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),通過聯(lián)網(wǎng)，對分布于監(jiān)控現(xiàn)場的區(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)行實時集中監(jiān)視和管理的專業(yè)樓宇自動化控制。本文以風(fēng)機(jī)、水泵為對象，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，最后結(jié)合智能控制器給出專業(yè)化解決方案。

    一、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)及生活等各個領(lǐng)域，同時各類設(shè)計規(guī)范對于風(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SPI、3個SCI和1個I2C接口，3個定時模塊硬件，獨立的RTC時鐘和兩個安全的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、電測儀表、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕及信號指示燈，集成了直接啟動、星三角啟動等多種控制方式。同時提供操作次數(shù)、運行時間、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。

    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，信號處理電路、4-20mA模擬量（水位）信號互感器信號采集，開關(guān)狀態(tài)采集、蜂鳴器報警電路、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)型互感器。

    2.2 控制器的功能特點

    1）電參量計量：電流、電壓、功率、功率因素及電能等。

    2）豐富的保護(hù)功能：過壓/欠壓、相序、啟動超時、過載、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)：早期報警信息（用于設(shè)備的早期維護(hù)）、帶時間戳的故障記錄、回檢故障（如發(fā)出啟動控制命令后，主回路中沒有電流）等。

    4）多種信號檢測：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。

    5）手動/自動模式：壓力、溫度、水位手動/自動交替互備運行，支持中水位一臺水泵運行，高水位兩臺水泵同時運行。

    6）集成RS485 通訊接口，Modbus-RTU通訊協(xié)議，可以實現(xiàn)設(shè)備的組網(wǎng)運行、后臺監(jiān)控等功能。

    7）集成2個獨立的定時器，具有定時啟泵功能。

    8）AC/DC電源供給。

    三、風(fēng)機(jī)控制方案

    國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集《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)計人員進(jìn)行設(shè)計，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)備升級的要求和監(jiān)控系統(tǒng)對設(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)對普通風(fēng)機(jī)與電動風(fēng)閥的聯(lián)動要求為：“所有交流電動機(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)啟動時，風(fēng)閥開啟：返回手動/自動模式至DDC，自動模式下接收DDC控制信號，運行過程中出現(xiàn)短路、過負(fù)荷故障時進(jìn)行保護(hù)，指示燈報警，且將風(fēng)機(jī)故障信號返回至控制中心。

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)計規(guī)范》(JGJ/T 16-2008)7.6.4條:“對于突然斷電比過負(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)作用于信號而不是應(yīng)切斷電路。”過負(fù)荷保護(hù)的對象有兩個:一個是消防設(shè)備,即電動機(jī)；另一個是為這些消防設(shè)備配電的線路。控制要求包括：1）當(dāng)接收到（常閉）主令信號后，允許通過控制面板、現(xiàn)場就地箱或DDC控制中心對風(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）平時運行時，如果出現(xiàn)過載、斷相等故障，則保護(hù)動作。4）當(dāng)有消防應(yīng)急信號或消防中心信號后，風(fēng)機(jī)必須啟動，運行過程中出現(xiàn)故障時只報警不脫扣，且將報警信號返回至控制中心。5）排煙280°防火閥與排煙風(fēng)機(jī)的聯(lián)動控制，排煙防火閥常開，關(guān)閉時聯(lián)鎖排煙風(fēng)機(jī)關(guān)閉,將排煙防火閥關(guān)閉信號輸出至監(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)。平時排風(fēng)換氣時，風(fēng)機(jī)低速運行，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，風(fēng)機(jī)立即轉(zhuǎn)為高速運行，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，其運行和控制質(zhì)量直接關(guān)系到相關(guān)系統(tǒng)運行的可靠性，一般在人防工程中均采用此類設(shè)計。

    四、水泵控制方案

    《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》對排水泵的控制要求：公共建筑內(nèi)應(yīng)以每個生活排水、集水池為單元設(shè)置一臺備用泵，平時宜交替運行。地下室、設(shè)備機(jī)房、車庫沖洗地面的排水，若有兩臺及兩臺以上排水泵時可不設(shè)備用泵。對于集水池應(yīng)設(shè)置水位指示裝置，必要時應(yīng)設(shè)置超警戒水位報警裝置，并將信號引至物業(yè)管理中心。同時對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。

    4.1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，面板手動控制、液位自動控制，液位高度指示、工作狀態(tài)指示、手/自動模式上傳監(jiān)控中心、自動模式兩泵交替運行。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，將二號泵備用泵切換到報警即可滿足設(shè)計要求，簡化了電氣設(shè)計。

圖3排水（污）泵一用一備控制電路圖

    4.2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來啟/停水泵，在遠(yuǎn)控模式下，接收DDC樓宇控制命令，實現(xiàn)熱系統(tǒng)的高效控制。

圖4熱水循環(huán)泵一用一備控制電路圖

    4.3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控制電路圖，智能控制器通過檢測外部的壓力信號來啟/停水泵，當(dāng)主泵出現(xiàn)過載斷相故障時，備用泵投入運行，備用泵過載只報警不脫扣。當(dāng)接收到消防應(yīng)急控制信號或消防聯(lián)動控制信號時，相應(yīng)水泵必須啟動，即使水泵已出現(xiàn)故障，運行時出現(xiàn)（過載等）故障則控制器報警。

圖5消火栓和噴淋穩(wěn)壓泵一主二備直接啟動控制電路圖

    五、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)計應(yīng)用，從設(shè)計依據(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和具體用法，并列舉了某工程項目采用智能控制器實現(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，為建筑電氣設(shè)計提供參考依據(jù)。

    參考文獻(xiàn)

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