智能控制器在风机及水泵中的应用

安科瑞 周菁

江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴

摘要

    随着建筑行业快速发展，BA设备监控系统,通过联网，对分布于监控现场的区域智能分站(即DDC)与各种特定的末端设备进行连接，对建筑内的各种用电设备（如送排风风机、给排水、电梯、照明等）进行实时集中监视和管理的楼宇自动化控制。本文以风机、水泵为对象，结合建筑行业应用标准，介绍了风机水泵的工作原理和控制要求，后结合智能控制器给出化解决方案。

关键词：BA设备监控系统 消防 风机 水泵 智能控制器  

一、引言

风机、水泵是一种通用类机械，广泛应用于工业、农业及生活等各个领域，同时各类设计规范对于风机、水泵在建筑领域不同场合下的控制保护也有相应的具体要求。随着建筑行业快速发展，楼宇自动监控系统（BAS，Build Automatic Monitor System）也普遍应用于楼宇和大型公共建筑建设项目中。

二、智能控制器

智能控制器采用Freescale公司推出的32位ColdFire V1 内核MCF51EM256的处理器作为控制核心，4路16位SAR型ADC，3个SPI、3个SCI和1个I2C接口，3个定时模块硬件，独立的RTC时钟和两个安全的FLASH内存，丰富的GPIO口，丰富的CPU片山资源保证了模块的可靠性和性。

控制器集测量、保护、控制、总线通讯为一体，取代了原有用分列元件配置的各种保护继电器、电测仪表、转换开关、按钮及信号指示灯，集成了直接启动、星三角启动等多种控制方式。同时提供操作次数、运行时间、跳闸事件等重要管理信息的记录，总线通信功能可以同管理系统进行数据交换和远程控制，提高了楼宇智能化水平，简化了传统的控制柜设计。 

2.1 控制器的结构

    控制器主要由显示控制主体、互感器组成。显示控制主体由控制面板、人机交互界面，信号处理电路、4-20mA模拟量（水位）信号互感器信号采集，开关状态采集、蜂鸣器报警电路、继电器执行输出机构组成。互感器采用三位一体组合式结构，5P10保护型互感器。

2.2 控制器的功能特点

1）电参量计量：电流、电压、功率、功率因素及电能等。

2）丰富的保护功能：过压/欠压、相序、启动超时、过载、欠载（干转）、短路、接地/漏电、堵转/阻塞、外部故障等。

3）丰富的诊断数据：早期报警信息（用于设备的早期维护）、带时间戳的故障记录、回检故障（如发出启动控制命令后，主回路中没有电流）等。

4）多种信号检测：浮球式液位传感器、干簧式液位传感器、4-20mA液位变送器、压力、温度等信号。

5）手动/自动模式：压力、温度、水位手动/自动交替互备运行，支持中水位一台水泵运行，高水位两台水泵同时运行。

6）集成RS485 通讯接口，Modbus-RTU通讯协议，可以实现设备的组网运行、后台监控等功能。

7）集成2个独立的定时器，具有定时启泵功能。

8）AC/DC电源供给。

三、风机控制方案

国家标准设计图集《常用电机控制电路》（10D303-2）收集了建筑中常用风机的控制电路，罗列了排烟风机、两用单速风机、排风兼排烟两用双速风机等几种方案，方便电气设计人员进行设计，提高了工作效率。但随着建筑节能要求和建筑设备监控系统技术规范的推出，采用原来图集分立元件方式的控制方案已无法满足设备升级的要求和监控系统对设备监控内容的需求。

3.1 普通风机控制原理

标准对普通风机与电动风阀的联动要求为：“所有交流电动机均应装设相间短路、接地故障保护，并根据具体情况分别装设过载、断相及低电压保护”。风机启动时，风阀开启：返回手动/自动模式至DDC，自动模式下接收DDC控制信号，运行过程中出现短路、过负荷故障时进行保护，指示灯报警，且将风机故障信号返回至控制中心。

图1 普通风机控制电路图 

3.2 排风兼排烟两用风机控制原理

《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T 16-2008)7.6.4条:“对于突然断电比过负荷造成的损失更大的线路,该线路的过负荷保护应作用于信号而不是应切断电路。”过负荷保护的对象有两个:一个是消防设备,即电动机；另一个是为这些消防设备配电的线路。控制要求包括：1）当接收到（常闭）主令信号后，允许通过控制面板、现场就地箱或DDC控制中心对风机启/停控制。2）三地控制权限由控制面板选择决定。3）平时运行时，如果出现过载、断相等故障，则保护动作。4）当有消防应急信号或消防中心信号后，风机启动，运行过程中出现故障时只报警不脱扣，且将报警信号返回至控制中心。5）排烟280°防火阀与排烟风机的联动控制，排烟防火阀常开，关闭时联锁排烟风机关闭,将排烟防火阀关闭信号输出至监控中心。图2排风兼排烟两用风机控制电路图

排风和消防合用系统中广泛采用双速电机。平时排风换气时，风机低速运行，当发生火灾时，风机立即转为高速运行，作为排烟风机使用，控制原理类同于两用风机。双速风机是通风和消防系统的重要设备，其运行和控制质量直接关系到相关系统运行的可靠性，一般在人防工程中均采用此类设计。

图2排风兼排烟两用风机控制电路图

四、水泵控制方案

    《全国民用建筑工程设计技术措施》对排水泵的控制要求：公共建筑内应以每个生活排水、集水池为单元设置一台备用泵，平时宜交替运行。地下室、设备机房、车库冲洗地面的排水，若有两台及两台以上排水泵时可不设备用泵。对于集水池应设置水位指示装置，必要时应设置超警戒水位报警装置，并将信号引至物业管理中心。同时对于下列四类建筑物应采取消防排水措施：消防水泵房 、设有消防给水系统的地下室、消防电梯的井底、仓库。  

4.1排水（污）泵一用一备控制

图3为排水（污）泵一用一备控制电路图，面板手动控制、液位自动控制，液位高度指示、工作状态指示、手/自动模式上传监控中心、自动模式两泵交替运行。如工作在消防排水模式，仅需通过菜单选择一主二备工作模式，将二号泵备用泵切换到报警即可满足设计要求，简化了电气设计。

图3排水（污）泵一用一备控制电路图

4.2热水循环泵一用一备控制

    图4为热水循环泵一用一备控制电路图，智能控制器通过检测外部的温度信号来启/停水泵，在远控模式下，接收DDC楼宇控制命令，实现热系统的控制。

图4热水循环泵一用一备控制电路图

4.3消火栓和喷淋稳压泵控制原理

    图5为消火栓和喷淋稳压泵一主二备直接启动控制电路图，智能控制器通过检测外部的压力信号来启/停水泵，当主泵出现过载断相故障时，备用泵投入运行，备用泵过载只报警不脱扣。当接收到消防应急控制信号或消防联动控制信号时，相应水泵启动，即使水泵已出现故障，运行时出现（过载等）故障则控制器报警。

图5消火栓和喷淋稳压泵一主二备直接启动控制电路图

五、结束语

本文就建筑中风机、水泵设备监控的设计应用，从设计依据、控制原理、保护依据等诸多方面进行分析探讨，讨论了ARD智能控制器的功能特点和具体用法，并列举了某工程项目采用智能控制器实现的电气接线图，有利于建筑设备监控系统的设计，为建筑电气设计提供参考依据。

文章来源：《智能建筑电气技术》2015年6期。

参考文献

【1】中华人民共和国建设部.民用建筑电气设计规范( JGJ 16－2008 )【S】. 北京：中国建筑工业出版社，2009.

【2】中华人民共和国*. 建筑设备监控系统工程技术规范（JGJ/T 334-2014）【S】. 北京：中国建筑工业出版社，2015. 

【3】中华人民共和国*. 消防给水及消火栓系统技术规范（GB50974-2014）【S】. 北京：中国建筑工业出版社，2015. 

【4】中华人民共和国*. 建筑给水排水设计规范（GB50015-2003）【S】. 北京：中国计划出版社出版，2010.

【5】*工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院编.全国民用建筑工程设计技术措施：给水排水【M】. 北京：中国计划出版社出版 2009.

【6】中国建筑标准设计研究院 编. 常用电机控制电路图（10D303-2~3）【M】. 北京：中国计划出版社出版，2010.

【7】李炳华. 浅谈建筑电气新技术的应用【J】.智能建筑电气技术，2010（6）