医院能源管理中的工业以太网应用

　　摘要：文章以江苏省淮安市第一人民医院2号病房大楼太阳能热水与空调节能改造后的废热综合利用情况为例，分析研究工业以太网在医院能源管理中的应用。

　　关键词：工业以太网；能源管理

　　为了保障大型医院的正常诊疗活动，往往要消耗价值千万的能源用于满足空调、热水、餐饮、消毒、洗衣等工业需求，而大型综合医院建筑面积大，设备使用的分散性加大可靠的集中控制与管理的难度。工业以太网的应用不仅为精确控制、计量、管理能源带来技术上的可靠保障，也实现了可观的经济效益。

　　工业以太网是应用于工业控制领域的以太网技术。理论上，工业以太网与商用以太网兼容，但在实际设计时，其适用性、实时性、可靠性、抗干扰性等优势完全能满足工业现场的需要，是一种典型的工业通信网络。随着工业以太网技术的迅猛发展，将其用于能源控制系统，就可以达到能源使用过程的自动化，无需到使用现场就可以在控制室对现场的生产过程进行远程监控，通过对能源使用的精确控制，实现可靠性与经济性的无缝结合。

　　一、精确控制医院三种热源

　　江苏省淮安市第一人民医院2号病房大楼建筑面积为45000m2，设床位1000张，主体建筑高15层、局部17层。15楼顶布置太阳能集热器，有效容积20立方。太阳能集热器的补水方式为实时补水（即用即补），热水不断被冷水冲对，加之下行管线（DN150）太粗，导致热水下送时管路热损严重。同时，太阳能比冷水箱低10m，使用时热水压力不足。因此除病区热水来源主要为空调节能改造后的废热与太阳能热水外，不足部分由蒸汽供应。实际操作过程中，只有通过工业以太网来实现精确控制，将三种热源有效相结合，才可保证热水可靠、稳定经济的供应，并实现对三种热源精确计量需求。

　　（一）管路系统改造方法

　　原太阳能系统补水方式为实时补水，现通过添加两个电动阀分别控制太阳能的补水与送水以实现高温热水的充分下送，即送完后补水。另外，把原DN150管道改为DN80，并用5cm橡塑材料实现外保温，减少热水下送时的热量流失。

　　针对原系统下送压力不足问题，添加一台增压水泵（17m扬程）。为尽量减少热水下送水箱后而产生二次提压时的电能消耗，再利用一个管道电动阀，尽量把热水直接添加到使用管网中。

　　（二）控制系统改造方法

　　太阳能集热器分布在2号病房楼顶，由顶楼控制柜控制；100立方蓄能水箱位于2号病房楼地下室东部，由地下室控制柜控制；中心控制室位于地下室中部，为使三个控制地点达到可靠通讯，使用工业以太网链接。

　　顶楼控制柜主要用于控制太阳能补水与下送。热水下送完成后夜晚开始补水，当太阳能集热器液位高位时，停止补水。当集热器温度达到65℃时，病房楼高区可用水，同时热水使用系统下送许可，开排气电动阀、增压水泵、下送电动阀，水泵扬程随系统水压自动调整；当集热器温度达到65℃时，病房楼中区用水，同时热水使用系统下送许可，开排气电动阀、下送电动阀（中区用水不需要加压）；当用水时间已过，集热器还有热水，同时蓄能水箱液位许可，开水箱电动阀，把热水送到水箱中储存。

　　地下室控制柜主要用于太阳能热水的分送与计量。通过以太网通讯与控制中心联系并做判断——把热水送回水箱，还是使用管网；通过流量传感器测量热水流量；通过温度传感器测量热水温度；通过积分仪计算太阳能热值并上送控制中心用于计量。

　　控制中心通过以太网控制与显示整个系统工作状况以及计量与统计能源使用情况，并对故障分析与报警。

　　二、能源管理与工业以太网应用分析

　　（一）通讯网络结构分析

　　顶楼控制柜中欧姆龙CP1H与变频器、温度传感器、压力传感器通过DeviceNet现场数据总线相联系，把太阳能集热器中的液位、温度与下送管道中的压力信息上送CP1H的CPU单元，通过Ethernet/IP把控制中心参数的设定值和操作请求与地下室控制柜中CP1H的CPU单元中的蓄能水箱液位等信息综合处理后，控制变频器，与相关电动阀动作，并其相关状态参数上送控制中心显示。

　　地下室控制柜中欧姆龙CP1H通过A/D模块测量蓄能水箱液位，通过RS485通讯口和流量测量仪通讯读取太阳能热水流量信息，在通过Ethernet/IP把控制中心参数的设定值和操作请求发送CPU单元处理后，控制相关电动阀动作，并把其状态参数上送控制中心。

　　控制中心通过组态王6.5，实时显示整个系统相关状态；并把系统设置及操作信息，通过OPC Server发送给下位机CP1H的CPU单元。在这个通过Ethernet/IP形成通讯网络中，控制信息得以稳定、快速的传递。

　　（二）能源管理的实现

　　在淮安市第一人民医院的热水供应中，热源分散——太阳能位于2号病房楼楼顶，可利用的废热主要产于2号楼的空调系统，一高一低无法单独控制，而工业以太网的应用为相关的控制信息提供了稳定、快速的信息通道，使三种热源相互配合，热水供应得以充分保证。

　　三、结束语

　　工业以太网为医院能源管理提供了一个可靠高效的信息网络，为医院深入实时的了解水、电、气实际消耗情况分析提供科学的依据，为有效控制浪费，高效使用资源创建良好的信息平台。

　　参考文献

　　［1］杨帆，张彩丽．一种通用远程监控软件的设计与实现［J］．计算机测量与控制，2006，14（10）：1417－1419

　　［2］王淼，赵双喜．太阳能并网系统的远程监控软件［J］．电气技术，2008，12：46－49

　　［3］沈骅.既有建筑中太阳能热水系统利用的研究［D］.浙江工业大学，2009

　　文|李建刚 李公平