1、1论港口智能办公大厦自控系统中的电气设计摘要：如何提高综合性智能型办公大厦的管理水平、确保各种设施的稳定运行、降低其日常运营成本、提高自动化管理程度等是这类建筑设计的关键。智能化的建筑设计也需要从办公人员的角度、从各级管理人员的角度考虑需要使用哪些智能化系统，各系统如何衔接。 关键词：综合办公大厦自控系统电动操作机构 PLC 控制器照明控制 中图分类号： TU976+.1 文献标识码： A 文章编号： 0.引言 “十二?五”期我国对节能工作提出了重点要求，作为港口企业，除了在集疏运作业过程中推陈出新外，在港口自身建设中也应该着重向节约型、智能型发展。因此建设综合性智能型办公大厦就成为港口建设一
2、个重要的新发展方向。随着港口建设规模的进一步扩大，各作业区之间的统筹管理工作日渐复杂，建设可以容纳各作业区办公人员办公的大型综合性智能型办公大厦，可以整合管理资源，提高信息传递效率，优化管理模式。该类办公大厦需配备符合当今信息化社会所要求的“智能化自控系统” ，成为集日常办公会议、无纸化办公、信息传递、视频通信、业务监控等功能为一体的综合性办公场所。如何提高综合性智能型办公大厦的管理水平、确保各种设施的稳定运行、降低其日常运营成本、提高自动化管理程度等是这类建筑设计的关键。智能化的建筑设计也需要从办公人员的角度、从各级管理人员的角度考虑需要使用哪些智能化系2统，各系统如何衔接。本文作者根据多年
3、供电自控系统施工管理的工作经验，对智能办公大厦自控系统中的电气设计进行了探究。 1. 智能办公大厦自控系统 智能办公大厦自控系统可以实现以下功能：自动控制、监视、显示各种机电设备的启动与停止。自动检测、显示各种设备的运行参数及其变化趋势和历史数据。检测并及时处理各种意外、突发事件。根据外界条件变化自动调节各种设备，保证其始终运行在最佳状态。实现对于楼宇内各种机电设备的统一管理、协调控制。实现能源和设备的自动化管理及维护。 1.1 常见设备和元件 在系统中，现场控制器、执行器和传感器是比较重要的元件，现场控制器对于智能建筑内的各种设备进行控制，既能在中央监控计算机的控制与管理下运行，还能够在中央
4、监控计算机故障时独立运行。一般使用 PLC 控制器对执行器、传感器相连进行控制，有模拟量输入、开关量输入、模拟量输出和开关量输出等四种信号形式。传感器有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器和变送器等不同类别。执行器是智能控制系统中的末端主控元件，常用的有电磁阀、电动调节阀和电动风门等。电磁阀是电动执行器，是利用线圈通电产生磁力带动阀的运用，控制阀的开闭；电动调节阀以电动机为动力元件，将控制器输出信号转换为阀门的开度；电动风门是常使用在通风系统中，通过叶片的面积来改变风量的执行器。 1.2 设备自控子系统 3（1）给、排水自控系统 智能办公大厦中给水系统一般有水泵直接给水、高位水箱给水
5、和气压罐给水三种方式。室内排水一般采用重力流直接排放的方式，有泵房时设置集水坑，通过潜污泵排出室外。水泵直接给水控制系统在缓冲池中装有三个液位传感器，用来检测溢流、最低报警水位和允许的启泵液位，还设有检测水压的传感器，主要用来完成恒压供水、水泵启 / 停控制、检测和报警以及设备运行管理功能。高位水箱给水控制系统能够通过 PLC 控制器的检测完成。生活泵启 / 停控制、检测及报警、设备运行时间累计和用电量累计等功能。气压罐给水控制系统可以完成生活泵启 / 停控制、检测及报警、设备运行管理等功能。排水控制系统依靠排水泵、生活水池、污水池、集水坑等设备能够完成潜污泵启 / 停控制、检测及报警等功能。
6、 （2）变、配电自控系统 由于智能办公大厦一般都是高层建筑，因此其对于供电系统的可靠性要求很高，大多需要设置备用电源，以保证供电外线发生故障时，大厦的电力供应能够保持正常。一般情况下，智能大厦需要额外安装柴油发电机组，通过自控系统的程序设置，在正常供电系统发生故障的情况下，发电机立即启动，实现电力供应，保证整个大厦的不间断电力供应。此外，电梯等重要设备的供电系统也是一个需要重点关注的方面，出于安全性考虑，这类重要设备的供电系统都要纳入自控系统中，做好实时监控、故障监测及反馈，保证这类重要设备的供电系统的可靠性。大厦中变、配电控制系统要求能够可靠地完成参数检测、设备状态监视与故4障报警、电量计量
7、等功能。 （3）照明自控系统 智能办公大厦的照明自控系统是体现智能控制的主要方面，在保证照明质量的同时，应做到自动调节同时要满足节能设计。照明自控系统应该对办公室内照明系统具备智能控制功能，如：下班时间自动关闭一般照明光源；走廊照明、楼梯照明具备感应能力；航空障碍灯和警示照明等具备故障报警功能等。 （4）通风与空调自控系统 空调系统按空气处理设备的设置不同分为集中式空调系统、半集中式空调系统和局部空调系统三类。空调系统由冷源、热源和前端设备三大部分组成。通风系统将室内的污染空气净化排除，吸入室外的新鲜空气，分为局部通风和全面通风两种。空调控制系统通过制冷系统实现设备启 / 停顺序的控制、冷水机
8、组开启台数控制、压差旁通控制、水流检测、水泵控制、冷却水温度控制、工作状态显示与打印、水箱补水控制等功能；通过热水控制系统来实现交换器二次热水出口温度控制、热水泵控制及连锁、工作状态显示与打印等功能；通过空气处理监控系统来实现回风温度控制、回风湿度控制、焓值控制、启停时间控制、联锁控制、过滤器堵塞报警、工作状态显示与打印等功能；通过风机盘管自控系统实现控制风机的风速、控制风机盘管电动阀门的开启或关闭、定时启停控制等功能。通风系统通过检测空气中一氧化碳、二氧化碳的浓度来控制风机的运行，以保证市内空气质量。 2. 智能办公大厦自控系统中的电气设计 5下文以新风机的供电自控系统为例，说明其自控系统中
9、的电气设计可优化方向。 图 1 中左图是控制回路，右边是供电回路。 图 1 其工作原理如下：当 SA 开关打向左边时为手动状态，电源火线经 FU熔断器、SA 转换开关脚、1SS 常闭按钮至 11 端子，1SF 按钮闭合时，11 端子经 1SF 按钮、2KA 和 1KH 常闭触点，1KM 接触器线圈至 N 端，1HR 指示灯亮，1KM 工作回路得电，完成启动过程。1KM 常开辅助触点完成自保。同理，SA 开关打向右边时，SA 开关导通，由 KA 触点（PLC 控制器 DO 输出）完成远程启停过程。1KM 常开 25、27 端子提供给 PLC 控制器 DI 输入作为系统运行信号。当电机过流时，1K
10、H 热继电器常开端子吸合、1KA 继电器动作，1KA 常开 21、23 端子提供故障信号给 PLC 控制器，同时 1KH 常闭点断开控制回路。MK 控制模块与消防有关，温度超过 70时，其触点吸合，2KA 继电器吸合，2KA 常闭点完成 70停风机工作。FM 为新风阀电机，受 1KM 常开、常闭触点分别控制电机 FM 的正、反转，完成新风机风阀的开闭。 上述电气设计思路没有问题，但经过对部分细节问题经推敲后，可以对上述设计进行局部修改、完善 ： （1）SA 开关手动 / 自动状态无法判定 ：自控系统中要对 SA 开关的手动 / 自动状态进行判定，因此可以考虑增加一联开关，触点、中的一组常开触点
11、给远程 PLC，用于手 / 自状态判定，6当 SA 开关打向自动位置时，增加的常开触点转为常闭状态，SA 开关的结构特点是常开、常闭触点成对出现的，所以本文把触点也画上了。 （2）工作回路可以增加一组 220V 电源，提供给 PLC 控制器作为工作电源，端子为 X1、X2，2QF 空气开关选 16A。原设计中 PLC 控制器电源由消防中心集中提供，此方案优点是能保证系统供电可靠，缺点线路敷设的工作量较大，经济性较差，如果线路中间出现短路、断路故障，难以及时查出故障源。事例中 PLC 控制器距消防中心较远，可以考虑优化原设计内容，将 PLC 控制器电源自近处的空调控制箱引出，可以节省部分工程量，
12、大幅度降低施工经济成本。 对于公共区域照明的供电系统，现阶段国内主流建筑设计多采用交流接触器作为一次控制元件，其配线较不方便，还需要在控制箱上钻孔安装启动、停止按钮。如交流接触器辅助触点不够用，还要增加辅助继电器，用于给楼内 PLC 自控系统反馈动作信号，而如果采用新型器件电动操作机构，则上述问题迎刃而解。 电动操作机构（简称电操）是由小型永磁式直流电动机驱动的供 225A 以下的塑壳断路器进行远距离电动闭合、断开操作的专用配件，电操的实物图如图 2 所示。 图 2 电操实物图 电操的特点 ： （1）结构紧凑、体积小、安装方便，用四个螺杆固定。 7（2）以小型永磁式直流电动机为驱动元件和先进的
13、开关电源技术作为动力源。 （3）控制电源电压适用范围广，工作电流较低，一般不大于 0.5A。 （4）与 PLC 控制器的 DO 点连接可进行远程控制，在需要时，可以进行手动（本地）控制。 电操的安装与调试 ： （1）核对电操的规格与断路器是否匹配（安装支持件和安装尺寸按不同类型的断路器进行配置） 。 （2）电操的接线图如图 3 所示。图中的端子编号 P1、P2、S1、S2、S4 与电操上的接线螺钉一一对应，接线时一定要注意。（3）通电试用时，要检查电源电压是否在工作范围内，以免过压损坏电操线路板。 （4）电操的外壳带有“手动 / 自动”操作按钮，该按钮处于“手动”位置时，可插入手动手柄进行手动
14、操作，此时控制电源自动切断，操作手柄在每次操作完成后基本处于垂直位置。处于“自动”位置时，控制电源自动接通，可进行远程电动操作。 （5）电操的操作频率每分钟不宜超过两次。 两点解释 ： （1）电操的外壳上自带有“手动 / 自动”信号，尽管此信号不能传给 PLC 自控系统，但完全可以通过软件系统补充不足 ：照明系统一般按设定的时间表运行，当系统启动时，PLC 控制器输出“点动”DO 信号，8电操机构启动塑壳断路器，并读取塑壳断路器的辅助触点状态作为 PLC控制器的 DI 信号，如果电操发生故障或处在手动档位，则 PLC 控制器无法读到 DI 信号，且电操可以把上述状态信号以报警型号的形式反馈到控
15、制系统中。 （2）同接触器配线类似，电操启动、停止信号是两路 DO 信号，要占用 PLC 控制器的两个 DO 点。同时电操附有“红” 、 “绿”两种状态指示，表示照明系统的“通” 、 “断” ，方便了回路调试。 保养与维护：电操机构平时一般不需多加维护，只需定期（一般一年）检查各紧固件是否松动，各动作部分是否正常，在动作处加少量润滑油脂等即可，可大幅度减少系统的日常维护工作。 3.应用实例 ： 某港口新建智能型综合办公大厦的照明自控系统中，优化了原设计的交流接触器的控制方案，采用了 60 多台电动操作机构作为替代优化系统，在降低施工工作量的同时也简化了日常使用中的维护工作，节省投资 45 万元
16、。该系统使用方便，可靠性好，至今未发生重大系统故障。 4.小结 由上可见,未来港口综合性办公大厦的自控系统中的电气设计必将向简约化、智能化方向发展，低成本、高可靠性的智能化电气系统将成为未来的设计方案的发展趋势。 参考文献: 1 于海英.浅谈电气自动化在楼宇自控系统中的应用J.黑龙江科技信息,2009(1). 92 李坤.电气自动化在楼宇智能化中的应用J.商品储运与养护,2008(7). 3 徐岩.浅谈智能建筑中的楼宇自动化系统J.智能建筑电气技术,2008(5). 4 王丽萍,宋潇,李亨.基于 XML 技术的楼宇智能化系统集成研究J.电脑与电信,2009(1). 5 刘广进.电气自动化在楼宇系统中的集成研究J.科技资讯,2009(20).
