上海第一人民医院南部楼控系统技术方案.docx
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上海第一人民医院南部楼控系统技术方案
上海第一人民医院南部
楼宇自控系统设计方案
2018-09-22
1.概述
上海第一人民医院南部(以下简称“医院”)位于松江区新松江路650号,于2006年10月26日正式运行。
医院总建筑面积为12万平方米。
其中一期建筑面积87,260平方米,按功能共分为门诊楼、连廊及医技楼、病房楼、急诊手术楼、行政楼和锅炉房6个部分;二期建筑面积约3.2万平方米,包含科研楼、宿舍楼和食堂3个部分。
部分建筑介绍如下:
门诊楼:
地下一层,地上四层,建筑高度15.2m,门诊量拟定2000人/日,建筑面积16,758平方米(地下338平方米,地上16,420平方米)。
连廊及医技楼:
地下一层,地上一层,建筑面积16489平方米(地下5,046平方米,地上11,443平方米)。
病房楼:
地下一层,地上十层,局部十一层,建筑面积34,719平方米(地下2,694平方米,地上32,025平方米)。
急诊手术楼:
地下一层,战时为急救医院,地上二层,建筑面积10,928平方米,地下人防面积5,461平方米。
行政楼:
地上七层,建筑面积7,556平方米。
锅炉房:
地下一层,地上一层,建筑面积810平方米(地下680平方米,地上130平方米)。
当今能源问题已经成为我们生活中普遍关注的问题,一直以来,医院等公用建筑是能源消耗的大户,对于我们这个发展中国家而言,显然是急需解决的一个问题。
随着《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发[2007]15号)精神的不断贯彻落实,以及根据《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》(建科[2007]245号)的发布,中国建筑节能的趋势已经越来越明显。
医院内的大量的能耗与设备数据是建筑节能的基础。
通过建立能耗模型,监控能耗设备运行状态,优化设备配置,达到节能降耗的目的。
上海第一人民医院南部在设计中运用了各种生态节能技术,为高效利用各种能源,实现节能最大化,有必要将绿色建筑技术、新能源技术纳入一个综合能源管理平台中统一管理,实现资源的合理调配,提高能源管理水平,并为各种节能技术的后评估和建设部绿色建筑运行标识、绿色建筑示范工程评审提供数据支撑,使上海第一人民医院南部成为环境友好型的绿色建筑。
系统应实现以下功能:
Ø实时监测建筑环境,确切掌握医院内部环境动态变化,例如温度、湿度、空气质量等;
Ø通过数据分析和诊断指导合理使用机电设备;
Ø通过对系统和设备的能效分析,协助管理方建立节能长效机制;
Ø协调各种节能策略,实现运行过程的节能;
Ø对采用的节能技术进行后评估;
Ø为绿色建筑星级运行评审提供数据依据;
Ø与大型公共建筑节能监管平台实现无缝连接;
2.项目设计目标
2.1设计目标
据中国建筑协会智能建筑专业委员会与建设部科技委智能建筑技术开发推广中心主编的《建筑节能智能化技术指导》的指导思想,上海第一人民医院南部楼宇自控系统的设计目标为:
门诊医技楼制冷机房群控优化、行政楼地源热泵控制、门诊楼大厅8台空调处理机组根据人流和过度季节变频控制、增加小锅炉和原锅炉根据需要合理控制台数、照明控制。
具体为:
1、在工程内建立楼宇自控管理中心,所有被监控机电设备数据统一传输至该中心,建立整体工程数据模型,实现统一信息资源层次体系、统一数据元素标准和统一信息编码。
通过对数据的规范化定义,实现数据的唯一性、准确性、完整性、规范性和时效性,实现数据的共享共用,解决数据层面的信息孤岛问题;
2、对工程数据进行数据存储管理的集中优化整合,对现有各类应用系统的数据库进行集中整合,对相关应用系统数据库进行迁移,将现有分散管理的数据库迁移到集中的数据库管理系统平台上;
3、建立数据仓库,为管理决策层提供有效的能效数据服务;
4、实现联机分析处理,为用户提供灵活自由的数据查询和报表生成手段;通过对数据的分析和挖掘,对医院运行中的机电设备的控制方式提供辅助决策支持;
5、制定信息资源的建设和管理标准,规范各个功能系统的建设;
2.2设计原则
本系统设计本着高起点、高标准的原则,从设计之初即将系统定位在平台型信息管理系统之上,瞄准目前国际领先的信息集成方法和软件技术,从技术领先性、扩展性和开放性等诸多方面保持与国际水平同步,同时保证产品平台的后续开发在一个高水平上进行。
本系统设计为整个信息系统平台的概念设计,将从系统架构的角度描述系统所需具备的组件、技术、应用模块和各种相关概念。
上海第一人民医院南部楼宇自控系统在架构设计与建设时,遵循了如下的指导原则:
序号
原则
描述
1
模块化设计的原则
模块化设计指的是控制系统中各个模块(DDC)的功能和相互之间相对独立,每个模块都有独立的CPU,这样可以大大加强了系统的稳定性和可维护性,在设计中,根据项目需求和平台化的基本原则,各模块通讯相同,系统的局部改动将不会影响整体,由此用户可以根据发展的需要,随时替换旧有的组件以满足工作的需要。
2
面向服务架构SOA的理念
上海第一人民医院南部楼宇自控系统的建设遵循SOA的架构理念,平台架构为面向服务的架构系统在设计中,主要的数据和信息操作均通过各种服务完成,外部系统和服务器之间的数据传递均基于WebService,这样提高了系统互通的能力,同时为系统提供了方便。
3
设计开放性原则
上海第一人民医院南部楼宇自控系统作为支撑节能服务的基础运行环境,其设计和建设必须坚持开放的原则,必须符合当前开放的标准和接口,以便系统今后可以进行灵活的扩展。
保证系统平台的开放和标准是上海第一人民医院南部楼宇自控系统的重要特性之一。
4
标准统一原则
整体架构必须遵从标准统一的原则,系统应遵循架构统一原则,遵守统一的技术规范、标准接口和设备选型标准,避免造成系统资源过于庞杂,难以管理,难以共享。
5
IT资产重用原则
上海第一人民医院南部楼宇自控系统的构建应遵循IT资产重用的原则,上海第一人民医院南部楼宇自控系统建成后,应用系统的开发和部署都要按照上海第一人民医院南部楼宇自控系统的相关技术规范要求部署在平台上,最大化的重用IT资产,对上海第一人民医院南部楼宇自控系统的设计必须保证各应用系统能最大限度重用上海第一人民医院南部楼宇自控系统的资源,除非有特殊的要求,可作一些适当的扩展或变更。
6
分层架构的原则
上海第一人民医院南部楼宇自控系统的设计要采取分层架构的原则,层次设置必须科学合理,符合SOA思想并易于部署和管理,各层次之间应符合松耦合的原则,某个层配置的改变不能影响其他层的使用,每个具体的应用可被分成多个层次,部署在系统支持平台的相关层上,便于配置和管理。
楼宇自控系统主要分为四层,分别为管理层、系统集成层、本地控制层、末端层。
7
设计标准化原则
上海第一人民医院南部楼宇自控系统的设计及其实施将按照国家和地方的有关标准进行,所选用的系统,设备,产品和软件符合工业标准或主流模式,支持多种协议可以连接不同的厂商设备和网络。
8
设计先进性原则
系统使用先进的计算机技术、网络通讯技术和数据库技术,建立一个可扩展的上海第一人民医院南部楼宇自控系统,并利用其优越的技术性能实现节能服务的要求。
考虑到电子信息及软件技术的迅速发展,楼宇自控系统设计在技术上将适当超前,所采用的设备产品和软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。
9
高效性与成熟性原则
利用网络提供传输速率,及时高效地传输实时数据,快速响应。
上海第一人民医院南部楼宇自控系统已经在数百个工程中使用,有成功的使用案例。
10
实用性与经济性原则
上海第一人民医院南部楼宇自控系统必须以业主需求分析着手,并以得到业主认可的需求为目标来开展工作,保证满足目前存在的各种需要。
在保证平台先进性的同时,以提高服务效率,节省人力和各种资源为目标进行设计,充分考虑系统的实用和效益,争取获得最大的投资回报率。
11
安全性与可靠性原则
安全和可靠是对上海第一人民医院南部楼宇自控系统的基本要求,应当建立一套统一的安全基础设施,通过对请求者进行身份验证和对其授予服务访问权、基于基本信任模型跨Web服务请求传播安全上下文、审核重要事件,以及有效地保护数据和内容。
12
服务便利性原则
系统在使用和操作上能为上海第一人民医院南部楼宇自控系统的拥有者,管理者及其客户提供最有效的信息服务。
2.3设计依据
该系统实施所涉及的技术标准和规范,产品标准和规范及工程标准规范包括如下:
✓《智能建筑工程质量验收规范》(GB50339-2003)
✓《建筑电气安装工程施工质量验收规范》(GB50045-95)(2005年版)
✓《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
✓《公共建筑节能设计标准》DGJ08-107-2004
✓《公共建筑节能工程智能化技术规程》(DG/TJ08-2040-2008)
✓《智能建筑设计标准》(GBT50314-2006)
✓《绿色建筑评价标准》(GBT50378-2006)
✓《民用建筑电气设计规范》(JGJ16-2008)
✓《交流采样远动终端通用技术条件》DL/T630-1997
✓《静电放电抗扰度试验》GB/T17626.2
✓《电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》GB/T17626.4
✓《电力系统实时数据通信应用层协议》DL476-92
✓《远动设备及系统接口(电气特性)》GB/T16435.1-1996
✓《远动设备及系统传输规约》IEC-870-5-101
✓《电力系统中传输电能脉冲计量配套标准》IEC-870-5-102
✓《电测量及电能计量装置设计技术规程》SDJ9-1999
✓《电子测量仪器质量检测规则》GB/T6593-1996
✓《民用建筑能效测评标识及导则》
✓2005年10月《绿色建筑技术导则》
✓国办发2004第30号《国务院办公厅关于开展资源节约活动的通知》
✓其它业主提供的有关资料
本系统的开发将依托于目前最新的开发手段,开发中用到的技术基于如下一些基本原则。
✓系统整体开发建立在微软最新的.NET3.5平台上
✓系统开发环境为VisualStudio2008
✓系统服务和系统组态环境的编程采用C#
✓系统的数据库操作采用C#调用存储过程共同完成
✓系统数据库采用SQLServer2005
✓系统网络连接和对外部系统信息交互采用WebService为标准模式
✓通过Internet/Intranet联接中央信息管理层,通过BACnet连接各个控制单元(DDC),保证通讯速率
✓建立智能化管理系统,支持安全授权、身份认证、分级管理
随着节能需求的日益紧迫,本着将上海第一人民医院南部建设成为“网络化、数字化、智能化”的绿色数字建筑,系统可以通过各类平台接口技术、利用网络(Internet/Intranet)收集建筑工程运行的各个参数,建立的统一数据库,提供远程技术支持的数据管理平台。
系统以大容量历史数据库为基础,配合优化的查询和分析引擎,能够为各种分析工具提供快速可靠的数据服务。
2.4需求分析
考虑到上海第一人民医院南部的高端定位,在项目设计中运用了各种节能技术,为了实现统一管理节能最大化,有必要将各种绿色建筑技术、配套控制系统纳入一个统一管理,实现资源调配的合理化、控制逻辑明晰化。
希望通过这些技术的集成应用,发挥各项生态技术的互补功能。
具体如下:
1)系统应以倡导建筑节能和创造绿色建筑为首要技术主题。
2)系统应以合理、可行、完整的各用能系统基本运行为基础条件,做好对各类机电设备运行实施节能监控及优化管理的后续智能化技术配接,以符合国家对公共建筑节能工程的整体要求。
3)系统配置,应根据公共建筑的使用功能、建筑规模、用能特征及运行管理方式等状况,采取高效节能的智能化技术措施,以实现建筑物有效降低能耗前提下能源经济使用效率的更大化。
4)系统应对各用能系统实施信息采集、显示、分析、处理、维护及优化管理,具有实时性、全局性、系统性和制约性的能效综合智能管理功能。
5)系统应综合各子系统的可测控性、节能指标、能源使用方式与耗能成本的经济性。
6)应具有可靠性、易维护性和可扩展性。
7)满足《绿色建筑评价标准》公共建筑一般项的要求。
3.系统方案设计
3.1楼宇自控整体架构
能源管理系统的整体构架设计,满足楼宇管理和云管理汇集体系。
负责楼内环境实时监控数据、设备最佳控制和日程管理功能,简单的数据和报表功能。
楼宇自控系统架构图
本工程的楼宇自控系统采用集散型控制方式,即现场区域控制,计算机局域网通讯,最后进行集中监视、管理的系统控制方式。
这种控制方式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。
楼宇设备自动化系统网络结构可分为三级,第一级为中央工作站,即控制中心,中央工作站设在控制中心机房内。
中央工作站系统由PC主机、显示器及打印机组成,是BAS系统的核心,整个大楼内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示,它可以直接和以太网相连。
第二级为直接式数字控制器,第三级为采集现场信号的传感器和执行机构。
直接数字控制器、传感器及执行机构随被控设备就近设置。
管理层网络支持TCP/IP协议,中央站可以通过网络把信息传送到任何需要的地方。
现场控制网络则采用符合BACnet通信协议的网络,同时现场控制器可以独立于网络完成控制功能。
在广域的楼宇管理中,楼控管理系统可以提供对于广域楼宇的一些增值应用,比如不同地方的单位建筑能耗的比较,比如同一地区的公共照明的开启时间的差异,各类机电设备的运行效率横向比较等等。
广域楼宇管理架构示意图
3.2Escloud云节能中心
云计算最终客户利用手机、PAD、互联网电视等轻量级终端设备获取云计算中心服务。
在云计算的模式下,客户端无需做复杂的信息处理,只需通过浏览器等UI与后端的云计算中心实现互动,随时、随地、随需获取交通信息等服务。
在平台层,云计算中心、云存储中心和调度中心将共同构成整个云计算数据中心的基础架构,包含云计算、云存储和云安全的全部内容。
此外,通过云间资源调度管理系统,可以实现云计算数据中心与各类业务之间的互动和协作,由此构建一个完整的云计算平台系统。
云管理中心实现远程运维管理,具有云专家、云施工、云节能、云管理、云数据、云运营等功能。
云中心架构
云楼宇管理系统示意图
3.3Escloud云数据中心的优势
1、建设云计算中心,实现资源池化、自动化与互助调配;
2、资源池化能动态扩充系统性能,弹性支撑业务;
3、云计算的虚拟化、高可用提供系统容灾能力;
4、统一、高效、可视化的云平台运维,大大提速部署时间;
5、云计算的“IT即服务”理念,使得投入成本、运维成本和收益一目了然;
6、节约项目投资成本,通过简化运维降低长期拥有成本;
7、保证突发事件情况下IT系统仍稳定可靠;
8、保障项目的稳定性可靠,提高“智慧”创新能力,打造专业形象。
3.4EMS-500楼控管理平台
3.4.1WEB数据服务器
上海第一人民医院南部楼宇自控系统需实时掌握整个医院的机电设备运行状况,监控各个运营环节的情况,对各类供能用能系统(供配电、供水系统、空调系统、燃气系统、蒸汽系统、通风系统等)进行集中监控、统一调度。
上海第一人民医院南部楼宇自控系统在政务内外网和互联网上构建了一系列的节能应用,为业务人员、研究人员、系统管理员、建筑业主和社会公众提供有关建筑能耗的各类信息服务。
本系统采用WEBtalk-200型号的数据服务器,本服务器采用64位CPU,LINUX操作系统,500G固态存储;支持4条BACnetMS/TP总线,与本地控制器通讯;支持BACnetIP通讯;支持4000点历史数据存储。
支持WEB浏览,内嵌组态软件,报警管理。
支持WEBservice数据集成。
采用WEBtalk-200的优势:
1、服务器采用64位CPU,500G硬盘存储,保证服务器运行速度和数据存储,可以使数据至少保存3年;
2、服务器为LINUX操作系统,彻底解决软件和Windows系统兼容问题,及Windows系统升级导致软件不能使用等问题,Hysine公司的WEBtalk-200则消除了这些外界环境的影响;
3、支持4条BACnetMS/TP总线,同时也可以根据实际需要扩展;
4、支持4000点组态软件,支持历史数据、报警、存储等功能,服务器内部存储标准组态软件,可以根据现场机组的工作原理到组态库找到相对应的组态,不需要技术人员现场制作,大大减少调试时间;
5、支持WEB浏览功能,标配支持5用户,用户可根据需要增加,分别为10用户、20用户、50用户、无限制;
6、支持报警管理,分为实时报警和历史报警查询,根据用户需求可定制短信报警、邮件报警等功能;
7、支持程序库,现场技术人员可根据现场设备原理,找到相对应的程序库,直接现在到DDC控制器中,不需要调试人员现场调试更改,降低调试风险,加快调试进度。
3.4.2DDC控制器
楼宇自控系统的控制器DDC是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器,它是一个完整的控制器,具备应有的固件及硬件,能完全独立运行,不受到网络或其它控制器故障的影响。
DDC控制器既可作为智能控制器独立运行,控制现场设备,监视现场环境,也可接入LON总线,从而成为控制网络的一部分,与其它系统实现智能集成。
以下是几种常用控制器,特作简要说明:
BCU-1666
功能和特点
输入输出特点:
16路10位分辨率通用输入,6路数字量输出,6路8位分辨率模拟量输出。
互操作性:
在MS/TP局域网上与BACnet完全兼容,通讯速度可达76.8kbps
多功能:
可编程与可独立操作,用于中央设备系统(冷冻站,热力站)空调机组以及其它控制设备。
高可靠:
4层印制板整体滤波,全部程序数据在FLASH中备份。
快速:
内部逻辑环周期仅为100毫秒。
应用和功能
Hysine的BCU-1666是一个高性能可编程的通用控制器,可用于中央设备系统,空调机组,大型末端设备或其他过程控制设备。
BCU-1666是一个自带BACnetMS/TP接口的控制器,因此不需要专用的芯片组就可紧密地集成到BACnet系统。
BCU-1666使用标准BACnet协议在一个BACnetMS/TP局域网上进行通讯,通讯速度可达76.8Kbps。
BCU-1666可作为独立的控制器使用。
它可以支持modbus通讯的液晶触摸屏,能够显示BCU-1666现场控制器的组态页面、数据并能修改其设定值和发送控制命令。
BCU-1666内置时间程序,机电设备时间控制可不需要调用电脑或是网关时间,当通讯故障时,不影响本地控制器的正常工作。
BCU-1666使用和欣控制的简单易学的编程语言──Viewlogic。
这个编程语言自带的函数库可以使你完成整个灵活的控制策略。
一个BCU-1666可以包括巨大的运算回路,这些控制回路可以控制设备的各个部分或单元。
控制器处理速度高,内部执行时间为100毫秒,可编程计时器分辨率也保持100毫秒。
10位高分辨率的通用输入,通过跳线设定为热敏电阻、干触点、4-20mA、0-10VDC的输入信号。
8位分辨率模拟量输出,通过跳线设定为4-20mA或0-10VDC输出信号。
数字输出带LED显示反映设备开关状态,单独的MS/TP局域网通讯状态指示灯。
BCU-16160
功能与特点
输入输出特点:
16路10位分辨率通用输入,16路数字量输出。
互操作性:
在MS/TP局域网上与BACnet完全兼容,通讯速度可达76.8kbps
多功能:
可编程与可独立操作,用于中央设备系统(冷冻站,热力站)空调机组以及其它控制设备。
高可靠:
4层印制板整体滤波,全部程序数据在FLASH中备份。
快速:
内部逻辑环周期仅为100毫秒。
Hysine的BCU-16160是一个高性能可编程的通用控制器,可用于中央设备系统,空调机组,大型末端设备或其他过程控制设备。
BCU-16160是一个自带BACnetMS/TP接口的控制器,因此不需要专用的芯片组就可紧密地集成到BACnet系统。
BCU-16160使用标准BACnet协议在一个BACnetMS/TP局域网上进行通讯,通讯速度可达76.8Kbps。
BCU-16160可作为独立的控制器使用。
它可以支持modbus通讯的液晶触摸屏,能够显示BCU-1666现场控制器的组态页面、数据并能修改其设定值和发送控制命令。
BCU-1666内置时间程序,机电设备时间控制可不需要调用电脑或是网关时间,当通讯故障时,不影响本地控制器的正常工作。
BCU-16160使用和欣控制的简单易学的编程语言──Viewlogic。
这个编程语言自带的函数库可以使你完成整个灵活的控制策略。
一个BCU-16160可以包括巨大的运算回路,这些控制回路可以控制设备的各个部分或单元。
控制器处理速度高,内部执行时间为100毫秒,可编程计时器分辨率也保持100毫秒。
10位高分辨率的通用输入,通过跳线设定为热敏电阻、干触点、4-20mA、0-10VDC的输入信号。
8位分辨率模拟量输出,通过跳线设定为4-20mA或0-10VDC输出信号。
数字输出带LED显示反映设备开关状态,单独的MS/TP局域网通讯状态指示灯。
除以上两种控制器,还有根据控制对象点位不同,相应的其他控制器,例如BCU-1600、BCU-843、BCU-860、BCU-940、BCU-941、BCU-630等。
3.4.3执行器及末端
✧插入式水道温度传感器
✧插入式水道压力传感器
✧插入式流量计
✧风管温度传感器
✧风管温湿度传感器
✧风道压力传感器
✧液位开关
✧压差开关
✧防冻开关
✧电流、电压、功率检测
✧电动阀及阀门执行器
✧电动风阀执行器
✧BAS其他所需设备
3.4EMS-500楼控管理平台兼容性
Hysine楼宇自控管理平台可从各层兼容其它系统,读取所需要的数据。
从上到下分为管理层、系统集成层、本地控制管理层、末端控制采集层。
管理层可通过工业标准接口OPC实现;
集成层可通过国际标准协议BACnet实现,在本层可兼容HONEYWELL-
ALERTON系统、HONEYWELL-WEBS系统、Johnson-METAXIT系统、SIEMENS-APOGEE系统等;
本地采集层可通过标准的MODBUS-RTU协议通讯。
同时本系统也可通过上述协议为对方提供数据通讯接口。
3.5与能源系统联动
楼宇自控系统可读取能源管理数据,根据预定的参数,合理分配能源、调度能源的使用,也可以给能源管理开放数据端口,由能源管理系统给各个机电设备控制信号。
根据读取到数据,可以根究医院分项做统计、对比、分析,根据分析结果给出控制建议及下发命令。
能源计量平台:
能源计量平台实现对建筑的用电量、用水量、冷热量的监测,对各个空调末端设备的能耗监测。
楼层用电量统计
楼层用水量统计
能耗分析平台:
对机电设备和区域的能耗日、周、月、季、年统计分析,通过对比分析以发现能耗环节。
能耗调度平台:
能源调度平台是节能系统的智能大脑,增加各种节能算法和能源调度管理,实现建筑节能。
3.6系统监控内容
3.6.1中央空调冷水系统
中央空调冷水系统包括门诊医技楼制冷机房整体优化、急诊楼风冷热泵系统、行政楼风冷热泵系统控制。
BAS主要监控点如下:
a.冷冻水一次供水
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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