电动开窗控制系统设计浅谈

2014-10-15孙岩

机电信息 2014年18期

孙岩

（盖泽工业（天津）有限公司，天津300400）

0 引言

随着社会的发展进步，人们对自身健康也越来越关注，室内空气质量作为一个与人体健康有直接关系的因素，成为人们研究的热点。关于如何改善室内空气质量，建筑设计师和工程师们认为最有效的方式是充分利用自然通风条件进行室内的通风换气。而在现代的高层建筑中，如何利用控制窗户开闭的方式来调节空气质量是大多建筑工程师需要考虑的问题。本文通过对电动开窗控制系统类型、特点的研究，对如何根据建筑自然通风原理设计开窗器的驱动控制系统进行了具体的探讨，为电动开窗系统的设计者提供有效的借鉴，也为电动开窗技术的推广提供支持。

1 电动开窗器简介

电动开窗器从结构上可以分为链式、齿条式、内螺杆式3种。链式推力较小，主要用于小型立面窗户的开启；齿条式推力较大，可用于中型窗户的开启；内螺杆式自锁性好，推力大，可用于大型窗户的开启。目前常用开窗器的窗户类型有上悬外开窗、下悬外开窗、上悬内开窗、下悬内开窗以及采光顶开启天窗等。电动开窗器的控制系统可以分为常规控制、智能控制2种。常规控制一般用于单扇窗的开闭或部分同类型窗户的群体控制，常用无线或红外控制；智能控制则是根据风速的大小、雨量的强弱进行自动控制，而且可以在发生火灾时自动调整电动窗，减轻损失。

2 电动开窗控制系统设计要求

自然通风是指在热压、冷压以及室内外压强不一致的情况下，自然风进入室内，使室内温度和舒适度发生变化的通风。当前自然通风的方法主要是控制窗口的开启大小、角度，而不同的建筑、不同的气候条件对通风窗的开闭要求也不一样。一般建筑对通风条件和排烟窗的控制要求如下：对开窗系统通风量的调节和控制，能够实现集中控制和单独分区控制的功能；单独的窗户可以实现系统自动调节和人为界面控制；对气候因素的检测要建立分区状态检测反馈装置，能够进行人为在线监控和功能设定，实现远程监控功能；在程序的设计上要尽可能简单化，避免复杂程序的逻辑错误造成混乱或安全隐患。

电子开窗器的控制系统在正常工作状态下是无人值守的，一般由电动机、变速器、行程控制、电源、外壳以及执行机构组成。目前单体开窗器主要应用在飞机候车室、火车站候车室、图书馆、大型购物中心等公共场合。自然通风是利用室内外温差形成的空气流动，而窗户的安装和选型严重影响了通风的效果，所以要根据室内外的压力差以及窗孔空气的体积设计进风扇和排风扇。风压作用下的电动开窗器选型如表1所示。

表1 风压作用下的电动开窗器选型

3 电动开窗智能控制系统具体设计

电动开窗智能控制系统实际上是一种在计算机控制下的具有各种室内外气候参数检测、命令执行判断、智能处理功能的集散控制系统。这种系统通常都包括远程通讯的网络接口、信号反馈指示接口、计算机逻辑运算中心、驱动器接口、气候检测传感器接口、开关命令接口以及相关电路等基础设备控制元件。这些基础设备的选型和搭配是进行电动开窗控制系统设计的过程中必须考虑的内容，也是系统编程中考虑逻辑关系的必要条件。

通常进行电动开窗系统的设计时，对风力仅作定性考虑，如果按自然风的通风原理进行电动开窗系统的设计，就必须考虑热压的作用，尤其是对于智能型高档建筑，要营造自然风就更要考虑热压和风压的因素。热压作用下的电动开窗器选型如表2所示。

表2 热压作用下的电动开窗器选型

在电动开窗智能控制系统的设计过程中采用了LonWorks的现场技术进行组网，然后以PLC为逻辑控制核心，这样组建的智能控制系统可以满足电动开窗器和通讯条件的要求，成本又相对较低，是目前工业自动化控制的一种常见模式。这种控制系统具有以下特点：

（1）系统可以实现人为控制模式和自动控制模式的切换。通过WAGO750～760模块，实现系统的人为独立控制和离线自动控制，能更加方便地进行编程设计、人机界面交互控制以及气候检测传感器的控制设定等，有效实现了人为操作和自动操作的切换。

（2）系统可以实现各个窗户分控功能和区域控制功能。系统通过底层数字量的输入、输出功能，用DO直接驱动接触器运行各个区域的电动开窗器工作，从而实现系统的分控功能。这种控制方式使用PLC编程作为FCS系统的智能控制节点，然后通过分控器驱动电动开窗器运行，从而达到对开窗器进行区域控制的目的。这种PLC分控方式编程容易，逻辑简单，不易出现混乱。

（3）系统能实现气候的自动监控。通过控制系统的中间层，借助在PC机上获取的LonWorks总线信息，根据网络传输协议和网际协议形成互联网，实现电动开窗系统的自动监控；或者利用LonWorks标准与高层楼自控系统的BAS形成网络监控，从而实现电动开窗控制系统的自动监控。

（4）系统可以实现消防联动控制。系统将电动开窗系统与消防系统连接起来，日常情况下可以通过中央控制器实现对通风的调节，消防紧急状态下可以通过自动开窗系统进行排烟，并且气候检测传感器能够及时感应到大楼各个部位的突变并进行报警，达到消防、排风功能一体化的目的。

（5）计算机中心的集中控制。将电动开窗智能控制系统所需的单控、组控及群控功能都交与计算机控制中心控制，并将风速传感器、雨传感器、烟雾传感器等与计算机中心连接，由计算机中心进行智能化控制，同时与空调系统、消防系统、水电系统等融合在一起进行综合控制，既能有效节省资源，又能通过计算机将大楼的所有部分联系在一起，便于实现无人化的智能管理。