凌曉杰/陸偉青(.浙江省超維建筑設(shè)計(jì)院，浙江杭州300；.安科瑞電氣股份有限公司，上海080)

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201801)

0 引言

風(fēng)機(jī)、水泵是一種通用類機(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項(xiàng)目中。

1 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FLASH內(nèi)存，豐富的GPIO口和CPU片山資源保證了模塊的可靠性和先進(jìn)性。

控制器集測量、保護(hù)、控制及總線通訊為一體，取代了原有用分列元件配置的各種保護(hù)繼電器、電測儀表、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕及信號(hào)指示燈，集成了直接啟動(dòng)、星三角啟動(dòng)等多種啟動(dòng)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，簡化了傳統(tǒng)的控制柜設(shè)計(jì)。

1.1 控制器的結(jié)構(gòu)

控制器主要由顯示控制主體和互感器組成。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、開關(guān)狀態(tài)采集、蜂鳴器報(bào)警電路及繼電器執(zhí)行輸出機(jī)構(gòu)組成。互感器采用三位一體組合式結(jié)構(gòu)，5P10保護(hù)型。

1.2 控制器的功能特點(diǎn)

1)電參量計(jì)量:電流、電壓、功率、功率因數(shù)及電能等。

2)豐富的保護(hù)功能:過壓/欠壓、相序、啟動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、過載、欠載 (干轉(zhuǎn))、短路、堵轉(zhuǎn)/阻塞、接地/漏電、外部故障保護(hù)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，主回路中沒有電流)等。

4)多種信號(hào)檢測: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。

2 風(fēng)機(jī)控制方案

國家標(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，采用原來圖集分立元件方式的控制方案已無法滿足設(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。

2.1 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)過載、斷相及低電壓保護(hù)”。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，風(fēng)閥開啟；返回手動(dòng)/自動(dòng)模式信號(hào)至DDC，自動(dòng)模式下接收DDC控制信號(hào)；運(yùn)行過程中出現(xiàn)短路、過負(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為普通風(fēng)機(jī)控制電路圖。

圖1 普通風(fēng)機(jī)控制電路圖

2.2 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)于突然斷電比過負(fù)荷造成的損失更大的線路，該線路的過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)作用于信號(hào)而不應(yīng)切斷電路?！边^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?1)當(dāng)接收到 (常閉)主令信號(hào)后，允許通過控制面板、現(xiàn)場就地箱或DDC控制中心對(duì)風(fēng)機(jī)啟/?？刂?。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)必須啟動(dòng)，運(yùn)行過程中出現(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)聯(lián)動(dòng)控制，排煙防火閥常開，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為排風(fēng)兼排煙兩用風(fēng)機(jī)控制電路圖。

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設(shè)計(jì)。

3 水泵控制方案

《全國民用建筑工程設(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、車庫沖洗地面的排水，若有兩臺(tái)及兩臺(tái)以上排水泵時(shí)可不設(shè)置備用泵。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、倉庫。

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，僅需通過菜單選擇一主二備工作模式，將二號(hào)備用泵切換到報(bào)警即可滿足設(shè)計(jì)要求，簡化了電氣設(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，智能控制器通過檢測外部的溫度信號(hào)來啟/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)的高效控制。

3.3 消火栓和噴淋穩(wěn)壓泵控制

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，智能控制器通過檢測外部的壓力信號(hào)來啟/停水泵，當(dāng)主泵出現(xiàn)過載斷相故障時(shí)，備用泵投入運(yùn)行，備用泵過載只報(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)水泵必須啟動(dòng)，即使水泵已出現(xiàn)故障，運(yùn)行時(shí)出現(xiàn) (過載等)故障則控制器報(bào)警。

圖4 熱水循環(huán)泵一用一備控制電路圖

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

4 結(jié)束語

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)。

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

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(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:中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 (GB 50974-2014)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(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，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院編.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施:給水排水[M].北京:中國計(jì)劃出版社出版，2009.

[6] 中國建筑標(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).

Application of Intelligent Controller in the Wind Turbine and Pump

Ling Xiaojie/Lu Weiqing

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，BA設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)，與監(jiān)控現(xiàn)場的區(qū)域智能分站 (即DDC)及各種特定的末端設(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)、電梯、照明、給排水等)進(jìn)行實(shí)時(shí)集中監(jiān)視和管理。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)，介紹風(fēng)機(jī)、水泵的工作原理和控制要求，結(jié)合智能控制器給出專業(yè)化解決方案。

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

With the rapid development of the architecture industry，the BA equipment monitoring system connected with the regional intelligence substation(DDC)and various specific terminal equipment in the monitoring scene by network，a variety of electrical equipments(such as air exhaust fan，elevators，lighting，water supply and drainage，etc.) within the building are constantly monitored and managed.Combined with the application of the construction industry standard，the working principle and control requirements of wind turbine and water pump are introduced，the professional solution with the intelligent controller are given.

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