智能控制器在風(fēng)機(jī)及水泵中的應(yīng)用

凌曉杰1  陸偉青2

（1.浙江省超維建筑設(shè)計(jì)院  浙江杭州 310011 )

（2.安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定  201801）

摘要：隨著建筑行業(yè)快速發(fā)展，BA設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),通過(guò)聯(lián)網(wǎng)，對(duì)分布于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的區(qū)域智能分站(即DDC)與各種特定的末端設(shè)備進(jìn)行連接，對(duì)建筑內(nèi)的各種用電設(shè)備（如送排風(fēng)風(fēng)機(jī)、給排水、電梯、照明等）進(jìn)行實(shí)時(shí)集中監(jiān)視和管理的樓宇自動(dòng)化控制。本文以風(fēng)機(jī)、水泵為對(duì)象，結(jié)合建筑行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，介紹了風(fēng)機(jī)水泵的工作原理和控制要求，zui后結(jié)合智能控制器給出化解決方案。

關(guān)鍵詞：BA設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 消防 風(fēng)機(jī) 水泵 智能控制器 

一、引言

    風(fēng)機(jī)、水泵是一種通用類(lèi)機(jī)械，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活等各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)各類(lèi)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵在建筑領(lǐng)域不同場(chǎng)合下的控制保護(hù)也有相應(yīng)的具體要求。隨著建筑行業(yè)快速發(fā)展，樓宇自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（BAS，Build Automatic Monitor System）也普遍應(yīng)用于樓宇和大型公共建筑建設(shè)項(xiàng)目中。

二、智能控制器

    智能控制器采用Freescale公司推出的32位ColdFire V1 內(nèi)核MCF51EM256的處理器作為控制核心，4路16位SAR型ADC，3個(gè)SPI、3個(gè)SCI和1個(gè)I2C接口，3個(gè)定時(shí)模塊硬件，獨(dú)立的RTC時(shí)鐘和兩個(gè)安全的FLASH內(nèi)存，豐富的GPIO口，豐富的CPU片山資源保證了模塊的可靠性和先進(jìn)性。

    控制器集測(cè)量、保護(hù)、控制、總線通訊為一體，取代了原有用分列元件配置的各種保護(hù)繼電器、電測(cè)儀表、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、按鈕及信號(hào)指示燈，集成了直接啟動(dòng)、星三角啟動(dòng)等多種控制方式。同時(shí)提供操作次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、跳閘事件等重要管理信息的記錄，總線通信功能可以同管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程控制，提高了樓宇智能化水平，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的控制柜設(shè)計(jì)。

2.1 控制器的結(jié)構(gòu)

    控制器主要由顯示控制主體、互感器組成。顯示控制主體由控制面板、人機(jī)交互界面，信號(hào)處理電路、4-20mA模擬量（水位）信號(hào)互感器信號(hào)采集，開(kāi)關(guān)狀態(tài)采集、蜂鳴器報(bào)警電路、繼電器執(zhí)行輸出機(jī)構(gòu)組成?；ジ衅鞑捎萌灰惑w組合式結(jié)構(gòu)，5P10保護(hù)型互感器。

2.2 控制器的功能特點(diǎn)

1）電參量計(jì)量：電流、電壓、功率、功率因素及電能等。

2）豐富的保護(hù)功能：過(guò)壓/欠壓、相序、啟動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、欠載（干轉(zhuǎn)）、短路、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)/阻塞、外部故障等。

3）豐富的診斷數(shù)據(jù)：早期報(bào)警信息（用于設(shè)備的早期維護(hù)）、帶時(shí)間戳的故障記錄、回檢故障（如發(fā)出啟動(dòng)控制命令后，主回路中沒(méi)有電流）等。

4）多種信號(hào)檢測(cè)：浮球式液位傳感器、干簧式液位傳感器、4-20mA液位變送器、壓力、溫度等信號(hào)。

5）手動(dòng)/自動(dòng)模式：壓力、溫度、水位手動(dòng)/自動(dòng)交替互備運(yùn)行，支持中水位一臺(tái)水泵運(yùn)行，高水位兩臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行。

6）集成RS485 通訊接口，Modbus-RTU通訊協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的組網(wǎng)運(yùn)行、后臺(tái)監(jiān)控等功能。

7）集成2個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器，具有定時(shí)啟泵功能。

8）AC/DC電源供給。

三、風(fēng)機(jī)控制方案

    國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《常用電機(jī)控制電路》（10D303-2）收集了建筑中常用風(fēng)機(jī)的控制電路，羅列了排煙風(fēng)機(jī)、兩用單速風(fēng)機(jī)、排風(fēng)兼排煙兩用雙速風(fēng)機(jī)等幾種方案，方便電氣設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了工作效率。但隨著建筑節(jié)能要求和建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的推出，采用原來(lái)圖集分立元件方式的控制方案已無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)備升級(jí)的要求和監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備監(jiān)控內(nèi)容的需求。

3.1 普通風(fēng)機(jī)控制原理

    標(biāo)準(zhǔn)對(duì)普通風(fēng)機(jī)與電動(dòng)風(fēng)閥的聯(lián)動(dòng)要求為：“所有交流電動(dòng)機(jī)均應(yīng)裝設(shè)相間短路、接地故障保護(hù)，并根據(jù)具體情況分別裝設(shè)過(guò)載、斷相及低電壓保護(hù)”。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)閥開(kāi)啟：返回手動(dòng)/自動(dòng)模式至DDC，自動(dòng)模式下接收DDC控制信號(hào)，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)短路、過(guò)負(fù)荷故障時(shí)進(jìn)行保護(hù)，指示燈報(bào)警，且將風(fēng)機(jī)故障信號(hào)返回至控制中心。

     圖1 普通風(fēng)機(jī)控制電路圖

3.2 排風(fēng)兼排煙兩用風(fēng)機(jī)控制原理

   《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ/T 16-2008)7.6.4條:“對(duì)于突然斷電比過(guò)負(fù)荷造成的損失更大的線路,該線路的過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)作用于信號(hào)而不是應(yīng)切斷電路。”過(guò)負(fù)荷保護(hù)的對(duì)象有兩個(gè):一個(gè)是消防設(shè)備,即電動(dòng)機(jī)；另一個(gè)是為這些消防設(shè)備配電的線路?？刂埔蟀ǎ?）當(dāng)接收到（常閉）主令信號(hào)后，允許通過(guò)控制面板、現(xiàn)場(chǎng)就地箱或DDC控制中心對(duì)風(fēng)機(jī)啟/停控制。2）三地控制權(quán)限由控制面板選擇決定。3）平時(shí)運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)過(guò)載、斷相等故障，則保護(hù)動(dòng)作。4）當(dāng)有消防應(yīng)急信號(hào)或消防中心信號(hào)后，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障時(shí)只報(bào)警不脫扣，且將報(bào)警信號(hào)返回至控制中心。5）排煙280°防火閥與排煙風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制，排煙防火閥常開(kāi)，關(guān)閉時(shí)聯(lián)鎖排煙風(fēng)機(jī)關(guān)閉,將排煙防火閥關(guān)閉信號(hào)輸出至監(jiān)控中心。圖2排風(fēng)兼排煙兩用風(fēng)機(jī)控制電路圖

    排風(fēng)和消防合用系統(tǒng)中廣泛采用雙速電機(jī)。平時(shí)排風(fēng)換氣時(shí)，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，風(fēng)機(jī)立即轉(zhuǎn)為高速運(yùn)行，作為排煙風(fēng)機(jī)使用，控制原理類(lèi)同于兩用風(fēng)機(jī)。雙速風(fēng)機(jī)是通風(fēng)和消防系統(tǒng)的重要設(shè)備，其運(yùn)行和控制質(zhì)量直接關(guān)系到相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，一般在人防工程中均采用此類(lèi)設(shè)計(jì)。

                                          圖2排風(fēng)兼排煙兩用風(fēng)機(jī)控制電路圖

四、水泵控制方案

    《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》對(duì)排水泵的控制要求：公共建筑內(nèi)應(yīng)以每個(gè)生活排水、集水池為單元設(shè)置一臺(tái)備用泵，平時(shí)宜交替運(yùn)行。地下室、設(shè)備機(jī)房、車(chē)庫(kù)沖洗地面的排水，若有兩臺(tái)及兩臺(tái)以上排水泵時(shí)可不設(shè)備用泵。對(duì)于集水池應(yīng)設(shè)置水位指示裝置，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置超警戒水位報(bào)警裝置，并將信號(hào)引至物業(yè)管理中心。同時(shí)對(duì)于下列四類(lèi)建筑物應(yīng)采取消防排水措施：消防水泵房 、設(shè)有消防給水系統(tǒng)的地下室、消防電梯的井底、倉(cāng)庫(kù)。 

3.1排水（污）泵一用一備控制

    圖3為排水（污）泵一用一備控制電路圖，面板手動(dòng)控制、液位自動(dòng)控制，液位高度指示、工作狀態(tài)指示、手/自動(dòng)模式上傳監(jiān)控中心、自動(dòng)模式兩泵交替運(yùn)行。如工作在消防排水模式，僅需通過(guò)菜單選擇一主二備工作模式，將二號(hào)泵備用泵切換到報(bào)警即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，簡(jiǎn)化了電氣設(shè)計(jì)。

                                         圖3排水（污）泵一用一備控制電路圖

3.2熱水循環(huán)泵一用一備控制

    圖4為熱水循環(huán)泵一用一備控制電路圖，智能控制器通過(guò)檢測(cè)外部的溫度信號(hào)來(lái)啟/停水泵，在遠(yuǎn)控模式下，接收DDC樓宇控制命令，實(shí)現(xiàn)熱系統(tǒng)的控制。

                                    圖4熱水循環(huán)泵一用一備控制電路圖

3.3消火栓和噴淋穩(wěn)壓泵控制原理

    圖5為消火栓和噴淋穩(wěn)壓泵一主二備直接啟動(dòng)控制電路圖，智能控制器通過(guò)檢測(cè)外部的壓力信號(hào)來(lái)啟/停水泵，當(dāng)主泵出現(xiàn)過(guò)載斷相故障時(shí)，備用泵投入運(yùn)行，備用泵過(guò)載只報(bào)警不脫扣。當(dāng)接收到消防應(yīng)急控制信號(hào)或消防聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)時(shí)，相應(yīng)水泵啟動(dòng)，即使水泵已出現(xiàn)故障，運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)（過(guò)載等）故障則控制器報(bào)警。

                                    圖5消火栓和噴淋穩(wěn)壓泵一主二備直接啟動(dòng)控制電路圖

五、結(jié)束語(yǔ)

本文就建筑中風(fēng)機(jī)、水泵設(shè)備監(jiān)控的設(shè)計(jì)應(yīng)用，從設(shè)計(jì)依據(jù)、控制原理、保護(hù)依據(jù)等諸多方面進(jìn)行分析探討，討論了ARD智能控制器的功能特點(diǎn)和具體用法，并列舉了某工程項(xiàng)目采用智能控制器實(shí)現(xiàn)的電氣接線圖，有利于建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為建筑電氣設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

文章來(lái)源：《智能建筑電氣技術(shù)》2015年6期。

參考文獻(xiàn)

【1】中華人民共和國(guó)建設(shè)部.民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范( JGJ 16－2008 )【S】. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

【2】中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（JGJ/T 334-2014）【S】. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

【3】中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（GB50974-2014）【S】. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

【4】中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50015-2003）【S】. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社出版，2010.

【5】住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院編.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施：給水排水【M】. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社出版 2009.

【6】中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院 編. 常用電機(jī)控制電路圖（10D303-2~3）【M】. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社出版，2010.

【7】李炳華. 淺談建筑電氣新技術(shù)的應(yīng)用【J】.智能建筑電氣技術(shù)，2010（6）