高層建筑電氣設備間智能控制管理系統的制作方法
【專利摘要】一種高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，是在中心控制室內安裝計算機系統，它包括主服務器、備用服務器、顯示器和通信網絡設備，在高層建筑每一層電氣設備間的監控柜內安裝智能監控器、傳感器、通信模塊和通風除濕設備，所述的智能監控器與傳感器連接進行數據采集；所述的傳感器包括溫度傳感器，攝像頭，濕度傳感器，氣體濃度傳感器和電壓、電流傳感器；設備間內還設有各種控制執行部件，智能監控器通過網絡傳輸模塊傳輸數據到中心控制室的計算機系統，或接收控制中心下發的指令，并執行控制指令，對電氣設備間的溫度、濕度、有害氣體濃度進行監控，使之在標準范圍內，從而保證了高層建筑內電氣設備間的電氣設備安全、可靠地運行。
【專利說明】高層建筑電氣設備間智能控制管理系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種高層建筑電氣設備間控制處理系統，特別是對高層建筑電氣設備間的溫度、濕度、有害氣體、火災危險環境進行集中檢測和控制的計算機管理系統。
【背景技術】
[0002]隨著城市人口的增加，建設速度加快，建設用地緊張，迫使大中城市建筑不斷向高層發展。雖然高層建筑的建設能有效地解決城市用地緊張等問題，但高層建筑也帶來一些不利因素，除對人們的生活環境產生影響外，還對高層建筑中安裝著的大量電氣設備產生較大的影響。高層建筑環境所帶來的一些不利因素主要有:高溫、低溫、濕氣、霉菌及有害小動物、雷電、火災危險、靜電、電磁干擾等。為了保證電氣設備在這些環境中繼續保持可靠的功能和對環境的適應能力，就必須根據其不同的安裝環境而采取不同的防護對策。盡管電氣設備在設計和制造中，就已考慮到產品的安裝環境和特征而采取了一些防護措施，但對建筑工程的電氣工程設計者來說，還必須根據高層建筑內特殊的環境特征，合理地選擇不同的電氣設備及裝置，用以提高供配電系統運行的電性、可靠性以及具有合理的經濟技術水平。
[0003]目前高層建筑電氣設備間一般是每層設一間，為了節省空間，成垂直一列設計(一般貫穿所有樓層)，面積大約為2-5 Itl2 /間，所以又稱為電氣井，高層建筑電氣設備間內由于安裝的電器設備和線路較多，所以控制溫度、濕度和防火、防漏電就比低層建筑要嚴格得多，以我國南方為例，廣西、廣東、湖南、四川、貴州、海南等氣候的特點是春季空氣潮濕和夏秋季氣溫高，春季氣溫多變引起設備的結露，夏秋季高溫及設備發熱產生的溫升，容易造成設備故障(如設備損壞)及引發事故隱患(如漏電火災)。
[0004]還有，在高層建筑中的某些場所安裝有蒸汽、供暖管道或一些散發高溫的設備，安裝在其附近的電氣設備和線路都將不同程度地受到高溫輻射環境的影響，使其使用壽命大為減少，另外，一些電氣設備的本身如變壓器、應急柴油發電機組等設備也散發出高溫，自然通風和散熱條件很差，如不采取強制通風措施，對電氣設備的影響較大，會使開關的容量減小，熱繼電器誤動作，電子器件的技術性能被破壞。當電氣設備和線路長時間在高溫環境下工作，會使得絕緣材料軟化，進而干裂；當路發生短路時，如不能及時地使保護開關跳閘，將會導致絕緣導線的外護層熔化、著火，進而引發大范圍的火災事故。
[0005]而北方，如我國北方一些嚴寒地區，冬季所造成的低溫環境，使得電氣設備的絕緣材料收縮、變硬或脆裂，油開關及充油電氣設備的電氣性能和機械性能降低。高層建筑中的消防水系統會因冬季的低溫而結冰。如不采取有效的防凍措施，就會造成水管凍裂滲漏，釀成重大電器設備事故。
[0006]關于濕氣環境，除了上述所說的天氣情況外，在高層建筑內的水泵房、地下室或水蒸氣較大的地方，潮濕的水汽會滲透和擴散到附近安裝的電氣設備內部，嚴重的會使電氣設備的內部或外部凝露形成水膜，金屬表面嚴重腐蝕，會引起這些元器件電氣性能下降，使材料表面的絕緣電阻降和絕緣被擊穿，材料強度降低，介質損失角增大，元器件失靈和電接點接觸不良等。
[0007]電氣設備受潮會使設備的絕緣性能下降，絕緣材料加速老化。根據介質理論，環境濕度增加會使電介質的電導率、相對介電常數、介質損失角正切值相應增大，擊穿場強降低。電氣設備使用過程中，其絕緣部件在熱的作用下會變脆，受振動后其表面會有細小的裂紋。又由于電氣設備在工作一段時間后，在其表面就會依附一定的粉塵，電氣設備間受潮后，潮氣就會使依附在這些裂紋上的粉塵帶入裂縫。在潮氣和粉塵的共同作用下，很低的電壓也可能引起放電現象，使絕緣材料被損壞或擊穿。
[0008]在潮氣和高溫的作用下，電氣設備的金屬導體也會被氧化腐蝕(特別是在其粘附粉塵的情況下)，使導體聯接處接觸電阻增大，造成局部過熱。特別是在“回南天”，電氣設備的金屬和非金屬部件會受溫度、氧、濕度以及粉塵共同的作用，使得電氣設備的工作條件更加惡化，嚴重影響電氣設備的安全運行。如果高層綠色建筑電氣設備間不采取防潮和溫控措施，電氣設備的使用壽命就會大為降低。在電氣設備的絕緣材料和金屬導體被腐蝕到一定程度時，如果電氣設備仍工作在潮濕和高溫的環境下，就會嚴重威脅設備間的電氣設備安全運行，也會危及用戶的用電設備的安全運行，并可能引起漏電、短路、導致嚴重電氣故障和事故的產生。一旦發生電氣故障，輕則會損壞電氣設備，重則引起線路短路損壞其他用電設備，甚至可能引發線路、設備自燃，導致火災事故發生，嚴重威脅人民群眾的生命和財產安全。隨著現代科技的發展和人們對智能建筑要求的提高，電氣設備間的設備數量也在不斷增多，并且高科技、昂貴的電子設備所占的比重也在增加。這些設備一旦發生故障或受潮損壞，將會巨大的經濟損失，嚴重地影響人們正常的工作生活。
[0009]國內公開文獻中，關于電氣設備間除濕、溫控處理技術防火的研究與應用的相關報道不多。其中:1)、重慶電力科學實驗研究院劉華勇等介紹了重慶電力科學實驗研究院和中國電科院合作共同研發的配電房運行環境調控儀。該調控儀具備專門用于遠程控制配電房空調、排風扇和抽濕機等降溫除濕設備的自動運行。通過運行實驗，驗證了溫控儀能夠有效的控制空調等設備的運行，達到改善配電房運行環境，減輕維護人員的工作量的目的。2)、廈門遠通電子技術有限公司張昀應用運行于40MHz晶振具有8051內核的μ PSD3234A單片機利用IO 口通信和AD轉換DS18B20溫度測量器件和ΗΜ1500溫度測量器件，并把測量結果通過單片機的RS232串口通信將數據送到計算機主站，并通過IO 口經過達林頓管輸出24V直流電壓，直接或者再經過DC/AC繼電器控制排風扇、除濕機、空調結點、告警信號等實現變配電站溫濕度的自動測控。該系統的應用，有助于改善變配電站的運行環境，促進電網設備的穩定可靠運行。但是，如何對高層智能建筑電氣設備間進行統一的除濕、溫控處理技術防火的研究，建立計算機控制系統，保證電氣設備正常運行還沒有見公開文獻報道。
【發明內容】
[0010]本實用新型的目的是提供一種對高層建筑電氣設備間的溫度、濕度、有害氣體、火災危險環境進行集中檢測和控制的計算機管理系統。
[0011]本實用新型的技術方案如下:
[0012]本實用新型所述的高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，是在中心控制室內安裝計算機系統，它包括主服務器、備用服務器、顯示器和通信網絡設備，在高層建筑每一層電氣設備間的監控柜內安裝智能監控器、傳感器、通信模塊和通風除濕系統，所述的智能監控器與傳感器連接進行數據采集；所述的傳感器包括溫度傳感器，攝像頭，濕度傳感器，氣體濃度傳感器和電壓、電流傳感器；設備間內還設有各種控制執行部件，智能監控器通過網絡傳輸模塊傳輸數據到中心控制室的計算機系統，或接收控制中心下發的指令，并執行控制指令，對電氣設備間的溫度、濕度、有害氣體濃度進行監控，使之在標準范圍內。
[0013]本實用新型所述的高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，可對高層建筑電氣設備間的門鎖進行監控，需要安裝和維護人員進入電氣設備間時，中心控制室內或在物業管理辦公室的計算機可以發出指令的裝置，可以防治無關人員通過自己配鑰匙進入電氣設備間，這樣對于機要部門尤為重要。防止無關人員進入電氣設備間。
[0014]本實用新型所述的高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，可以和建筑物內消防系統建立數據共享。與消防系統結合后，啟動排風功能作為排煙功能，消防隔離閥的狀態進行實時監測。
[0015]以上所述的通風除濕系統包括通風裝置和除濕裝置，所述的通風裝置有鼓風機和抽風機，采用豎向通風進行內外空氣循環，所述的除濕裝置裝在電氣設備間的進口，對氣體進行除濕，它包括冷凝室和活性炭吸附室，兩室中間安裝有半導體制冷凝器和隔熱材料，冷凝室安裝有冷凝器，冷凝室下部有濕氣出氣口和裝有閥門，將除去部分冷凝水的空氣通到活性炭吸附室，活性炭吸附室安裝有散熱器和活性炭，干燥氣體從活性炭吸附室上部的出氣口排出進入電氣設備間，活性炭吸附室下部安裝有超聲波霧化器。
[0016]所述的除濕和溫度控制過程如下:當室內潮濕空氣從進氣口進入冷凝器中，水汽冷凝，由閥門將冷凝水排出，流入到超聲波霧化器中，在超聲波的作用下霧化，通過排風從室外排風口排放到室外；冷凝后的空氣經過散熱器加熱，同時活性炭吸潮室的活性炭再吸附其中殘留水汽，最后干熱空氣通過出氣口排放到室內；這個過程不斷循環，把室內潮濕空氣轉變為干燥空氣，即除濕過程。當電氣設備間溫度較室外高時，水汽是不會在室內凝結的，溫度升高到一定程度后，需要降溫，就要關閉閥門，從進氣口進入的空氣被冷卻后從出氣口排放，輸送回室內；而散熱器的熱量則通過霧化排風從室外排風口排除到室外，同時加熱活性炭進行活性炭活化過程；這個過程即制冷過程。當需要制熱時，可控制半導體制冷器的直流輸入極性反轉，制冷過程就轉變為制熱過程
[0017]以上所述的中心控制室和電氣設備間監控柜的智能監控器軟件采用“工業組態軟件”開發平臺進行設計，使用可編程邏輯控制器(PLC)，通信方式采取工業控制總線RS485、TCP/IP和無線數字(ZigBee)傳送器，溫度傳感器，攝像頭，濕度傳感器，氣體濃度傳感器和電壓、電流傳感器均采用智能型傳感器。數據采集后傳輸到監控中心，中心控制電腦和PLC根據數據的變化實施自動化控制，消防水龍頭自動控制開關采用電磁閥。
[0018]本實用新型中心控制室內安裝的計算機系統，有主服務器和備用服務器，能夠保證主服務器萬一出現故障的情況下，立刻切換備用服務器，以保證大樓電氣設備的運行安全。
[0019]本實用新型的突出的實質性特點和顯著的進步:
[0020]1、系統應用領域廣，適用于多種類型的建筑，特別是除濕、溫控與消防系統緊密結合為一體，豎向通風處理、多模式控制相結合的集控技術，使系統始終處于節能運行模式。系統不僅監控電氣設備間的濕度、溫度等參數，還檢測C0、C02、煙霧、低壓配電柜的電壓、電流等參數，進一步預防設備間的火災發生。受控對象需24小時運作，而橫向除濕系統是利用建筑的中央空調系統，從時間運作方面不匹配，且風機盤管易結露而影響下方的設備安全系統可以和消防系統結合后，排風功能可做排煙功能，消防隔離閥的狀態可實時監測，增加消防系統的可靠性。
[0021]2、避免分散式系統(指為單個設備間獨立設置的除濕機)能耗高問題，避免橫向除濕系統與受控對象不匹配的問題。分散式系統無法根據受控對象的需求及對象環境情況(如設備間門的開/關狀態)進行監控，另外系統與受控對象不匹配(針對2-5 Hf /間的民用除濕機很少)，系統利用率低，能耗高。
[0022]3、本實用新型可以改善設備間電氣設備的工作環境、延長電氣設備的使用壽命和降低電氣設備的事故率，研究高層綠色建筑電氣設備間除濕、溫控處理措施，利用現場檢測、豎向通風處理、多模式控制相結合的集控技術，使受控對象(樓層配電間、樓層弱電間，下同)的溫度、濕度控制在標準范圍內，避免造成設備故障和隱患，保障高層綠色建筑電氣設備間電氣設備的安全運行。
[0023]4、系統采用現場檢測、豎向通風處理、多模式控制相結合的集控技術，使系統始終處于節能運行模式，解決了橫向除濕系統與受控對象不匹配的問題。
[0024]5、采用ZigBee無線通信、RS485總線和TCP/IP相結合的通信方式，在線監測系統的運行狀況；使用PLC對設備間環境進行實時監控，確保運行安全，維護方便。
[0025]6、本實用新型除濕、溫控處理系統不僅能保證電氣設備在干燥和適宜的溫度下工作，保障電氣設備安全運行，而且還能實現節能環保的要求。按照本系統的初步設計:本系統可以節約電氣設備更換成本，實現高效地除濕、溫控效果。同時，除濕、溫控設備與利用半導體制冷降溫除濕、分散式除濕溫控系統、橫向除濕溫控系統和一般的中央空調除濕技術相比，至少能夠節約50%以上的能源。并且，該系統采用智能控制技術，大大降低設備對人力維護的需求，降低人力成本至少50%。
[0026]7、本實用新型采用煙霧傳感器、攝像頭，能夠對電氣設備間發生火災進行監控，火災危險環境是高層建筑中最主要和最不可忽視的一種環境。由于高層建筑內部的使用功能較為復雜，設備繁多，存在著多種著火源和大量的可燃物。另外，電氣設備或線路超負荷運行或短路，照明燈具和電熱設備靠近可燃物等，如設計不合理，再加上管理不善，很容易發生火災而釀成嚴重后果。由于高層建筑內一旦發生火災，其火災蔓延速度快，樓內人員疏散困難，撲救難度大，不但對樓內人員的生命和財產的安全造成嚴重危害，而且對電氣設備的破壞性也極大。
[0027]8、除了上述的對溫度、濕度、氣體成分、門鎖和發生火災以外，還可以根據需要對電磁波強度、腐蝕和爆炸危險的介質進行監控。在智能型高層建筑中，采用了大量的微機及微機監控和電控裝置，它們的工作電源都是由電力系統提供的。由于供電網上接有一些整流和逆變裝置，從而使得供電電源中產生并混雜有大量高次諧波(主要是二次諧波)的干擾電壓，若不采取有效的抗干擾措施，將會導致微機和電控系統地線"浮置"，邏輯和程序混亂、死機和誤動作等故障，嚴重的會使微機系統不能正常工作。另外，高層建筑周圍的外部電磁干擾(如雷擊所引起的電磁脈沖)或臨近的一些工、科、醫等的高頻設備、廣播電視發射裝置、微波輻射裝置、高壓架空線等都會產:生電磁輻射，使得高層建筑內的電子裝置、計算機、通訊和視聽等信息系統設備受到不同程度的干擾，而不能正常工作，如綜合布線系統區域內存在的電磁干擾場強大于3V/m時,就應米取防電磁干擾措施。具體的實施方式也可以采用ZigBee無線通信、RS485總線和TCP/IP相結合的通信方式，在線監測系統的運行狀況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本實用新型高層建筑電氣設備間智能控制管理系統總體結構示意圖。
[0029]圖2是除濕系統的“去濕、制冷、加熱”原理示意圖。
[0030]圖3是本實用新型采用的PLC監控軟件流程圖。
[0031]系統各個部件序號如下:
[0032]主服務器1、備用服務器2、打印機3、大屏幕顯示系統4、通信網絡5、監控柜6、檢測總線7、控制總線8、送風設備9、制冷設備10、除濕設備11、排風設備12、其它設備(排煙防火閥、門控開關等)13、智能氣體傳感器14、智能溫度傳感器15、智能濕度傳感器16、智能電參數傳感器17、其它傳感器(煙感開關、熱釋電傳感器等)18、攝像頭19、柜門鎖20。
[0033]【具體實施方式】
[0034]由于高層建筑的特點和其本身具有的環境特征，特別是在智能化高層建筑中安裝有大量的電力設備和信息系統的設備及線路，其使用場合和用途各有不同，而且也較為復雜。因此，本實用新型設計了最佳的防護措施，使之做到實用、合理，能夠很好保證高層建筑內的電氣設備包括信息系統設備安全、可靠地運行。
[0035]圖2是除濕系統的“去濕、制冷、加熱”原理示意圖。
[0036]進氣口 21、冷凝器22、半導體制冷器23、出氣口 24、散熱器25、活性炭26、出氣口27、超聲波霧化器28、室外排風口 29、閥門30、冷凝水31、霧化排風32、隔熱材料33。
[0037]室內潮濕空氣從進氣口 21進入冷凝器22中，水汽被冷凝成為水珠31，由閥門30下的管道排出，流入到超聲波霧化室28中，在超聲波的作用下霧化，通過排風從室外排風口 29排放到室外；冷凝(除濕)后的空氣經過閥門30，散熱器25加其加熱，同時活性炭26再吸附其中殘留水汽，最后干熱空氣通過出氣口 27排放到室內；這個過程不斷循環，把室內潮濕空氣轉變為干燥空氣，即除濕過程。散熱器25和冷凝器22之間裝有隔熱材料33 ；當電氣設備間溫度較室外高時，水汽是不會在室內凝結的，溫度升高到一定程度后，需要降溫，就要關閉閥門30，從進氣口 21進入的空氣被冷卻后從出氣口 24排放，輸送回室內；而散熱器的熱量則通過霧化排風32從室外排風口 29排除到室外，同時加熱活性炭26進行活性炭26活化過程；這個過程即制冷過程。當需要制熱時，可控制半導體制冷器23的直流輸入極性反轉，制冷過程就轉變為制熱過程。
[0038]圖3是本實用新型采用的PLC監控軟件流程圖:
[0039]過程如下:
[0040]監控柜需要對高層建筑電氣設備間內的各種參數進行監測，包括對各種安裝在電氣設備間內的電壓、電流是否正常，如果不正常則啟動報警，當電壓、電流都正常，則監測電氣設備間內的溫度、濕度和氣體濃度是否合格，當溫度不正常則啟動調溫系統；當濕度不正常則啟動除濕系統；當氣體不合格，例如二氧化碳、一氧化碳等含量不正常(發生火災)則啟動通風系統，如果溫度、濕度和氣體濃度超出設定值太多，也將進行報警，這樣就可以避免造成設備故障和隱患，保障高層綠色建筑電氣設備間電氣設備的安全運行。
[0041]具體應用實施例[0042]2010年南寧市某單位建設了一棟31層高樓，電氣控制室一到2_4月份的潮濕和25度天氣就很容易出現跳閘現象，2011年，該單位委托本發明人重新改造高層建筑電氣設備間，采用本實用新型的智能控制管理系統，在中心控制室內安裝包括主機、主控制臺、總控制室顯示屏和路由器構成的計算機，在高層建筑電氣設備間每一層的入口安裝通風裝置和除濕裝置，除濕裝置安裝在空氣入口處，監控柜6內安裝智能氣體傳感器14、智能溫度傳感器15、智能濕度傳感器16、智能電參數傳感器17、其它傳感器(煙感開關、熱釋電傳感器等)18、攝像頭和電氣柜6內的電壓、電流計連接，然后通過網絡傳輸到中心控制室內，2011年-2012年運行I年多以來，特別經歷2-3月份的潮濕天氣，使用狀況良好，沒有一次電路跳閘現象。
【權利要求】
1.高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，其特征在于:在中心控制室內安裝計算機系統，它包括主服務器、備用服務器、顯示器和通信網絡設備，在高層建筑每一層電氣設備間的監控柜內安裝智能監控器、傳感器、通信模塊和通風除濕系統，所述的智能監控器與傳感器連接進行數據采集；所述的傳感器包括溫度傳感器，攝像頭，濕度傳感器，氣體濃度傳感器和電壓、電流傳感器；設備間內還設有各種控制執行部件，智能監控器通過網絡傳輸模塊傳輸數據到中心控制室的計算機系統，或接收控制中心下發的指令，并執行控制指令，對電氣設備間的溫度、濕度、有害氣體濃度進行監控，使之在標準范圍內。
2.根據權利要求1所述的高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，其特征在于:智能控制管理系統還包括對高層建筑電氣設備間的門鎖進行監控的裝置。
3.根據權利要求1所述的高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，其特征在于:智能控制管理系統能夠與建筑物內消防系統連接。
4.根據權利要求1所述的高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，其特征在于:所述的通風除濕系統包括通風裝置和除濕裝置，所述的通風裝置有鼓風機和抽風機，采用豎向通風進行內外空氣循環；所述的除濕裝置裝在電氣設備間的進口，對氣體進行除濕，它包括冷凝室和活性炭吸附室，兩室中間安裝有半導體制冷凝器和隔熱材料，冷凝室安裝有冷凝器，冷凝室下部有濕氣出氣口和裝有閥門，將除去部分冷凝水的空氣通到活性炭吸附室，活性炭吸附室安裝有散熱器和活性炭，干燥氣體從活性炭吸附室上部的出氣口排出進入電氣設備間，活性炭吸附室下部安裝有超聲波霧化器。
5.根據權利要求1一 3任一項所述的高層建筑電氣設備間智能控制管理系統，其特征在于:中心控制室和電氣設備間的監控柜的智能監控器使用可編程邏輯控制器，通信方式采取工業控制總線RS485、TCP/IP和無線數字傳送器，溫度傳感器，攝像頭，濕度傳感器，氣體濃度傳感器和電壓、電流傳感器均采用智能型傳感器。
【文檔編號】G05B19/418GK203422658SQ201320536818
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年8月31日 優先權日:2013年8月31日
【發明者】范斯遠, 肖丹寧, 張海明, 蔣幸昌, 徐群英, 李小瑜, 吳廣意, 粟衛權, 陳肖梅 申請人:廣西華藍設計(集團)有限公司