DCS系统在医院后勤精细化管理中的应用

前言

随着科学技术的迅猛发展，自动化程度不断提高，设备控制逐步由手动、简单控制发展为自动、复杂联控。开放综合控制系统更是集计算机、控制、通讯、显示为一体的高新技术产品，主要具有系统运行安全高度可靠、开放、整合简单方便、集中管理、分散控制、组态方便、便于资产继承等一系列特点。为了更大的提高工作效率、节约能源、降低人力成本，北京清华长庚医院选用台塑电子的FPC-CX系统，透过以太网与内建的远程处理单元进行数据通讯，实现对后勤设备的监控与自动控制。

1、DCS系统简介

DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。一般由管理级设备、监控级设备及过程级设备组成的多级控制体系，通过局域网络连接，过程级设备从过程对象采集实时数据，按预先组态的控制策略，并接受操作人员的控制指示，对过程对象进行实时控制，操作人员通过监控级设备对现场对象进行监控和控制，并通过局域网，向过程级设备发出指令，干预过程对象的控制整个系统由控制级设备和过程级设备，通过通讯网络互相连接而成。过程级设备由过程控制器、数字调节器、可编程控制器PLC等组成；监控级设备由简易操作站、局部操作站、监控操作站、监控计算机组成.

2．系统设计

北京清华长庚医院引进了台塑集团独自研发的FPC-CX系列DCS系统，主要通过FL-NET控制网络、两条INFLAN信息网络贯通整个系统。其中FL-NET主要用于工程师站、操作员站和现场程控站的通讯连接，INFLAN主要用于人机界面与数据库之间的数据对接。图1是北京清华长庚医院的FPC-CXDCS控制系统图，该系统有现场程控站11台、通讯控制站3台、数据库2台、工程师站1台、操作员站3台、趋势服务器和OPC服务器各一台。

2.1控制站介绍

FPC-CX DCS系统中,FCS-2000控制站采用GCS-1000型控制器，以IPU-II为核心的远程处理I/O模块，同时搭配多种I/O模块，通过Ethernet传输方式来实现现场控制。它的I/O点位为现场的输出、输入处理设备，包括信号RS485等信号转换。此系统可以在暂时不与操作站和局域网相联的情况下，完成现场过程控制及与现场连接控制点位的确认，保证设备装置安全运行，同时在信号变换过程中还采用了转换技术防止来自现场的干扰信号。它作为整个系统的基础，其可靠性和安全性最为关键，如现场出现服务器当机等将会严重影响整个系统的运行与监测。

2.2 操作站介绍

操作员站和工程师站是对整个FPC-CX DCS进行离线配置、组态工作和在线系统监控制、维护保养的网络节点。它的主要功能是对整个FPC-CX DCS系统进行组态，并在系统在线运行时实时地监控系统中各个设备的运行状况，使工程师可以通过工程师站及时调整系统配置和一些系统参数的设定，保证整个FPC-CX DCS时时处在最优的运行状态，也可以说没有系统组态功能不可称之为DCS系统。

2.3系统网络

FPC-CX DCS系统中，系统网络分为Information-NET和FL-NET两个层次。Information-NET是由100Mbps高速冗余以太网构成，其主要用于操作站、数据资料库、打印机、Trend及OPC服务器等站点之间的网络连接。FL-NET主要完成数据资料库与控制站、操作站之间的实时数据传输。它是整个FPC-CX系统中的骨架，为了保证整个系统的实时性、可靠性和扩充性，其主要采用100Mbps高速双冗余以太网运行。

3.DCS在医院后勤锅炉房管理中的应用

3.1监测功能

FPC-CX DCS作为总的控制系统，可以对锅炉的温度、压力及运行状态进行实时监测，主要表现在以下方面：

（1）温度：热水锅炉一次、二次供回水温度；烟道温度、烟气余热回收温度、蒸汽集气缸温度、脱氧器温度等、室外外气温度。

（2）压力：蒸汽锅输出压力、蒸汽集气缸压力、热水锅炉一次、二次供回水压力、水箱上下限液位等

（3）其他：水泵运行状态及运转频率等。

3.2显示功能

对于现场操作人员来说，各模块功能数据的显示至关重要。FPC-CX DCS系统为我们提供了各系统的总流程图面、控制画面、报警画面、实时趋势和历史趋势等多动态画面组成的动态流程图，供值班人员监测锅炉的运行状态。

（1）总流程图：以流程图的形式，通过图形模拟等方式，动态显示锅炉运行的状态，值班人员可直观了解锅炉燃烧运行的工况。

（2）控制画面：点击流程图中4台锅炉中任何一个按钮，可切入应急停炉操作页面，如现场有单台锅炉警报信号输出，则值班人员第一时间可做应急停炉处理，再行查看现场工况，以便提高锅炉安全运行系数。

（3）报警画面：用于保存记录和查询历史报警记录，

（4）实时趋势曲线页面：反应锅炉运行参数在短时间内的变化走势。操作人员可根据参数变化趋势，对锅炉工况进行调整，提高锅炉工作效率，达到节能减排的目的。

（5）报表画面：从任意画面下方切换报表进入，报表中记录了4台锅炉的运行参数，操作人员可根据需要查询相应日期历史数据报表，便于能耗分析。

4.DCS优缺点分析

（1）实现了现场实时监控

通过现场控制站（FCS），完成对现场控制点的数据采集，对医院机电设备的整体运行状况在操作员站（COS）上以制程画面、数据、声音的变化等形式体现出来。值班人员通过现场时时传输的画面、数据可以掌控现场设备的运行状况，如：集水坑液位是水泵运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持水位在一定范围内是保证排水泵正常运行的前提，集水坑内水位至高液位时，水泵自动启动。同时中控室传输该点位高液位提示，并有水泵自动启动信息横条。提示值班人员现场水泵动作正常。当值班人员观察该水泵正常运行单同时传输超高液位警报信息，此时应立即赶往现场排查原因。

（2）实现现场无人操作，节约人力需求

通过历史报警信息的处理和分析，可监督值班人员是否按时完成职责操作还可监视现场设备有无人员进行误操作，当发生紧急故障时，可利用时时及历史信息记录，对事故进行数据统计分析，确定事故发生原因，避免类似故障再次发生。因传统设备机房均需有人值守，如：变电室、锅炉房、制冷站、氧站等，且每机房依规模设定至少配备人力4-8人，方可满足现场作业和法规需求，长庚医院建筑面积约130,000平米，对外开放满床位1,500床，因采用DCS系统，机电设备统一纳入DCS中控室进行24小时监控，运行值班人员仅配备人力12人（不含现场维修人员）亦满足医院运行人力需求。

（3）创建了分类警报系统

根据现场报警类别及严重程度，我们分别设置红色为重故障，黄色为中故障，白色为轻故障，浅绿色为操作提示；这样在方便我们操作人员通过现场AI/O、DI/O点位的动作对整体系统运行状态进行监控，提供故障发生时间、地点、设备型号及故障原因等基本信息。如当锅炉出现熄火故障时，屏幕制程画面会弹出红色信息框，并伴随声音提示的方式进行故障报警，提醒值班人员及时处理，保障设备安全运行。

（4）实现了Time-Schedule风机定时启停

对于间歇运行的空调系统，在保证使用期间满足要求的前提下，应尽量提前空调箱的停止时间和空调箱的运行时间，这是楼宇节能的重要的手段之一，北京清华长庚医院面积将近130000平米，空调机组共有96台.分布在1号楼地下室、病房楼、医技楼多个机房。通过设定7天3段式控制模式，仅此一项北京清华长庚医院的年度空调用电节约72万KWH，节约运行费67万元。

（5）不足之处

    DCS的高可靠性是被实践所证实的，但是因为现场传感器故障而导致故障报警的例子也很多.所以加强现场设备维护，保证系统正常运行是关键。

综上，本套DCS已在台塑奇异、厦门长庚医院、北京清华长庚医院正式投运，效果良好。系统基本特点可以总结为：分散控制、集中操控、分级管理、灵活配置、组态灵活。FPS-CX DCS系统运行正常平稳，各项功能参数按照设计全部投入自动运行，其控制精度和稳定性能基本满足后勤管理需求.