電動開窗控制系統(tǒng)設計淺談

孫 巖

（蓋澤工業(yè)（天津）有限公司，天津300400）

0 引言

隨著社會的發(fā)展進步，人們對自身健康也越來越關注，室內(nèi)空氣質量作為一個與人體健康有直接關系的因素，成為人們研究的熱點。關于如何改善室內(nèi)空氣質量，建筑設計師和工程師們認為最有效的方式是充分利用自然通風條件進行室內(nèi)的通風換氣。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調節(jié)空氣質量是大多建筑工程師需要考慮的問題。本文通過對電動開窗控制系統(tǒng)類型、特點的研究，對如何根據(jù)建筑自然通風原理設計開窗器的驅動控制系統(tǒng)進行了具體的探討，為電動開窗系統(tǒng)的設計者提供有效的借鑒，也為電動開窗技術的推廣提供支持。

1 電動開窗器簡介

電動開窗器從結構上可以分為鏈式、齒條式、內(nèi)螺桿式3種。鏈式推力較小，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，常用無線或紅外控制；智能控制則是根據(jù)風速的大小、雨量的強弱進行自動控制，而且可以在發(fā)生火災時自動調整電動窗，減輕損失。

2 電動開窗控制系統(tǒng)設計要求

自然通風是指在熱壓、冷壓以及室內(nèi)外壓強不一致的情況下，自然風進入室內(nèi)，使室內(nèi)溫度和舒適度發(fā)生變化的通風。當前自然通風的方法主要是控制窗口的開啟大小、角度，而不同的建筑、不同的氣候條件對通風窗的開閉要求也不一樣。一般建筑對通風條件和排煙窗的控制要求如下：對開窗系統(tǒng)通風量的調節(jié)和控制，能夠實現(xiàn)集中控制和單獨分區(qū)控制的功能；單獨的窗戶可以實現(xiàn)系統(tǒng)自動調節(jié)和人為界面控制；對氣候因素的檢測要建立分區(qū)狀態(tài)檢測反饋裝置，能夠進行人為在線監(jiān)控和功能設定，實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能；在程序的設計上要盡可能簡單化，避免復雜程序的邏輯錯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)下是無人值守的，一般由電動機、變速器、行程控制、電源、外殼以及執(zhí)行機構組成。目前單體開窗器主要應用在飛機候車室、火車站候車室、圖書館、大型購物中心等公共場合。自然通風是利用室內(nèi)外溫差形成的空氣流動，而窗戶的安裝和選型嚴重影響了通風的效果，所以要根據(jù)室內(nèi)外的壓力差以及窗孔空氣的體積設計進風扇和排風扇。風壓作用下的電動開窗器選型如表1所示。

表1 風壓作用下的電動開窗器選型

3 電動開窗智能控制系統(tǒng)具體設計

電動開窗智能控制系統(tǒng)實際上是一種在計算機控制下的具有各種室內(nèi)外氣候參數(shù)檢測、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)通常都包括遠程通訊的網(wǎng)絡接口、信號反饋指示接口、計算機邏輯運算中心、驅動器接口、氣候檢測傳感器接口、開關命令接口以及相關電路等基礎設備控制元件。這些基礎設備的選型和搭配是進行電動開窗控制系統(tǒng)設計的過程中必須考慮的內(nèi)容，也是系統(tǒng)編程中考慮邏輯關系的必要條件。

通常進行電動開窗系統(tǒng)的設計時，對風力僅作定性考慮，如果按自然風的通風原理進行電動開窗系統(tǒng)的設計，就必須考慮熱壓的作用，尤其是對于智能型高檔建筑，要營造自然風就更要考慮熱壓和風壓的因素。熱壓作用下的電動開窗器選型如表2所示。

表2 熱壓作用下的電動開窗器選型

在電動開窗智能控制系統(tǒng)的設計過程中采用了LonWorks的現(xiàn)場技術進行組網(wǎng)，然后以PLC為邏輯控制核心，這樣組建的智能控制系統(tǒng)可以滿足電動開窗器和通訊條件的要求，成本又相對較低，是目前工業(yè)自動化控制的一種常見模式。這種控制系統(tǒng)具有以下特點：

（1）系統(tǒng)可以實現(xiàn)人為控制模式和自動控制模式的切換。通過WAGO750～760模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)的人為獨立控制和離線自動控制，能更加方便地進行編程設計、人機界面交互控制以及氣候檢測傳感器的控制設定等，有效實現(xiàn)了人為操作和自動操作的切換。

（2）系統(tǒng)可以實現(xiàn)各個窗戶分控功能和區(qū)域控制功能。系統(tǒng)通過底層數(shù)字量的輸入、輸出功能，用DO直接驅動接觸器運行各個區(qū)域的電動開窗器工作，從而實現(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，然后通過分控器驅動電動開窗器運行，從而達到對開窗器進行區(qū)域控制的目的。這種PLC分控方式編程容易，邏輯簡單，不易出現(xiàn)混亂。

（3）系統(tǒng)能實現(xiàn)氣候的自動監(jiān)控。通過控制系統(tǒng)的中間層，借助在PC機上獲取的LonWorks總線信息，根據(jù)網(wǎng)絡傳輸協(xié)議和網(wǎng)際協(xié)議形成互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)電動開窗系統(tǒng)的自動監(jiān)控；或者利用LonWorks標準與高層樓自控系統(tǒng)的BAS形成網(wǎng)絡監(jiān)控，從而實現(xiàn)電動開窗控制系統(tǒng)的自動監(jiān)控。

（4）系統(tǒng)可以實現(xiàn)消防聯(lián)動控制。系統(tǒng)將電動開窗系統(tǒng)與消防系統(tǒng)連接起來，日常情況下可以通過中央控制器實現(xiàn)對通風的調節(jié)，消防緊急狀態(tài)下可以通過自動開窗系統(tǒng)進行排煙，并且氣候檢測傳感器能夠及時感應到大樓各個部位的突變并進行報警，達到消防、排風功能一體化的目的。

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

4 結語

本文針對電動開窗器的類型和特點，對電動開窗器的選型進行了探討，然后根據(jù)實際情況對電動開窗控制系統(tǒng)的類型和特點進行了論述，闡述了電動開窗控制系統(tǒng)在設計過程中需要考慮的問題，最后對智能化控制的電動開窗系統(tǒng)的特點進行了討論，期望為電動開窗控制系統(tǒng)的設計者提供有效的借鑒。

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

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

［3］陳一飛．電動開窗器的特點及其在建筑自然通風中開窗控制的應用設計［J］．門窗，2007（8）