医院的楼宇自动化系统设计.docx

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医院的楼宇自动化系统设计

专业课程设计

题目医院的楼宇自动化系统设计

姓名

学号

专业班级

学院电气工程学院

指导教师魏晓娟

1.2系统设计原则………………………………………………………..3

1.3系统设计依据……………………………………………………….3

2.2通讯系统…………………………………………………….6

2．3直接数字控制器（DDC）系统...........................7

2．3．1硬件部分.............................................7

2．3．2软件部分.............................................8

3.1建筑实现智能化的意义…………………………………9

3.4手术部的环境监测...........................25

4、课程总结.............................................32

医院楼宇自控系统控制方案

专业：

自动化姓名：

李龙学号：

P1*******6

摘要楼宇自控系统是智能建筑的一个重要的组成部分。

BAS是基于现代分布控制理论而设计的集散系统，通过网络系统将分布在各监控现场的系统控制器连接起来，共同完成集中操作，管理和分散控制的综合自动化系统。

BAS的目标就是对建筑内部的机电设备采用现代计算机技术进行全面有效的监控，以确保建筑物内舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求，并对特定事物作出适当反应。

通过BAS对大厦内机电设备的自动化监控和有效的管理，可以使大厦内的温湿度控制达到最舒适的程度，同时以最低的能源和电力消耗来维持系统和设备的正常工作，以求取得最低的大厦运作成本和最高的经济效益。

这极大的方便了设备的操作与维修，减少管理和维护人员。

取得节约能源和人力资源的良好效益。

前世界上最先进、可靠性最高、性能价格比最高的BAS系统之一。

该系统不仅在图形控制、历史记录、动态绘图、事件安排、报警和远程访问等方面具有优越性，还在系统规模、网络支持、开放性及通讯速度等方面有了很大的提高。

关键字：

医院楼宇自动化集散系统方案设计

1．2系统设计原则

1．先进性：

采用国际或国内通行的先进技术，适应时代发展需要；

2．成熟性：

以实用为原则采用成熟的经过工程验证的先进技术；

3．开放性：

采用开放的技术标准，避免系统互联或扩展的障碍；

4．按需集成：

根据本项目特点，按照需要分层次实现集成；

5．标准化：

采用标准化的设计和标准化的产品；

6．可扩展性：

本工程设计应考虑到未来发展，在预埋和线缆布设上留有余量。

7．安全性、可靠性：

包括系统自身安全和信息传递的安全，以及运行的可靠性；

8．设计、施工、运营与服务：

强调以人为本的设计思想，为医院大楼提供安全、舒适、方便、快捷、高效、节约的医疗、工作环境，提高效率；

9．二次深化设计图纸完成后，需经中元设计院相关专业工程师审核签认，方可进行施工。

1．3系统设计依据

本系统设计是以“××医院智能化弱电系统招标书”和与业主的沟通，及所附图纸为基础，参照以下标准进行设计：

《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16/92）

《智能建筑设计标准》（GB50314-2000）

《采暖通风与空调设计规范》（GBJ19-87）

《民用建筑照明设计规范》（GBJ133-90）

《电气装置工程施工验收规范》（GBJ232-82）

《电子计算机机房设计规范》（GB0174-93）

《计算机场地安全要求》（GB9361-88）

《计算机场地技术条件》（GB2887-89）

《BESTON楼宇自控系统应用手册》及其它技术资料

2、BESTONIBS-5000系统概述

2．1上位机系统:

本工程中，上位机采用BESTON公司的IBS5000系统，该系统引进西门子技术研发生产，符合国际安全认证标准，适应性非常强，既可用于单独的楼宇管理，也可用于一个区域的、分散的楼宇集中管理，该系统能够方便的同西门子PLC、MBC等下位机系统通信，上位机与下位机构成完整的集散式控制系统。

在上位机上可以实现对各子系统的集中监测,管理与最优控制,实时显示各子系统上各监测点的参数,表格及动态画面。

亦可定时或即时打印报表。

1.界面形式:

上位机软件的人机界面十分友好,具有鼠标与快捷键皆可使用的优点和在线帮助等功能。

全汉化界面,并可根据业主建筑物的实际结构、所选设备的实际流程形式编写界面。

平面流程及三维立体图形可选，符合中国国情,易学易用。

2.信息处理:

系统信息分两极处理，上下位机各自独立处理本身监控对象的信息；上位机作为中央处理机负责整个系统的信息处理，其内容包括:

报警状态监视,测量值越界监视,下位机设定值优化,下位机状态控制和系统工况优化,各信息归档分析等功能。

3.数据显示和输出:

上位机可显示系统总图或多个子系统的实时画面。

对于发生故障的子系统进行显示报警,记录故障点及发生故障的时间、原因。

进行故障打印。

对所有监视信息、命令进行实时记录,其中包括人工输入信息,越限信息和系统本身监视信息的事件记录、班报表、日报表、曲线图（曲线图时间为5分钟--48小时可设定,便于业主进行控制效果分析及控制趋势分析）等。

一般的记录可保留三个月,故障资料可保留12个月,亦可按业主要求确定保留纪录周期（最长为壹年，壹年以上可以EXCEL标准格式转储）以备查阅。

4.控制功能:

上位机可对现场控制器直接进行操作。

指定单台或多台设备的开机、关机、修改设定参数。

定时开/关机功能,可按操作员设定时间（如上、下班时间）定时对指定的部分或全部设备开、关机。

5.扩展功能:

上位机支持以太网络工作环境，可方便的与消防系统、保安监视系统、管理信息系统等其他系统联网,构成一套完整的智能大厦集成控制系统。

6.硬件配置:

主机标准最低配置:

PⅢ计算机,1.44M软驱,40X光驱，鼠标，键盘，硬盘容量不小于10GB,内存容量大于128M,SVGA显示卡,声卡、1024×768彩色显示器,具有二个串行口,一个USB口。

不间断电源（UPS）一台,激光或喷墨等类型的高速打印机一台。

2．2通讯系统

通讯系统采用了唯一被国际标准化组织批准为国际标准（ISO11898ISO11519）、被美国军方广泛采用、具有极强的抗干扰能力及纠错能力的现场总线CANBUS。

其高通讯速率、高可靠性、超长通讯距离（无续接器可达3KM）、PEERTOPEER（点对点）及BROADCAST（广播）通讯功能、任意网络拓扑结构、可与任何具有开放通讯接口的控制设备直接连接、支持以太网络工作环境等的多项功能而成为最有发展前途的通讯系统。

通讯系统由插在中央管理计算机内的智能网络控制器（NCU）及通讯软件构成。

由专用通讯电缆与分布在现场的控制器联接,构成网络系统,实现数据交换。

网络上标准子站配置为110个,这些节点都具有不同的优先级,在任意时刻均可主动向网络上的其他节点发送信息（点对点通讯或一点对多点的广播功能）,而不分主从节点,当两个节点同时向网络上传送信息时,采用非破坏性总线裁决技术,让优先级低的节点主动停止数据传输,而不影响优先级高的节点继续发送数据。

通讯距离最远可达10KM（5KBPS）,通讯速率最高可达1MBPS（40M）,通讯方式为每帧8个有效字节,传输时间短,受干扰的概率低,每帧信息皆采用CRC校验,可靠性极高,是构成高性能现场总线的首选网络控制器。

系统主站与子站间采用了全光隔技术。

对因雷击造成的干扰及因误操作引入强电而导致设备损坏,具有极强的保护作用。

2．3直接数字控制器（DDC）系统

直接数字控制器（又称下位机），通过通讯线与中央管理计算机（上位机）构成一套完整的集散式控制系统。

下位机可以就地采集现场各点的温湿度等模拟量和防冻、火警等开关量,实现自动开、关机和自动调节相关阀门,以达到控温控湿或控制其他状态参数的目的。

2．3．1硬件部分

先进的技术性能

现场控制器的硬件与全汉化软件是在我国空调制冷控制著名专家、清华大学张瑞武教授的指导下,在引进技术基础上由本公司与清华大学电机系、环境系、自动化系、热能系等共同开发的。

产品设计参考了多种国外同行业名牌产品,并结合中国国情加以改进。

自89年至今应用于多种现场,性能优异,得到了用户的好评,多次被国际知名大公司选做其主控设备的配套控制系统,不仅在国内工程中应用，而且出口俄罗斯、朝鲜、叙利亚等国家。

95年又推出采用国际最新技术的一体化超大规模集成电路为主控芯片的多点数控制器,其综合性能达到世界先进水平。

高抗干扰性能

考虑国内现场工作环境一般较为复杂、恶劣，尤其在采用变频控制又没有良好接地系统的条件下。

该控制器采用了电磁耦合、全光电隔离、电源电压监测、瞬变干扰电压抑制、看门狗等多达十余项抗干扰措施,使系统具有极强的抗干扰能力,可以与强电柜合一并直接挂在被控设备上构成机电一体化系统。

宽电压工作范围

针对国内电源电压特殊条件，现场控制器的电源电路采用了宽电压工作电源,有效地保证了控制器在恶劣供电条件下可靠工作。

其正常工作输入电压实测指标达220V+15%至220V-20%,即允许电源电压变化范围内175v-250v，远远超过国内外同类产品。

可靠的故障分隔及保护措施

现场控制器采用了全光电隔离技术,选用了耐压达1500V的光电耦合器件,从而保证了系统的安全运行。

不但控制器内部的各主要电路在电气上是完全隔离的。

而且系统各子站的通讯接口也是全光电隔离的,电源为多路隔离电源,并具有过压、过流、短路保护等功能。

可在出现意外情况时,最大限度地的减小故障影响范围。

结构合理易于维护

由于现场控制器采用了先进的插件结构或单板结构,使维护极为方便。

一级维护通过更换插件的方式即可完成,故障产品经替换后送回生产厂进行二级维护。

2．3．2软件部分

现场控制器（DDC）采用了具有通用的组态软件包。

可根据不同的控制对象对软件进行组态,实现PID控制、自适应控制及模糊控制。

空调控制软件配备了完善的节能多工况分区、判断与自动转换功能,开机后机组自动进入节能工况,自动调节到节能最优运行状态,即在舒适性空调系统中，根据气象条件、室内热湿负荷及舒适度等要求自动整定温湿度设定值自动决定风速,使之达到节能优化运行。

当应用对象为工艺空调时,应以实现高精度恒温恒湿为首要目标本系统可实现高能度恒温恒湿控制。

当控制对象为舒适性空调时,软件设计上在满足用户对环境要求的同时，能充分考虑节能的要求,当采用IBS系统及多工况分区软件后,系统综合节能可达到30%以上。

2．3．3直接数字控制器功能:

l现场控制器具有自动和软手动功能,可在控制器处于任意状态（自动或手动）时,通过控制器实现手动开/关机及调节电动阀开度。

l温度、湿度、压力、流量等模拟量的巡检及显示。

l防火报警及显示,并自动停机和火警上传.

l防冻报警及显示,并自动处理上传.

l过滤器堵塞报警及显示。

l所有网络上下传信息的接收及执行。

l自适应控制功能。

l自动工况转换,过渡季节能运行功能。

l恒温恒湿高精度控制。

lCAN-BUS通讯功能。

BS-5310液晶显示终端:

BS-5310工业控制液晶显示终端主要应用于BS系列工业控制RTU和BS系列控制器显示终端，也可使用于各种类型控制器显示终端。

用户菜单可根据控制的要求自行定义，工作灵活可靠。

电源要求：

1、供电电源：

DC5V/DC12V功耗：

<10W；

2、环境要求：

工作温度：

0~45℃相对湿度：

10~80%（无凝结）大气压力：

86~108Kpa

3、产品尺寸：

150×75×50mm

BS-5000系列直接数字控制器:

工业控制RTU适用于楼宇设备，厂房设备，环境设备、自动给排水设备等的自动控制。

可根据用户提出的各种使用要求、在不同的外界环境条件下，自动调控各种中央空调、冷水机组、水泵、加药泵、电磁阀门、变频器等系统的运行状态，满足对压力、流量，温度，水质的监测与控制。

该控制RTU还可用于电力的监测、给排水控制以及冷冻站监控等，并可根据控制对象情况，选择分散DDC控制、集散DDC控制等多种方式，工作灵活可靠。

主要功能：

1.实时显示现场测量值；

2.实时显示、修改设定值控制参数值；

3.全自动运行控制；

4.自诊断功能，当控制RTU发生故障或系统发生故障时可分别报警、显示，并可根据用户要求实现多点检测，超限报警；

5.数据掉电保护功能；

6.手动和自动切换功能；

7.现场总线CANBUS通讯功能，RS-232通讯功能或RS-485通讯功能。

BS－5120

输入、输出（I/O）路数：

◆模拟量输入（AI）：

16路可扩充至32路（0～10V0～20mA）；

◆开关量输入（DI）：

16路可扩充至128路

◆模拟量输出（AO）：

4路可扩充至16路（0～10V/0～20mA）

◆数字量输出（DO）：

12路可扩充至64路继电器干式触点输出（220V/3A）BS－5115

输入、输出（I/O）路数：

◆模拟量输入（AI）：

8路可扩充至32路（0～10V0～20mA）

◆开关量输入（DI）：

8路可扩充至128路

◆模拟量输出（AO）：

4路可扩充至16路（0～10V/0～20mA）

◆数字量输出（DO）：

6路可扩充至64路继电器干式触点输出（220V/3A）

备注：

a）RS232、RS485、CAN通讯任选；

b）可配接BS-5310液晶显示器，BS-5315触摸屏，LED大显示屏，无线通讯模块，GPRS模块等。

BS-5115控制器BS-5120控制器

末端产品：

BR－1000系列介绍：

对于各种有温湿度检测及控制要求的场合，BESTON的BR-1000系列房间温湿度传感器/变送器可提供快速准确的测量。

并将随温度变化的数字信号及随湿度变化的电容信号转换为成比例的电信号输出。

BR-1000系列传感器/变送器提供了0-10VDC输出或4-20mADC输出等多种形式。

BR-1000系列房间温湿度传感器/变送器可用于对环境温湿度有较高要求的场合，已在电子厂、制药厂、卷烟厂、印钞厂、机房等多种工业厂房环境得到应用。

BD-1000风道温湿度传感器系列介绍：

BD-1000系列风道温度传感器及变送器根据水或空气的温度提供有源信号，它们广泛应用于HVAC领域。

BD-1000系列风道温度传感器正比于所感应的温度，直接提供电阻信号、0-10V信号，或4-20mA信号，可用于任何电子设备的信号输入。

BW-1000管道温湿度传感器系列介绍：

BW-1000系列管道温度传感器及变送器根据水或空气的温度提供有源信号，它们广泛应用于HVAC领域。

BW-1000系列管道温度传感器正比于所感应的温度，直接提供电阻信号、0-10V信号，或4-20mA信号，可用于任何电子设备的信号输入。

电动调节阀系列介绍：

TL/F系列电动调节阀广泛应用于空调、制冷、采暖以及楼宇等自动控制系统末端设备。

同时，也适用于化工、石油、冶金、电力、轻工等各行业生产过程的自动控制及远程控制系统。

电动调节阀口径DN15～DN400，阀体结构有二通阀、二通平衡阀、三通合流阀和三通分流阀。

电动水阀驱动器系列介绍：

该系列水阀驱动器适用于空调、制冷、换热等控制系统中，可以接收控制信号为三位浮点型（开关量）或比例调节型（模拟量），调节系统中的液体流量，从而达到最终控制系统中温度、湿度等参数的目的。

同时该水阀驱动器也适用于化工、石油、冶金、电力、轻工等行业生产过程中的自动控制。

特点：

调试简便，智能比例调节型驱动器与不同行程的阀体配合时只需一按设定钮即可；

体积小、重量轻、驱动力大，支架选用压铸铝,支架表面作防锈处理,电路采用贴片焊接，可靠性高；

选用交流永磁式同步电机,电机内置磁滞离合器，当电机超过额定扭矩时，电机输出轴与电机转子脱转，保证驱动器长时间通电状态下，电机堵转也不会烧毁；

磁滞离合器结构在阀门极限位置保持额定出力，使阀门可以可靠关闭；

比例调节型驱动器单向运动灵敏度小于1%，动作灵敏；

输入信号：

0~10V、2~10V、0~20mA、4~20mA；

反馈信号：

0~10V、2~10V、0~20mA、4~20mA；

通过欧盟CE认证-73/23/EEC89/336/EEC；可提供阀位置反馈信号

压差开关TP33B介绍：

TP33B系列压差开关可用于感知管道中非腐蚀性气体的压力差、真空、过压和气流差等参数。

常规应用包括：

监测过滤网阻塞报警装置

通风管道中气体监测

控制可变气体容积系统中最大气流

A11D系列低温断路控制器介绍：

A11D系列低温断路控制器有一个内充蒸汽的长敏感元件。

敏感元件的任何200mm长部位只要低于设定的温度点，控制器内部接点就会断开。

它适用于热水盘管、冷水盘管以及其它液体管道表面温度的测量从而进行低温保护。

使用时将长敏感元件盘绕于需要低温保护的盘管表面。

TD/A系列风阀执行器介绍：

TD/A系列智能电子式角行程执行机构,体积小巧、外形美观、制作精良、安装方便，具有全行程保护功能,旋转角度任意可调。

被广泛应用于温度、压力、流量等自动控制系统中,特别适用于暖通空调系统中对风阀、旋流风口、球形喷口、防火排烟阀进行操作。

3、楼宇自控系统方案

3．1建筑实现智能化的意义

现代化的建筑为了创造一个良好的环境，提高生活或工作的质量，都配置了大量的机电设备，以保证整个建筑群的良好舒适的环境和便利的生活、工作空间。

而大量机电设备的使用，必将引起管理人员的增加、能耗费用的巨额支出和管理工作的复杂。

因此建造智能建筑，使建筑实现智能化能使建筑系统得到以下益处：

节电

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，统一调配所有设备用电量，可以实现用电负荷的最优控制，有效节省电能，减少不必要的浪费。

当前，在世界上已经有多座建筑使用柏斯顿公司的IBS-5000智能建筑物自动化系统，在这些建筑中，一般的情况下节省用电可以达到25%到30%，这种效益如果靠采用人工操作是绝对无法实现的。

节省人力

由于楼宇自控系统采用集中电脑控制，因此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，并能及时发现和处理受控机电设备出现的问题。

在没有楼宇自控系统的建筑物中，设备的开关、维护及保养都需要人去操作，这样不可避免地要求建筑配置庞大的人员队伍，而采用了自动控制系统之后，上述工作均由楼宇自控系统根据预先设计好的程序自动完成，大批的人力将被减少下来，首先节约了管理上的开支，同时也减少了由于管理人员众多所引起的一系列问题。

在建筑内配置楼宇自控系统之后，可以减少三分之二的负责设备运行、维护的管理人员。

延长设备的使用寿命

在配置了楼宇自动控制系统之后，设备的运行状态始终处于系统的监视状况之下，楼宇自控系统可提供设备运行的完整记录，同时可以定期打印出维护、保养的通知单，这样可以保证维护人员及时进行设备保养，因此可以使设备的运行寿命加长，大大降低了建筑在机电方面的运行费用和维护保养费用。

保证建筑及人身安全，提高管理效率

此外，楼宇自控系统还可以将安全防范系统、车库管理系统以及火灾消防报警系统集成在同一系统平台中，从而极大地提高建筑的管理水平，减少各部门之间的协调。

3．2楼宇自控系统功能

通过配置系统的硬件和软件，实现测量各类机电设备状态的参数、设置并控制设备启停、提高设备运行有效效率等功能；

监视并显示系统监控设备的工作状态，故障时提供报警；

对现场自动控制组织的安全调整功能；

根据工艺流程合理调整能量的使用；

根据运营要求提供内部最佳集中管理策略；

可以由系统干预设备工艺操作过程；

根据系统记录，管理分析当前和过去运行过程；

提供计算和预测工具、用于优化操作参数并组合、建立新的运行方式；实现楼宇自控系统与其他系统数据交换；

对受控实现设备遥控操作；

系统检测方便、友好的修改、扩展、检测工具；

通过密码保护，实现数据安全功能；

分级对系统实施程度不同的管理。

3．3楼宇自控系统控制方案

3．3．1冷冻站系统

3．3．1．1监控范围

冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔流量调节阀

冷水机组自带开放通讯接口与BA系统IBS-5000进行通讯（如下图）。

配置MBC控制器控制冷冻泵、冷却泵、冷却塔等设备。

冷水机组与楼控系统接口示意图

3．3．1．2监控要点：

1．参数监测

l监测冷冻水的供回水温度，供水压力；

l监测冷冻水的供水流量；

l监测冷冻水的水流状态；

l监测冷冻水的供回水总管压差；

l监测冷却水的供回水温度；

l监测冷却水的水流状态；

l监视冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的启动控制、运行状态、故障报警和电动阀开关控制；

l监测冷水机组启动柜的电压及电流、总开关状态和跳闸警报；

l具体每台冷冻机的内部参数可通过接口及适配器联入BAS，如监测油压、冷凝器和蒸发器压力、运行电流等。

2．冷负荷计算

根据冷冻水总管上的供回水温度和供水流量，可以计算出大楼的负荷情况，从而确定需要开启的冷水机组台数。

根据冷水机组的开启命令，实行电动蝶阀、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵之间的连锁。

3．机组运行

冷水机组的投入或退出运行的过程是按预先编制的控制程序进行的。

夏季开机程序如下：

l开车指令打开冷却水蝶阀，启动冷却水泵；打开冷冻水蝶阀，启动冷冻水泵；打开冷却塔进水蝶阀，启动冷却塔，得到阀打开信号及水流开关信号返回后延时30秒启动冷水机组。

夏季停机程序如下：

l停车指令关闭机组；关闭冷却塔，延时5分种关闭相应的冷冻、冷却水泵；延时1分钟关闭相应的冷冻水、冷却水蝶阀。

4．系统保护

当在冷水系统中有某一设备发生故障时，则系统立即发出报警到终端，同时锁定该设备以防再次启动，并同时自动启动另一个相应的备用设备或一组其他关联设备。

当故障设备已维修完成需要重新加入自控行列时，必须在BAS终端手动复位相应的锁定逻辑，这样才能使锁定的设备再次进入自控行列。

5．冷却塔控制

冷却塔的投运是由冷冻机启动时，由控制程序打开相应的冷却塔进水蝶阀确定的。

当温度在一定范围内时分别投入相应的风机运行，当主冷却回水温度低于20℃时，冷却塔的风机按次序停止运行；当冷却水储水池水温低于10℃时启动电加热器。

当风机发生故障时，延时30秒将发出报警到BAS终端。

当风机发生故障时，控制程序将发出报警并且锁定该风机的再次投入。

在排除风机故障后，必须在BAS终端手动复位相应的锁定逻辑，这样才能使设备重新投入自动运行。

6．旁通调节

在冷却水系统管道亦设有一个常闭式电动旁通调节阀，用以控制进入冷水机组冷凝器的冷却水温度不会低于设定值。

在冷却水供水管道上设有温度传感器以控制该阀的操作。

7．水泵监测

系统监测泵的运行情况，按工艺要求启停泵，水泵启动后，根据水流开关的状态判断水路是否开通，若未开通，自动停泵。

备用泵会在其它泵故障时自动投入运行。

并能累积运行时间，提醒维修等。

3．3．1．3系统控制原理图

3．3．2新风机组

3．3．2．1监控范围：

新风机组26套（包括四管制、两管制）

3．3．2．2控制要点：

l新风温度、湿度测量；

l初、中效过滤器堵塞报警；

l送风温度、湿度；

l防冻开关状态监测；

l送风机运行状态监测、