基于物聯(lián)網(wǎng)技術的中央空調(diào)管控一體化系統(tǒng)

引言

隨著醫(yī)療技術的不斷進步和診療設備的不斷更新，現(xiàn)代醫(yī)院建筑體量逐漸趨于龐大，功能日益復雜［12在醫(yī)院建設標準和建設費用提高的同時，醫(yī)院的中央空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模也在逐年擴大，設備的管理、維護和運行調(diào)度越來越復雜，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叫根據(jù)對典型醫(yī)院的能耗統(tǒng)計結果，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"1。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)中的設備的靜態(tài)信息管理，主要是管理設備資產(chǎn)的基本信息，如型號、規(guī)格、造價、存放地點、責任人等；另一個是對系統(tǒng)中設備運行的動態(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)之間幾乎沒有關聯(lián)。但是，隨著系統(tǒng)復雜程度的提高，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，因而有重復建設的部分，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)有機結合在一起，是未來中央空調(diào)系統(tǒng)乃至整個院務保障系統(tǒng)管理的發(fā)展趨勢。近年來，物聯(lián)網(wǎng)概念的出現(xiàn)和相關技術的發(fā)展，為構建中央空調(diào)系統(tǒng)一體化管理模式奠定了基礎。

物聯(lián)網(wǎng)的概念最初來源于美國麻省理工學院(MIT)在1999年提出的網(wǎng)絡無線射頻識別(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。隨著技術和應用的發(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)這一概念的嚴格定義還存在分歧，但是，關于物聯(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，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識另叭定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。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)絡系統(tǒng)以及安裝了應用軟件的終端設備。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備識別的信息載體；而根據(jù)應用系統(tǒng)的規(guī)模，網(wǎng)絡系統(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，在不同的應用領域，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):由感知實物身份和屬性的傳感器，傳輸、存儲和處理信息的網(wǎng)絡和人與網(wǎng)絡之間的接口組成;對于中央空調(diào)系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)中的“物”指中央空調(diào)設備、末端用戶建筑和室夕卜環(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上，擴充了通過人機界面對物的狀態(tài)進行干預的功能。圖1所示是中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結構示意圖。事實上，人機界面設備、網(wǎng)絡設備探測中央空調(diào)設備、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。

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。

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

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(HistoryofDynamicAttribute):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備，例如RFID識別器，溫度、濕度傳感器和變送設備等。

網(wǎng)絡(NetWork):包括傳感器數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸與處理的介質(zhì)和設備構成的系統(tǒng)。典型網(wǎng)絡中，包括光纖、雙絞線總線、數(shù)據(jù)集抄器、數(shù)據(jù)服務器、網(wǎng)絡交換機等。

人機界面(HMI):人與物聯(lián)網(wǎng)接口的硬件設備和軟件。硬件設備可以是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)的總體功能設計，就是準確界定中央空調(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過程中采用的編碼方法以及上級信息主管部門的有關技術規(guī)范,對中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)中的實體應定義嚴格的編碼規(guī)則，以保證物聯(lián)網(wǎng)信息標識的唯一性，同時保證與未來的院務系統(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)服務軟件接口，并將其作為與物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務的基礎。

架設中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)絡硬件系統(tǒng)時，可以用中央空調(diào)機房到院務機關大樓的光纖構成物聯(lián)網(wǎng)主干數(shù)據(jù)通道;

在中央空調(diào)機房設置一臺數(shù)據(jù)庫、一臺網(wǎng)絡服務器和一臺光纖交換機(可選擇HP或IBM品牌),用于承擔中央空調(diào)系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務和網(wǎng)絡服務: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)的人機界面設計，應考慮到管理用戶的應用方便和可移植性，人機界面可采用WEB網(wǎng)頁形式,即所謂B/S的系統(tǒng)結構，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備，關鍵數(shù)據(jù)可以通過移動通信網(wǎng)絡以短信方式傳遞(考慮到通信費用)，其它數(shù)據(jù)可以在具有網(wǎng)絡信號覆蓋的地方通過局域網(wǎng)獲取。

2典型應用

通過中央空調(diào)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，管理人員不僅能隨時隨地獲取中央空調(diào)機組設備的靜態(tài)信息，也能實時遠程監(jiān)測到中央空調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài)(如冷凍水供回水溫度、流量、耗電功率等)、末端用戶熱濕狀態(tài)的分布情況以及室外環(huán)境溫度和濕度等，以便為提高中央空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)度、管理和運行水平提供依據(jù)，優(yōu)化中央空調(diào)系統(tǒng)的運行模式，進而達到節(jié)能減排的目的。

圖2所示是通過物聯(lián)網(wǎng)獲得的中央空調(diào)機組的運行狀態(tài),畫面直觀地顯示了相關設備的運行參數(shù)。

圖3所示是典型用戶的熱濕狀態(tài)分布圖，可用于反映用戶舒適度或者被滿足的程度。

3結語

本文選擇具有代表性且條件比較成熟的中央空調(diào)系統(tǒng)進行了物聯(lián)網(wǎng)的應用示范，實際應用中取得了很好的效果，這也為全面實現(xiàn)醫(yī)院院務管理物聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎。物聯(lián)網(wǎng)技術是實現(xiàn)物與物、人與物、人與人之間的信息交互技術。隨著傳感和人工智能等技術的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用將會有力地推動醫(yī)院院務管理水平的進一步提高。

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