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供稿︰中國工控網 2018/8/8 9:56:44

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  • 關鍵詞︰ DCS 醫院精細化管理
  • 摘要︰本文在詳細介紹我院後勤機電運行模式的基礎上,結合台塑集團在醫院後勤設備控制運行的經驗,通過以FPC-CX DCS的軟、硬件為DCS系統資源,對其在醫院後勤管理系統中的應用及控制特性進行了探索、優化和完善,得出系統具有良好的穩定性、實時性、兼容性等特性。

前言

隨著科學技術的迅猛發展,自動化程度不斷提高,設備控制逐步由手動、簡單控制發展為自動、復雜聯控。開放綜合控制系統更是集計算機、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、節約能源、降低人力成本,北京清華長庚醫院選用台塑電子的FPC-CX系統,透過以太網與內建的遠程處理單元進行數據通訊,實現對後勤設備的監控與自動控制。

1、DCS系統簡介

DCS是分布式控制系統的英文縮寫(Distributed Control System),在國內自控行業又稱之為集散控制系統,即所謂的分布式控制系統,或在有些資料中稱之為集散系統,是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統。一般由管理級設備、監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據,按預先組態的控制策略,並接受操作人員的控制指示,對過程對象進行實時控制,操作人員通過監控級設備對現場對象進行監控和控制,並通過局域網,向過程級設備發出指令,干預過程對象的控制整個系統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、數字調節器、可編程控制器PLC等組成;監控級設備由簡易操作站、局部操作站、監控操作站、監控計算機組成.

2.系統設計

北京清華長庚醫院引進了台塑集團獨自研發的FPC-CX系列DCS系統,主要通過FL-NET控制網絡、兩條INFLAN信息網絡貫通整個系統。其中FL-NET主要用于工程師站、操作員站和現場程控站的通訊連接,INFLAN主要用于人機界面與數據庫之間的數據對接。圖1是北京清華長庚醫院的FPC-CXDCS控制系統圖,該系統有現場程控站11台、通訊控制站3台、數據庫2台、工程師站1台、操作員站3台、趨勢服務器和OPC服務器各一台。

2.1控制站介紹

FPC-CX DCS系統中,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傳輸方式來實現現場控制。它的I/O點位為現場的輸出、輸入處理設備,包括信號RS485等信號轉換。此系統可以在暫時不與操作站和局域網相聯的情況下,完成現場過程控制及與現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場的干擾信號。它作為整個系統的基。 淇煽啃院桶踩 宰釵 せ,如現場出現服務器當機等將會嚴重影響整個系統的運行與監測。

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、組態工作和在線系統監控制、維護保養的網絡節點。它的主要功能是對整個FPC-CX DCS系統進行組態,並在系統在線運行時實時地監控系統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配置和一些系統參數的設定,保證整個FPC-CX DCS時時處在最優的運行狀態,也可以說沒有系統組態功能不可稱之為DCS系統。

2.3系統網絡

FPC-CX DCS系統中,系統網絡分為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、數據資料庫、打印機、Trend及OPC服務器等站點之間的網絡連接。FL-NET主要完成數據資料庫與控制站、操作站之間的實時數據傳輸。它是整個FPC-CX系統中的骨架,為了保證整個系統的實時性、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在醫院後勤鍋爐房管理中的應用

3.1監測功能

FPC-CX DCS作為總的控制系統,可以對鍋爐的溫度、壓力及運行狀態進行實時監測,主要表現在以下方面︰

(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︰水泵運行狀態及運轉頻率等。

3.2顯示功能

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

(1)總流程圖︰以流程圖的形式,通過圖形模擬等方式,動態顯示鍋爐運行的狀態,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台鍋爐中任何一個按鈕,可切入應急停爐操作頁面,如現場有單台鍋爐警報信號輸出,則值班人員第一時間可做應急停爐處理,再行查看現場工況,以便提高鍋爐安全運行系數。

(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︰反應鍋爐運行參數在短時間內的變化走勢。操作人員可根據參數變化趨勢,對鍋爐工況進行調整,提高鍋爐工作效率,達到節能減排的目的。

(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台鍋爐的運行參數,操作人員可根據需要查詢相應日期歷史數據報表,便于能耗分析。

4.DCS優缺點分析

(1)實現了現場實時監控

通過現場控制站(FCS),完成對現場控制點的數據采集,對醫院機電設備的整體運行狀況在操作員站(COS)上以制程畫面、數據、聲音的變化等形式體現出來。值班人員通過現場時時傳輸的畫面、數據可以掌控現場設備的運行狀況,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,維持水位在一定範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,並有水泵自動啟動信息橫條。提示值班人員現場水泵動作正常。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,此時應立即趕往現場排查原因。

(2)實現現場無人操作,節約人力需求

通過歷史報警信息的處理和分析,可監督值班人員是否按時完成職責操作還可監視現場設備有無人員進行誤操作,當發生緊急故障時,可利用時時及歷史信息記錄,對事故進行數據統計分析,確定事故發生原因,避免類似故障再次發生。因傳統設備機房均需有人值守,如︰變電室、鍋爐房、制冷站、氧站等,且每機房依規模設定至少配備人力4-8人,方可滿足現場作業和法規需求,長庚醫院建築面積約130,000平米,對外開放滿床位1,500床,因采用DCS系統,機電設備統一納入DCS中控室進行24小時監控,運行值班人員僅配備人力12人(不含現場維修人員)亦滿足醫院運行人力需求。

(3)創建了分類警報系統

根據現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場AI/O、DI/O點位的動作對整體系統運行狀態進行監控,提供故障發生時間、地點、設備型號及故障原因等基本信息。如當鍋爐出現熄火故障時,屏幕制程畫面會彈出紅色信息框,並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)實現了Time-Schedule風機定時啟停

對于間歇運行的空調系統,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,這是樓宇節能的重要的手段之一,北京清華長庚醫院面積將近130000平米,空調機組共有96台.分布在1號樓地下室、病房樓、醫技樓多個機房。通過設定7天3段式控制模式,僅此一項北京清華長庚醫院的年度空調用電節約72萬KWH,節約運行費67萬元。

(5)不足之處

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

綜上,本套DCS已在台塑奇異、廈門長庚醫院、北京清華長庚醫院正式投運,效果良好。系統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、組態靈活。FPS-CX DCS系統運行正常平穩,各項功能參數按照設計全部投入自動運行,其控制精度和穩定性能基本滿足後勤管理需求.

審核編輯(王靜)
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