基于集控系统的医院空调机组智能控制应用研究*

——梁 汉 张立文 向 杰 冉懋君 王道雄

随着“互联网+”时代的到来，医院信息化程度越来越高，医院后勤管理体系需更注重信息的高效传递和信息网络建设。为了向临床一线提供更优质的服务，后勤部门必须保障全院设备的稳定安全运行，全院设备的数据监控要求快速、精确、高效[1]。

集控系统由工控机、用户交互界面、传感器设备以及相关软件组成[3]。运用多种传感器与控制卡将所有设备在局域网中进行互联，将设备的数据采集与操作控制集于一体。值班人员可以通过PC主机实时监控设备的运行状况，在调试中可设置运行参数与阈值，工控机会按照内置程序对系统进行反馈调节，直至系统稳定。当设备出现异常情况时，系统会自动检测出哪项值偏离了设定值，并立即发出警报，保证了值班人员能在第一时间发现故障来源，并及时处理。

1 医院空调机组管理情况

由于医院空调机组的特殊性，其运行的故障率必须降到最低，但是短缺的后勤值班人员与数量庞大的设备相比形成巨大矛盾。而巡视时需要进行现场数据采集，导致巡视效率低下，部分潜在故障往往不会被及时发现，造成一定的安全隐患。

智能集控系统应用之前，空调设备多凭借值班人员的经验进行操作。据统计，在医院用电量中，空调设备的用电量占到了全院用电量的60%左右，有时因为人为调整机组参数不及时，会导致部分用电浪费，增加运营成本。为了改善值班人员的巡检模式，优化空调机组的运行指标，同济医院空调中心采用集成控制系统对现有设备进行优化。采用工控机对空调机组系统进行整体控制，达到设备控制集成化，形成设备运行参数监管的新模式[2]。

表1空调系统配套设备

辅助设备名称数量(台)改造部分冷冻水泵5增加变频器,温度、压力传感器,电控蝶阀,流量传感器冷却水泵5增加变频器,温度、压力传感器,电控蝶阀二次循环泵26增加温度、压力传感器冷却塔13增加控制卡

图1 增减机组与增减冷却塔逻辑图

2 空调集控系统应用

该院空调中心目前有4台1350RT美国开利离心机组，1台400RT美国开利螺杆机组。本研究将现有设备进行智控系统改造，其中空调系统设备改造情况见表1。

对表1中的以上设备和机组电器柜进行改造，增加传感器用于系统数据的实时采集。

2.1 系统控制原理架构

在原系统中加入DDC控制器，整合工控机、UPS、局域通讯网络、传感器、控制器、执行器和电控调节阀门等。

空调系统的监控数据种类繁多，需要多种传感器对运行状态进行数据采集，从而实现反馈调节[4]。利用温度传感器采集冷冻水回水与出水温度、冷却水出水与回水温度以及各二次泵出水温度等。利用流量传感器采集集水器中冷冻水流量，利用压力传感器对各个二次泵、冷却水、冷冻水出水水管流量进行采集。

每个机组配备一组电控蝶阀与手动蝶阀，分别对冷冻水循环和冷却水循环进行控制。工控机监控软件的界面基于Web设计，利用LabVIEW编写人机交互界面，通过传感器采集到现场的数据后与设定值进行比较，利用“与门、或门、非门”逻辑语句搭建系统结构，形成两大主要控制模块：

(1)增减机组控制。通过采集离心机的出水温度与能量数据，判断用户对空调的使用情况，以便对离心机组进行调配。同时在系统中加入延时模块，防止系统初次启动未平衡而增加过多机组的情况。待机组达到动态平衡后，增减机组的机制才会发挥作用。

(2)冷却塔控制。为了减少冷却塔运行时的相互影响，按照从两边到中间开启的顺序设定。再设定冷却塔增减动作的温度阈值，与传感器采集的冷却水回水温度比较，判断是否调整冷却塔的台数。由于实际温度难以保持定值，造成冷却塔增减机制会不停动作，系统不能保持稳定运行。为消除此现象，在阈值上增加±0.5℃的规定范围与延时模块，使冷却塔能稳定的按需调控。两组模块逻辑图如图1所示。

2.2 集控系统实现功能

此次控制系统改造综合了中央空调设备控制与管理系统，通过远程网络控制技术，结合终端自动控制，实现了空调机组所有终端设备的集中控制与管理[5]。具有以下功能：

(1)控制功能。对空调机组所有终端设备进行远程操作，远程设定运行参数。如冷冻水出水温度设定，机组及冷却塔增减温度阈值，动作延时时间，手动自动切换等。

(2)监控功能。集控系统对空调机组设备运行情况进行实时监控。如机组冷却水和冷冻水的出水、回水温度，集水器和分水器的流量，各二次泵冷冻水回水温度、水压，系统运行时间和耗电量等。

(3)故障报警功能。工控机会将传感器采集的数据与正常值进行比对，当机组和仪表数据异常时向值班人员发出警报，并在软件中形成报警记录。

(4)信息联网功能。系统运行数据和状态通过 Internet网络上传，可通过固定的域名和账号权限在任一电脑上查看实时运行状态。

(5)数据存储功能。每隔固定周期记录一组机组运行参数，可利用一段时间的数据对机组运行的状态及能耗进行分析，这样可对此后机组运行参数的调整起到关键作用。

3 成效与展望

3.1 成效

集控系统通过对多台中央空调冷水机组和外围设备的自动化控制，来达到节能、精确控制和操作维护便捷的目的。集中监控大大减轻了劳动强度，简化了排除故障的过程，避免了由于操作疏忽而造成的设备损坏。运用PDA巡检设备，改变了以往在现场手抄数据的巡检方式，巡检时间由原来的25分钟缩短至15分钟。由于数据的实时上传，管理人员也能第一时间了解设备的运行状态。

利用集控系统对空调机组进行调控，使机组可以自动调控冷量的输出，减少了因手动调控而出现的部分楼栋冷量供给不足而产生的投诉问题。同时，利用采集数据，每月进行机组能耗分析，可以形成相应的报表并有针对性的提出下月的优化对策。

3.2 展望

同济医院空调中心现已采用智能集控系统且配备PDA巡检，在提升能源利用效率的同时也极大地增加了值班人员的巡检效率与故障发现速度。同时，将系统的监控数据功能制作成手机APP软件，可实现值班人员与管理人员的实时交流与监控。

待集控系统在医院空调机组智能控制运行成熟以后，后期拟对其他动力控制系统进行升级优化，逐渐加强设备集成化程度，最终形成后勤动力系统的集控网络[4]。当前国内医院后勤信息集成发展是相对缓慢的，一个重要原因就是信息不对称，因此提高后勤管理系统的信息化水平是后勤发展的重要方向。当系统集成化达到一定程度时，可将数据网络与其他医院的后勤网络系统互联，形成区域后勤信息网络[5]。

4 结语

同济医院空调中心基于空调集控系统，通过智能化自动管理和集中设备监管，改善了值班人员巡检模式，提高了整体巡检效率。通过对机组数据的实时监控，提高了发现潜在事故的概率。当系统运行发生故障时会立即发出警报，极大地缩短了值班人员发现故障的时间，从而整体降低了空调机组发生较大事故的概率。

采用集控系统也为建设信息化后勤奠定了基础，利用互联网实现远程群控与监管，加速了信息的采集与传递。当医院配电、供氧、锅炉等后勤设备形成集控网络后，整合医院动力集控系统采集的大数据可对医院进行全面分析，对医院整体运转情况、规模建设具有指导作用。空调集控系统在同济医院后勤信息化建设中的应用，改善了运行模式，降低了运行成本，在医院后勤的信息化发展中具有重要作用。

[1] 程 伟. 提高医院后勤管理质量的新思路 信息化管理[J].中国卫生质量管理, 2012,19(5): 71-72.

[2] 郭创新,朱传柏,丁焕玉,等. 集控站自动化模式及综合防误操作系统研究[J].电力自动化设备, 2001,11(11):51-54.

[3] 施 鹏,汪 昕. 医院后勤信息化管理的现状与发展[J].中国卫生质量管理, 2011,5(9):78-80.

[4] 许良柱,张 涛,陈 荣,等. 集控中心全景状态监测系统研究与设计[J].电力信息化, 2011,6(3): 53-58.

[5] 施 乐. 集中供冷型中央空调系统管理与控制研究[D].广州：广州大学,2015.