有設(shè)備在局域網(wǎng)中進(jìn)行互聯(lián)，將設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與操作控制集于一體。值班人員可以通過PC主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀況，在調(diào)試中可設(shè)置運(yùn)行參數(shù)與閾值，工控機(jī)會(huì)按照內(nèi)置程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，直至系統(tǒng)穩(wěn)定。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出哪項(xiàng)值偏離了設(shè)定值，并立即發(fā)出警報(bào)，保證了值班人員能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障來源，并及時(shí)處理。

1 醫(yī)院空調(diào)機(jī)組管理情況

由于醫(yī)院空調(diào)機(jī)組的特殊性，其運(yùn)行的故障率必須降到最低，但是短缺的后勤值班人員與數(shù)量龐大的設(shè)備相比形成巨大矛盾。而巡視時(shí)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，導(dǎo)致巡視效率低下，部分潛在故障往往不會(huì)被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成一定的安全隱患。

智能集控系統(tǒng)應(yīng)用之前，空調(diào)設(shè)備多憑借值班人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在醫(yī)院用電量中，空調(diào)設(shè)備的用電量占到了全院用電量的60%左右，有時(shí)因?yàn)槿藶檎{(diào)整機(jī)組參數(shù)不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致部分用電浪費(fèi)，增加運(yùn)營成本。為了改善值班人員的巡檢模式，優(yōu)化空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行指標(biāo)，同濟(jì)醫(yī)院空調(diào)中心采用集成控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。采用工控機(jī)對(duì)空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，達(dá)到設(shè)備控制集成化，形成設(shè)備運(yùn)行參數(shù)監(jiān)管的新模式[2]。

表1空調(diào)系統(tǒng)配套設(shè)備

輔助設(shè)備名稱數(shù)量(臺(tái))改造部分冷凍水泵5增加變頻器,溫度、壓力傳感器,電控蝶閥,流量傳感器冷卻水泵5增加變頻器,溫度、壓力傳感器,電控蝶閥二次循環(huán)泵26增加溫度、壓力傳感器冷卻塔13增加控制卡

圖1 增減機(jī)組與增減冷卻塔邏輯圖

2 空調(diào)集控系統(tǒng)應(yīng)用

該院空調(diào)中心目前有4臺(tái)1350RT美國開利離心機(jī)組，1臺(tái)400RT美國開利螺桿機(jī)組。本研究將現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行智控系統(tǒng)改造，其中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備改造情況見表1。

對(duì)表1中的以上設(shè)備和機(jī)組電器柜進(jìn)行改造，增加傳感器用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。

2.1 系統(tǒng)控制原理架構(gòu)

在原系統(tǒng)中加入DDC控制器，整合工控機(jī)、UPS、局域通訊網(wǎng)絡(luò)、傳感器、控制器、執(zhí)行器和電控調(diào)節(jié)閥門等。

空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)種類繁多，需要多種傳感器對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)[4]。利用溫度傳感器采集冷凍水回水與出水溫度、冷卻水出水與回水溫度以及各二次泵出水溫度等。利用流量傳感器采集集水器中冷凍水流量，利用壓力傳感器對(duì)各個(gè)二次泵、冷卻水、冷凍水出水水管流量進(jìn)行采集。

每個(gè)機(jī)組配備一組電控蝶閥與手動(dòng)蝶閥，分別對(duì)冷凍水循環(huán)和冷卻水循環(huán)進(jìn)行控制。工控機(jī)監(jiān)控軟件的界面基于Web設(shè)計(jì)，利用LabVIEW編寫人機(jī)交互界面，通過傳感器采集到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)后與設(shè)定值進(jìn)行比較，利用“與門、或門、非門”邏輯語句搭建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成兩大主要控制模塊：

(1)增減機(jī)組控制。通過采集離心機(jī)的出水溫度與能量數(shù)據(jù)，判斷用戶對(duì)空調(diào)的使用情況，以便對(duì)離心機(jī)組進(jìn)行調(diào)配。同時(shí)在系統(tǒng)中加入延時(shí)模塊，防止系統(tǒng)初次啟動(dòng)未平衡而增加過多機(jī)組的情況。待機(jī)組達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后，增減機(jī)組的機(jī)制才會(huì)發(fā)揮作用。

(2)冷卻塔控制。為了減少冷卻塔運(yùn)行時(shí)的相互影響，按照從兩邊到中間開啟的順序設(shè)定。再設(shè)定冷卻塔增減動(dòng)作的溫度閾值，與傳感器采集的冷卻水回水溫度比較，判斷是否調(diào)整冷卻塔的臺(tái)數(shù)。由于實(shí)際溫度難以保持定值，造成冷卻塔增減機(jī)制會(huì)不停動(dòng)作，系統(tǒng)不能保持穩(wěn)定運(yùn)行。為消除此現(xiàn)象，在閾值上增加±0.5℃的規(guī)定范圍與延時(shí)模塊，使冷卻塔能穩(wěn)定的按需調(diào)控。兩組模塊邏輯圖如圖1所示。

2.2 集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

此次控制系統(tǒng)改造綜合了中央空調(diào)設(shè)備控制與管理系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，結(jié)合終端自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)機(jī)組所有終端設(shè)備的集中控制與管理[5]。具有以下功能：

(1)控制功能。對(duì)空調(diào)機(jī)組所有終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，遠(yuǎn)程設(shè)定運(yùn)行參數(shù)。如冷凍水出水溫度設(shè)定，機(jī)組及冷卻塔增減溫度閾值，動(dòng)作延時(shí)時(shí)間，手動(dòng)自動(dòng)切換等。

(2)監(jiān)控功能。集控系統(tǒng)對(duì)空調(diào)機(jī)組設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如機(jī)組冷卻水和冷凍水的出水、回水溫度，集水器和分水器的流量，各二次泵冷凍水回水溫度、水壓，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和耗電量等。

(3)故障報(bào)警功能。工控機(jī)會(huì)將傳感器采集的數(shù)據(jù)與正常值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)機(jī)組和儀表數(shù)據(jù)異常時(shí)向值班人員發(fā)出警報(bào)，并在軟件中形成報(bào)警記錄。

(4)信息聯(lián)網(wǎng)功能。系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)通過 Internet網(wǎng)絡(luò)上傳，可通過固定的域名和賬號(hào)權(quán)限在任一電腦上查看實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。每隔固定周期記錄一組機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，可利用一段時(shí)間的數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)及能耗進(jìn)行分析，這樣可對(duì)此后機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整起到關(guān)鍵作用。

3 成效與展望

3.1 成效

集控系統(tǒng)通過對(duì)多臺(tái)中央空調(diào)冷水機(jī)組和外圍設(shè)備的自動(dòng)化控制，來達(dá)到節(jié)能、精確控制和操作維護(hù)便捷的目的。集中監(jiān)控大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，簡化了排除故障的過程，避免了由于操作疏忽而造成的設(shè)備損壞。運(yùn)用PDA巡檢設(shè)備，改變了以往在現(xiàn)場(chǎng)手抄數(shù)據(jù)的巡檢方式，巡檢時(shí)間由原來的25分鐘縮短至15分鐘。由于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，管理人員也能第一時(shí)間了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

利用集控系統(tǒng)對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行調(diào)控，使機(jī)組可以自動(dòng)調(diào)控冷量的輸出，減少了因手動(dòng)調(diào)控而出現(xiàn)的部分樓棟冷量供給不足而產(chǎn)生的投訴問題。同時(shí)，利用采集數(shù)據(jù)，每月進(jìn)行機(jī)組能耗分析，可以形成相應(yīng)的報(bào)表并有針對(duì)性的提出下月的優(yōu)化對(duì)策。

3.2 展望

同濟(jì)醫(yī)院空調(diào)中心現(xiàn)已采用智能集控系統(tǒng)且配備PDA巡檢，在提升能源利用效率的同時(shí)也極大地增加了值班人員的巡檢效率與故障發(fā)現(xiàn)速度。同時(shí)，將系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)功能制作成手機(jī)APP軟件，可實(shí)現(xiàn)值班人員與管理人員的實(shí)時(shí)交流與監(jiān)控。

待集控系統(tǒng)在醫(yī)院空調(diào)機(jī)組智能控制運(yùn)行成熟以后，后期擬對(duì)其他動(dòng)力控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，逐漸加強(qiáng)設(shè)備集成化程度，最終形成后勤動(dòng)力系統(tǒng)的集控網(wǎng)絡(luò)[4]。當(dāng)前國內(nèi)醫(yī)院后勤信息集成發(fā)展是相對(duì)緩慢的，一個(gè)重要原因就是信息不對(duì)稱，因此提高后勤管理系統(tǒng)的信息化水平是后勤發(fā)展的重要方向。當(dāng)系統(tǒng)集成化達(dá)到一定程度時(shí)，可將數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與其他醫(yī)院的后勤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互聯(lián)，形成區(qū)域后勤信息網(wǎng)絡(luò)[5]。

4 結(jié)語

同濟(jì)醫(yī)院空調(diào)中心基于空調(diào)集控系統(tǒng)，通過智能化自動(dòng)管理和集中設(shè)備監(jiān)管，改善了值班人員巡檢模式，提高了整體巡檢效率。通過對(duì)機(jī)組數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了發(fā)現(xiàn)潛在事故的概率。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，極大地縮短了值班人員發(fā)現(xiàn)故障的時(shí)間，從而整體降低了空調(diào)機(jī)組發(fā)生較大事故的概率。

采用集控系統(tǒng)也為建設(shè)信息化后勤奠定了基礎(chǔ)，利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程群控與監(jiān)管，加速了信息的采集與傳遞。當(dāng)醫(yī)院配電、供氧、鍋爐等后勤設(shè)備形成集控網(wǎng)絡(luò)后，整合醫(yī)院動(dòng)力集控系統(tǒng)采集的大數(shù)據(jù)可對(duì)醫(yī)院進(jìn)行全面分析，對(duì)醫(yī)院整體運(yùn)轉(zhuǎn)情況、規(guī)模建設(shè)具有指導(dǎo)作用?？照{(diào)集控系統(tǒng)在同濟(jì)醫(yī)院后勤信息化建設(shè)中的應(yīng)用，改善了運(yùn)行模式，降低了運(yùn)行成本，在醫(yī)院后勤的信息化發(fā)展中具有重要作用。

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