電動(dòng)開窗控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺談

孫 巖

（蓋澤工業(yè)（天津）有限公司，天津300400）

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)自身健康也越來(lái)越關(guān)注，室內(nèi)空氣質(zhì)量作為一個(gè)與人體健康有直接關(guān)系的因素，成為人們研究的熱點(diǎn)。關(guān)于如何改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，建筑設(shè)計(jì)師和工程師們認(rèn)為最有效的方式是充分利用自然通風(fēng)條件進(jìn)行室內(nèi)的通風(fēng)換氣。而在現(xiàn)代的高層建筑中，如何利用控制窗戶開閉的方式來(lái)調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量是大多建筑工程師需要考慮的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)電動(dòng)開窗控制系統(tǒng)類型、特點(diǎn)的研究，對(duì)如何根據(jù)建筑自然通風(fēng)原理設(shè)計(jì)開窗器的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了具體的探討，為電動(dòng)開窗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供有效的借鑒，也為電動(dòng)開窗技術(shù)的推廣提供支持。

1 電動(dòng)開窗器簡(jiǎn)介

電動(dòng)開窗器從結(jié)構(gòu)上可以分為鏈?zhǔn)?、齒條式、內(nèi)螺桿式3種。鏈?zhǔn)酵屏^小，主要用于小型立面窗戶的開啟；齒條式推力較大，可用于中型窗戶的開啟；內(nèi)螺桿式自鎖性好，推力大，可用于大型窗戶的開啟。目前常用開窗器的窗戶類型有上懸外開窗、下懸外開窗、上懸內(nèi)開窗、下懸內(nèi)開窗以及采光頂開啟天窗等。電動(dòng)開窗器的控制系統(tǒng)可以分為常規(guī)控制、智能控制2種。常規(guī)控制一般用于單扇窗的開閉或部分同類型窗戶的群體控制，常用無(wú)線或紅外控制；智能控制則是根據(jù)風(fēng)速的大小、雨量的強(qiáng)弱進(jìn)行自動(dòng)控制，而且可以在發(fā)生火災(zāi)時(shí)自動(dòng)調(diào)整電動(dòng)窗，減輕損失。

2 電動(dòng)開窗控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

自然通風(fēng)是指在熱壓、冷壓以及室內(nèi)外壓強(qiáng)不一致的情況下，自然風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度和舒適度發(fā)生變化的通風(fēng)。當(dāng)前自然通風(fēng)的方法主要是控制窗口的開啟大小、角度，而不同的建筑、不同的氣候條件對(duì)通風(fēng)窗的開閉要求也不一樣。一般建筑對(duì)通風(fēng)條件和排煙窗的控制要求如下：對(duì)開窗系統(tǒng)通風(fēng)量的調(diào)節(jié)和控制，能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制和單獨(dú)分區(qū)控制的功能；單獨(dú)的窗戶可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)和人為界面控制；對(duì)氣候因素的檢測(cè)要建立分區(qū)狀態(tài)檢測(cè)反饋裝置，能夠進(jìn)行人為在線監(jiān)控和功能設(shè)定，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能；在程序的設(shè)計(jì)上要盡可能簡(jiǎn)單化，避免復(fù)雜程序的邏輯錯(cuò)誤造成混亂或安全隱患。

電子開窗器的控制系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下是無(wú)人值守的，一般由電動(dòng)機(jī)、變速器、行程控制、電源、外殼以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。目前單體開窗器主要應(yīng)用在飛機(jī)候車室、火車站候車室、圖書館、大型購(gòu)物中心等公共場(chǎng)合。自然通風(fēng)是利用室內(nèi)外溫差形成的空氣流動(dòng)，而窗戶的安裝和選型嚴(yán)重影響了通風(fēng)的效果，所以要根據(jù)室內(nèi)外的壓力差以及窗孔空氣的體積設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)扇和排風(fēng)扇。風(fēng)壓作用下的電動(dòng)開窗器選型如表1所示。

表1 風(fēng)壓作用下的電動(dòng)開窗器選型

3 電動(dòng)開窗智能控制系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)

電動(dòng)開窗智能控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種在計(jì)算機(jī)控制下的具有各種室內(nèi)外氣候參數(shù)檢測(cè)、命令執(zhí)行判斷、智能處理功能的集散控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通常都包括遠(yuǎn)程通訊的網(wǎng)絡(luò)接口、信號(hào)反饋指示接口、計(jì)算機(jī)邏輯運(yùn)算中心、驅(qū)動(dòng)器接口、氣候檢測(cè)傳感器接口、開關(guān)命令接口以及相關(guān)電路等基礎(chǔ)設(shè)備控制元件。這些基礎(chǔ)設(shè)備的選型和搭配是進(jìn)行電動(dòng)開窗控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須考慮的內(nèi)容，也是系統(tǒng)編程中考慮邏輯關(guān)系的必要條件。

通常進(jìn)行電動(dòng)開窗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)風(fēng)力僅作定性考慮，如果按自然風(fēng)的通風(fēng)原理進(jìn)行電動(dòng)開窗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就必須考慮熱壓的作用，尤其是對(duì)于智能型高檔建筑，要營(yíng)造自然風(fēng)就更要考慮熱壓和風(fēng)壓的因素。熱壓作用下的電動(dòng)開窗器選型如表2所示。

表2 熱壓作用下的電動(dòng)開窗器選型

在電動(dòng)開窗智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了LonWorks的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，然后以PLC為邏輯控制核心，這樣組建的智能控制系統(tǒng)可以滿足電動(dòng)開窗器和通訊條件的要求，成本又相對(duì)較低，是目前工業(yè)自動(dòng)化控制的一種常見(jiàn)模式。這種控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)人為控制模式和自動(dòng)控制模式的切換。通過(guò)WAGO750～760模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人為獨(dú)立控制和離線自動(dòng)控制，能更加方便地進(jìn)行編程設(shè)計(jì)、人機(jī)界面交互控制以及氣候檢測(cè)傳感器的控制設(shè)定等，有效實(shí)現(xiàn)了人為操作和自動(dòng)操作的切換。

（2）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)窗戶分控功能和區(qū)域控制功能。系統(tǒng)通過(guò)底層數(shù)字量的輸入、輸出功能，用DO直接驅(qū)動(dòng)接觸器運(yùn)行各個(gè)區(qū)域的電動(dòng)開窗器工作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分控功能。這種控制方式使用PLC編程作為FCS系統(tǒng)的智能控制節(jié)點(diǎn)，然后通過(guò)分控器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)開窗器運(yùn)行，從而達(dá)到對(duì)開窗器進(jìn)行區(qū)域控制的目的。這種PLC分控方式編程容易，邏輯簡(jiǎn)單，不易出現(xiàn)混亂。

（3）系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)氣候的自動(dòng)監(jiān)控。通過(guò)控制系統(tǒng)的中間層，借助在PC機(jī)上獲取的LonWorks總線信息，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議和網(wǎng)際協(xié)議形成互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)開窗系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控；或者利用LonWorks標(biāo)準(zhǔn)與高層樓自控系統(tǒng)的BAS形成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)開窗控制系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控。

（4）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)消防聯(lián)動(dòng)控制。系統(tǒng)將電動(dòng)開窗系統(tǒng)與消防系統(tǒng)連接起來(lái)，日常情況下可以通過(guò)中央控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)的調(diào)節(jié)，消防緊急狀態(tài)下可以通過(guò)自動(dòng)開窗系統(tǒng)進(jìn)行排煙，并且氣候檢測(cè)傳感器能夠及時(shí)感應(yīng)到大樓各個(gè)部位的突變并進(jìn)行報(bào)警，達(dá)到消防、排風(fēng)功能一體化的目的。

（5）計(jì)算機(jī)中心的集中控制。將電動(dòng)開窗智能控制系統(tǒng)所需的單控、組控及群控功能都交與計(jì)算機(jī)控制中心控制，并將風(fēng)速傳感器、雨傳感器、煙霧傳感器等與計(jì)算機(jī)中心連接，由計(jì)算機(jī)中心進(jìn)行智能化控制，同時(shí)與空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、水電系統(tǒng)等融合在一起進(jìn)行綜合控制，既能有效節(jié)省資源，又能通過(guò)計(jì)算機(jī)將大樓的所有部分聯(lián)系在一起，便于實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的智能管理。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)電動(dòng)開窗器的類型和特點(diǎn)，對(duì)電動(dòng)開窗器的選型進(jìn)行了探討，然后根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電動(dòng)開窗控制系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)進(jìn)行了論述，闡述了電動(dòng)開窗控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題，最后對(duì)智能化控制的電動(dòng)開窗系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了討論，期望為電動(dòng)開窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供有效的借鑒。

［1］耿世彬，楊家寶．基于室內(nèi)空氣品質(zhì)的需求控制通風(fēng)研究［J］．建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2003（5）

［2］陳雨．自然通風(fēng)在麗江車站的應(yīng)用與優(yōu)化分析［D］．西南交通大學(xué)，2011

［3］陳一飛．電動(dòng)開窗器的特點(diǎn)及其在建筑自然通風(fēng)中開窗控制的應(yīng)用設(shè)計(jì)［J］．門窗，2007（8）