中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷進(jìn)步和診療設(shè)備的不斷更新，現(xiàn)代醫(yī)院建筑體量逐漸趨于龐大，功能日益復(fù)雜。在醫(yī)院建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)費用提高的同時，醫(yī)院的中央空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模也在逐年擴大，設(shè)備的管理、維護和運行調(diào)度越來越復(fù)雜，而更大的挑戰(zhàn)則是系統(tǒng)的能耗在不斷上升。管理的復(fù)雜性和能耗的增加不僅使醫(yī)院日常支出增大，醫(yī)療費用增加，而且使目前衛(wèi)生保健資金投入與產(chǎn)出之間的差距越來越大。根據(jù)對典型醫(yī)院的能耗統(tǒng)計結(jié)果，大、中型醫(yī)院建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)用電占醫(yī)院全年用電的50%以上。因此，做好醫(yī)院中央空調(diào)系統(tǒng)的管理和運行調(diào)度，是提高醫(yī)院管理水平、降低醫(yī)療成本的重要手段之一。

　　中央空調(diào)系統(tǒng)的管理主要包括兩個方面的內(nèi)容：一個是對系統(tǒng)中的設(shè)備的靜態(tài)信息管理，主要是管理設(shè)備資產(chǎn)的基本信息，如型號、規(guī)格、造價、存放地點、責(zé)任人等;另一個是對系統(tǒng)中設(shè)備運行的動態(tài)信息管理，例如冷水機組的供回水溫度、水泵、風(fēng)機和壓縮機的電壓、電流和功率等。系統(tǒng)針對前者建立的是管理信息系統(tǒng)，而針對后者則是建立運行管理系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)之間幾乎沒有關(guān)聯(lián)。但是，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，這種管理模式的弊端就凸現(xiàn)出來。首先是兩個系統(tǒng)存在相互重疊的內(nèi)容，因而有重復(fù)建設(shè)的部分，這不但浪費了人力和物力資源，而且要同時維護兩個不同的系統(tǒng)，也提高了管理成本。其次是兩個管理系統(tǒng)的存在信息不同步，甚至是信息偏差的問題，這樣，當(dāng)系統(tǒng)的規(guī)模越來越大時，管理效率將會越來越低。因此，將靜態(tài)信息管理和動態(tài)信息管理系統(tǒng)有機結(jié)合在一起，是未來中央空調(diào)系統(tǒng)乃至整個院務(wù)保障系統(tǒng)管理的發(fā)展趨勢。近年來，物聯(lián)網(wǎng)概念的出現(xiàn)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，為構(gòu)建中央空調(diào)系統(tǒng)一體化管理模式奠定了基礎(chǔ)。

　　物聯(lián)網(wǎng)的概念最初來源于美國麻省理工學(xué)院（MIT）在1999年提出的網(wǎng)絡(luò)無線射頻識別（RFID）系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已發(fā)生了較大變化。雖然物聯(lián)網(wǎng)這一概念的嚴(yán)格定義還存在分歧，但是，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的基本特征是非常明確的。物聯(lián)網(wǎng)就是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)實際上是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴展。它包含了三個基本的要素，搭載在物品上的傳感器、用于傳輸和存儲信息的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及安裝了應(yīng)用軟件的終端設(shè)備。傳感器可以是條形碼、RFID卡、電量表、溫度傳感器，也可以是其它能夠用設(shè)備識別的信息載體;而根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以是局域網(wǎng)（LAN），也可以是廣域網(wǎng)（WAN），可以是有線網(wǎng)，也可以是無線網(wǎng)或各種總線及其綜合系統(tǒng);終端設(shè)備可以是PC、PDA，甚至是手機。利用物聯(lián)網(wǎng)的這些特征，可以建立起包括中央空調(diào)機組、空調(diào)用戶及室外環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)的管控一體化，達(dá)到高效管理和節(jié)能運行的目的。

　　1 中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計

　　1.1 工作范圍定義

　　由于物聯(lián)網(wǎng)目前還是一個寬泛的概念，因此，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其外延還需要具體的定義。針對中央空調(diào)系統(tǒng)的特點，本文采用以下術(shù)語來規(guī)定工作范圍。

　?。?）中央空調(diào)系統(tǒng)：由中央空調(diào)機房設(shè)備、末端用戶和室外環(huán)境組成。根據(jù)室外環(huán)境的條件，管理人員可以通過物聯(lián)網(wǎng)的人機界面調(diào)度中央空調(diào)機房設(shè)備，使末端用戶的熱濕狀態(tài)滿足用戶的要求。

　?。?）物聯(lián)網(wǎng)（IOT）：由感知實物身份和屙陛的傳感器，傳輸、存儲和處理信息的網(wǎng)絡(luò)和人與網(wǎng)絡(luò)之間的接口組成;對于中央空調(diào)系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)中的“物” 指中央空調(diào)設(shè)備、末端用戶建筑和室外環(huán)境;感知屬性的傳感器則指壓力、溫度、濕度、電流、電壓及功率傳感器等。與以往的物聯(lián)網(wǎng)相比，這里在物聯(lián)網(wǎng)具備感知能力的基礎(chǔ)上，擴充了通過人機界面對物的狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)的功能。圖1所示是中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。事實上，人機界面設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備探測中央空調(diào)設(shè)備、末端用戶建筑和室外環(huán)境狀態(tài)的傳感器均屬于中央空調(diào)機組的物聯(lián)網(wǎng)范圍。

　　圖1　中央空調(diào)機組物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

　?。?）實體（EnTIty）：指物聯(lián)網(wǎng)中的具體實物，例如中央空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機、水泵、冷卻塔等。

　　（4）身份（ID）：物聯(lián)網(wǎng)中實體的唯一標(biāo)識碼，是物聯(lián)網(wǎng)中最重要的標(biāo)識信息。

　?。?）屬性（Attribute）：屬性是描述實體的狀態(tài)信息，其中包括靜態(tài)（StaTIc）屬性和動態(tài)（Dynamic）屬性。靜態(tài)屬性不隨時間變化，例如一臺水泵的尺寸、重量等;而動態(tài)屬性則包括其排量、壓頭及功耗等隨時間變化的屬性。

　?。?）歷史（History of Dynamic Attribute）：某時段不同時刻動態(tài)屬性的集合，例如一天內(nèi)空調(diào)機組出水溫度的變化過程就是該動態(tài)屬性的歷史。

　?。?）傳感器（Sensor）：主要是感知實體屬性的設(shè)備，例如RFID識別器，溫度、濕度傳感器和變送設(shè)備等。

　?。?）網(wǎng)絡(luò)（Net Work）：包括傳感器數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸與處理的介質(zhì)和設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)。典型網(wǎng)絡(luò)中，包括光纖、雙絞線總線、數(shù)據(jù)集抄器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機等。

　　（9）人機界面（HMI）：人與物聯(lián)網(wǎng)接口的硬件設(shè)備和軟件。硬件設(shè)備可以是PC、PDA，甚至是手機，軟件則是根據(jù)接口要求所開發(fā)的各類軟件，例如WEB頁面、工控組態(tài)軟件等。

　　1.2 方案實施步驟

　　所謂中央空調(diào)系統(tǒng)機房物聯(lián)網(wǎng)的總體功能設(shè)計，就是準(zhǔn)確界定中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所涵蓋的范圍、系統(tǒng)邊界、系統(tǒng)功能以及與上層或外部物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的信息接口方法。

　　中央空調(diào)系統(tǒng)實體的編碼規(guī)則可參照以往信息化建設(shè)過程中采用的編碼方法以及上級信息主管部門的有關(guān)技術(shù)規(guī)范，對中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中的實體應(yīng)定義嚴(yán)格的編碼規(guī)則，以保證物聯(lián)網(wǎng)信息標(biāo)識的唯一性，同時保證與未來的院務(wù)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)編碼兼容。

　　中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)系統(tǒng)要建立中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中實體的動態(tài)屬性分布式數(shù)據(jù)庫（如溫度、濕度、流量、功耗等）及數(shù)據(jù)服務(wù)軟件接口，并將其作為與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)。

　　架設(shè)中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)時，可以用中央空調(diào)機房到院務(wù)機關(guān)大樓的光纖構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)主干數(shù)據(jù)通道;在中央空調(diào)機房設(shè)置一臺數(shù)據(jù)庫、一臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和一臺光纖交換機（可選擇HP或IBM品牌），用于承擔(dān)中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù);而在營房科安裝無線路由，則便于移動終端的接入。

　　中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的人機界面設(shè)計，應(yīng)考慮到管理用戶的應(yīng)用方便和可移植性，人機界面可采用WEB網(wǎng)頁形式，即所謂B/S的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，管理用戶可以采用普通的網(wǎng)頁瀏覽器來瀏覽所需要的中央空調(diào)系統(tǒng)的狀態(tài)信息。

　　中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)移動終端軟件可采用基于開放的Android平臺的手機來作為移動終端設(shè)備，關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以通過移動通信網(wǎng)絡(luò)以短信方式傳遞（考慮到通信費用），其它數(shù)據(jù)可以在具有網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的地方通過局域網(wǎng)獲取。