前言

隨著科學技術的迅猛發(fā)展，自動化程度不斷提高，設備控制逐步由手動、簡單控制發(fā)展為自動、復雜聯(lián)控。開放綜合控制系統(tǒng)更是集計算機、控制、通訊、顯示為一體的高新技術產品，主要具有系統(tǒng)運行安全高度可靠、開放、整合簡單方便、集中管理、分散控制、組態(tài)方便、便于資產繼承等一系列特點。為了更大的提高工作效率、節(jié)約能源、降低人力成本，北京清華長庚醫(yī)院選用臺塑電子的FPC-CX系統(tǒng)，透過以太網與內建的遠程處理單元進行數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)對后勤設備的監(jiān)控與自動控制。

1、DCS系統(tǒng)簡介

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)，即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱之為集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)。一般由管理級設備、監(jiān)控級設備及過程級設備組成的多級控制體系，通過局域網絡連接，過程級設備從過程對象采集實時數(shù)據(jù)，按預先組態(tài)的控制策略，并接受操作人員的控制指示，對過程對象進行實時控制，操作人員通過監(jiān)控級設備對現(xiàn)場對象進行監(jiān)控和控制，并通過局域網，向過程級設備發(fā)出指令，干預過程對象的控制整個系統(tǒng)由控制級設備和過程級設備，通過通訊網絡互相連接而成。過程級設備由過程控制器、數(shù)字調節(jié)器、可編程控制器PLC等組成；監(jiān)控級設備由簡易操作站、局部操作站、監(jiān)控操作站、監(jiān)控計算機組成.

2．系統(tǒng)設計

北京清華長庚醫(yī)院引進了臺塑集團獨自研發(fā)的FPC-CX系列DCS系統(tǒng)，主要通過FL-NET控制網絡、兩條INFLAN信息網絡貫通整個系統(tǒng)。其中FL-NET主要用于工程師站、操作員站和現(xiàn)場程控站的通訊連接，INFLAN主要用于人機界面與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)對接。圖1是北京清華長庚醫(yī)院的FPC-CXDCS控制系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)有現(xiàn)場程控站11臺、通訊控制站3臺、數(shù)據(jù)庫2臺、工程師站1臺、操作員站3臺、趨勢服務器和OPC服務器各一臺。

2.1控制站介紹

FPC-CX DCS系統(tǒng)中,FCS-2000控制站采用GCS-1000型控制器，以IPU-II為核心的遠程處理I/O模塊，同時搭配多種I/O模塊，通過Ethernet傳輸方式來實現(xiàn)現(xiàn)場控制。它的I/O點位為現(xiàn)場的輸出、輸入處理設備，包括信號RS485等信號轉換。此系統(tǒng)可以在暫時不與操作站和局域網相聯(lián)的情況下，完成現(xiàn)場過程控制及與現(xiàn)場連接控制點位的確認，保證設備裝置安全運行，同時在信號變換過程中還采用了轉換技術防止來自現(xiàn)場的干擾信號。它作為整個系統(tǒng)的基礎，其可靠性和安全性最為關鍵，如現(xiàn)場出現(xiàn)服務器當機等將會嚴重影響整個系統(tǒng)的運行與監(jiān)測。

2.2 操作站介紹

操作員站和工程師站是對整個FPC-CX DCS進行離線配置、組態(tài)工作和在線系統(tǒng)監(jiān)控制、維護保養(yǎng)的網絡節(jié)點。它的主要功能是對整個FPC-CX DCS系統(tǒng)進行組態(tài)，并在系統(tǒng)在線運行時實時地監(jiān)控系統(tǒng)中各個設備的運行狀況，使工程師可以通過工程師站及時調整系統(tǒng)配置和一些系統(tǒng)參數(shù)的設定，保證整個FPC-CX DCS時時處在最優(yōu)的運行狀態(tài)，也可以說沒有系統(tǒng)組態(tài)功能不可稱之為DCS系統(tǒng)。

2.3系統(tǒng)網絡

FPC-CX DCS系統(tǒng)中，系統(tǒng)網絡分為Information-NET和FL-NET兩個層次。Information-NET是由100Mbps高速冗余以太網構成，其主要用于操作站、數(shù)據(jù)資料庫、打印機、Trend及OPC服務器等站點之間的網絡連接。FL-NET主要完成數(shù)據(jù)資料庫與控制站、操作站之間的實時數(shù)據(jù)傳輸。它是整個FPC-CX系統(tǒng)中的骨架，為了保證整個系統(tǒng)的實時性、可靠性和擴充性，其主要采用100Mbps高速雙冗余以太網運行。

3.DCS在醫(yī)院后勤鍋爐房管理中的應用

3.1監(jiān)測功能

FPC-CX DCS作為總的控制系統(tǒng)，可以對鍋爐的溫度、壓力及運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）溫度：熱水鍋爐一次、二次供回水溫度；煙道溫度、煙氣余熱回收溫度、蒸汽集氣缸溫度、脫氧器溫度等、室外外氣溫度。

（2）壓力：蒸汽鍋輸出壓力、蒸汽集氣缸壓力、熱水鍋爐一次、二次供回水壓力、水箱上下限液位等

（3）其他：水泵運行狀態(tài)及運轉頻率等。

3.2顯示功能

對于現(xiàn)場操作人員來說，各模塊功能數(shù)據(jù)的顯示至關重要。FPC-CX DCS系統(tǒng)為我們提供了各系統(tǒng)的總流程圖面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢和歷史趨勢等多動態(tài)畫面組成的動態(tài)流程圖，供值班人員監(jiān)測鍋爐的運行狀態(tài)。

（1）總流程圖：以流程圖的形式，通過圖形模擬等方式，動態(tài)顯示鍋爐運行的狀態(tài)，值班人員可直觀了解鍋爐燃燒運行的工況。

（2）控制畫面：點擊流程圖中4臺鍋爐中任何一個按鈕，可切入應急停爐操作頁面，如現(xiàn)場有單臺鍋爐警報信號輸出，則值班人員第一時間可做應急停爐處理，再行查看現(xiàn)場工況，以便提高鍋爐安全運行系數(shù)。

（3）報警畫面：用于保存記錄和查詢歷史報警記錄，

（4）實時趨勢曲線頁面：反應鍋爐運行參數(shù)在短時間內的變化走勢。操作人員可根據(jù)參數(shù)變化趨勢，對鍋爐工況進行調整，提高鍋爐工作效率，達到節(jié)能減排的目的。

（5）報表畫面：從任意畫面下方切換報表進入，報表中記錄了4臺鍋爐的運行參數(shù)，操作人員可根據(jù)需要查詢相應日期歷史數(shù)據(jù)報表，便于能耗分析。

4.DCS優(yōu)缺點分析

（1）實現(xiàn)了現(xiàn)場實時監(jiān)控

通過現(xiàn)場控制站（FCS），完成對現(xiàn)場控制點的數(shù)據(jù)采集，對醫(yī)院機電設備的整體運行狀況在操作員站（COS）上以制程畫面、數(shù)據(jù)、聲音的變化等形式體現(xiàn)出來。值班人員通過現(xiàn)場時時傳輸?shù)漠嬅妗?shù)據(jù)可以掌控現(xiàn)場設備的運行狀況，如：集水坑液位是水泵運行的主要指標，是一個非常重要的被控變量，維持水位在一定范圍內是保證排水泵正常運行的前提，集水坑內水位至高液位時，水泵自動啟動。同時中控室傳輸該點位高液位提示，并有水泵自動啟動信息橫條。提示值班人員現(xiàn)場水泵動作正常。當值班人員觀察該水泵正常運行單同時傳輸超高液位警報信息，此時應立即趕往現(xiàn)場排查原因。

（2）實現(xiàn)現(xiàn)場無人操作，節(jié)約人力需求

通過歷史報警信息的處理和分析，可監(jiān)督值班人員是否按時完成職責操作還可監(jiān)視現(xiàn)場設備有無人員進行誤操作，當發(fā)生緊急故障時，可利用時時及歷史信息記錄，對事故進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，確定事故發(fā)生原因，避免類似故障再次發(fā)生。因傳統(tǒng)設備機房均需有人值守，如：變電室、鍋爐房、制冷站、氧站等，且每機房依規(guī)模設定至少配備人力4-8人，方可滿足現(xiàn)場作業(yè)和法規(guī)需求，長庚醫(yī)院建筑面積約130,000平米，對外開放滿床位1,500床，因采用DCS系統(tǒng)，機電設備統(tǒng)一納入DCS中控室進行24小時監(jiān)控，運行值班人員僅配備人力12人（不含現(xiàn)場維修人員）亦滿足醫(yī)院運行人力需求。

（3）創(chuàng)建了分類警報系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場報警類別及嚴重程度，我們分別設置紅色為重故障，黃色為中故障，白色為輕故障，淺綠色為操作提示；這樣在方便我們操作人員通過現(xiàn)場AI/O、DI/O點位的動作對整體系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)控，提供故障發(fā)生時間、地點、設備型號及故障原因等基本信息。如當鍋爐出現(xiàn)熄火故障時，屏幕制程畫面會彈出紅色信息框，并伴隨聲音提示的方式進行故障報警，提醒值班人員及時處理，保障設備安全運行。

（4）實現(xiàn)了Time-Schedule風機定時啟停

對于間歇運行的空調系統(tǒng)，在保證使用期間滿足要求的前提下，應盡量提前空調箱的停止時間和空調箱的運行時間，這是樓宇節(jié)能的重要的手段之一，北京清華長庚醫(yī)院面積將近130000平米，空調機組共有96臺.分布在1號樓地下室、病房樓、醫(yī)技樓多個機房。通過設定7天3段式控制模式，僅此一項北京清華長庚醫(yī)院的年度空調用電節(jié)約72萬KWH，節(jié)約運行費67萬元。

（5）不足之處

    DCS的高可靠性是被實踐所證實的，但是因為現(xiàn)場傳感器故障而導致故障報警的例子也很多.所以加強現(xiàn)場設備維護，保證系統(tǒng)正常運行是關鍵。

綜上，本套DCS已在臺塑奇異、廈門長庚醫(yī)院、北京清華長庚醫(yī)院正式投運，效果良好。系統(tǒng)基本特點可以總結為：分散控制、集中操控、分級管理、靈活配置、組態(tài)靈活。FPS-CX DCS系統(tǒng)運行正常平穩(wěn)，各項功能參數(shù)按照設計全部投入自動運行，其控制精度和穩(wěn)定性能基本滿足后勤管理需求.