CN106371396A - 具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置及控制方法，包括传感器组件、A/D转换器、PLC控制器、遮阳板和通风片，所述传感器组件实时采集相应信号后通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，然后传输入PLC控制器，PLC控制器根据接收到的实时传感器信号进行逻辑信号处理，最终实现对遮阳板和通风片角度的变化的控制。本发明将PLC应用在遮阳板装置中实现自动控制，同时遮阳装置中的遮阳板上安装通风口与通风片，这样既能遮阳又能保持通风效果，达到遮阳与通风之间的平衡。

Description

具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于建筑装置领域，具体涉及具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置及控制方法。

背景技术

节能建筑在欧洲发达国家起步较早，其主要措施为:改善建筑结构的保温性能、采用节能设备、最大限度地利用天然能源。其中所指天然能源主要是太阳能，而对于太阳能的利用主要体现在建筑的遮阳***上。欧洲发达国家经过多年的实践与发展，开发出了许多形式不同、各具特色的遮阳产品。

(1)条形板固定式遮阳帘，可根据不同地区的日照情况及建筑物不同部位的要求，通过选用不同开口率的龙骨，来决定条形板遮阳片的布置角度，从而达到不同透光率的要求。

(2)机翼型遮阳板，机翼型遮阳板因其极高的抗风压能力、更灵活的结构形式及对光线更合理的折射角度，一经推出，立即得到广泛应用。机翼型的遮阳板可根据不同的要求做成固定、电动可调及智能调控三种形式。目前该型产品也是欧洲应用最广泛的遮阳产品。

(3)百叶帘，由于百叶帘具有可以升降又可以调节角度的特性，使遮阳与采光、通风之间达到了平衡，因而在办公楼宇及民用住宅上得到了很大的应用。

在我国，以往的建筑更加注重建筑的外在形式，很少考虑建筑在遮阳、节能方面的要求，所以目前国内建筑中很少见到合理、有效的遮阳***。

随着国际和国内的能源形势越来越趋于紧张，且将在长时间范围内存在。面对不断涌现的高档建筑，在保证其室内工作环境舒适性指标(光照、温度等)的情况下，如何更合理、高效地利用天然能源，己越来越得到各级政府部门和相关科技人员的重视。

另外，PLC即可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，是一种取代传统继电器控制装置专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等优点。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，但还未见有关遮阳板角度PLC自动控制***的报道。

传统遮阳产品只是简单地遮住阳光，阻隔太阳辐射和避免眩光。目前的建筑物遮阳设备包括室内遮阳百叶、室外遮阳蓬、室外遮阳板等形式，有固定安装、人工控制、借助电动装置人工操作等几种控制方式。

目前，多数建筑遮阳时遮阳角度由管理人员自行控制，如室内达不到预期的舒适度时，立刻采取相应的措施，这种人为的控制办法，存在着管理人员工作强度大，同时不能实时监控具体环境条件的数值，进而不能立刻采取相应的措施，例如下雨时不能及时关闭遮阳板、天气转阴时不能及时开启遮阳板等等，这些都会间接影响建筑内部人员的工作与生活环境。

因此这些控制方式主要有如下缺陷:

(1)自动化水平不高，降低了人们的生活质量；

(2)不能与楼宇其它***联动，不能实现网络化控制；

(3)对入射的太阳光没有良好的控制。

同时，建筑外遮阳板在阻断直射阳光进入室内时，会较大幅度的改变建筑周围的局部风压，降低建筑表面的空气流速，对建筑内部的自然通风效果具有不同程度的阻碍作用，从而使室内风速有所降低。实测表明，在有遮阳的房间，室内风速约减弱22％～47％，风速的减弱程度和风场流向都与遮阳的设置方式有很大关系。同时建筑外遮阳板会将自己吸收的辐射热量直接传给外墙，很容易在遮阳板下方造成热空气之流，从而加速热量向室内传入。

因此，建筑外遮阳板在设计时应考虑到通风的作用，增加建筑外窗进风口的风压，对通风量进行调节，已达到自然通风散热的效果。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置及控制方法。

技术方案：本发明所述的一种具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置，包括传感器组件、A/D转换器、PLC控制器、遮阳板和通风片，所述传感器组件实时采集相应信号后通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，然后传输入PLC控制器，PLC控制器根据接收到的实时传感器信号进行逻辑信号处理，将控制指令通过输出端分别传入第一电机和第二电机，第一电机和第二电机分别根据PLC控制器的输出信号转动，从而驱动第一拉绳和第二拉绳控制遮阳板和通风片角度的变化；其中，所述传感器组件包括光传感器、雨雪传感器、风速传感器、遮阳板角度位移传感器和通风片角度位移传感器，分别实时采集光信号、雨雪信号、风信号、遮阳板角度位移信号和通风片角度位移信号；A/D转换器和PLC控制器均安装于室内墙壁，控制第一电机和第二电机。

其中，通风片与通风口的设置能够保证遮阳板不阻碍建筑外窗的通风，通风片可以采用与遮阳板相同的材质，通风片的尺寸、面积与通风口相同，依据实际情形而定。当室外是雨雪或者大风天气时，通风片在第二拉绳的作用下闭合，即通风片与遮阳板的角度为零，这样可以防止室外的不利天气影响到室内环境。

进一步的，所述电动遮阳板安装于窗户上方的墙壁上，遮阳板上并排设置有若干通风口，每个通风口的上沿均活动连接有通风片，且每个通风片的底部均通过第二拉绳串联，第二拉绳的另一端与第二电机上的连杆连接；遮阳板的底部设有与第一电机的连杆相连的第一拉绳。两个电机的正反转动分别带动第一拉绳和第二拉绳的伸缩，进而调整遮阳板和通风片的角度(通风片上下翻动，与遮阳板上的各个通风口之间的角度随之变化)。

进一步的，所述第一电机和第二电机均采用管状电机(例如12V或者24V)且均安装于室内，该管状电机采用220V直流电，可直接用室内的电源；墙壁上分别靠近第一电机和第二电机的位置处均设有伸出室外的套管，第一拉绳和第二拉绳均穿过相应套管与遮阳板和通风片连接；遮阳板角度位移传感器安装于遮阳板与外墙壁之间的夹角处附近，通风片角度位移传感器设置于通风片与遮阳板的夹角处附近，这样既能实时测得相应的角度位移变化又不妨碍遮阳板和通风片的闭合。

本发明还公开了一种具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)光传感器、雨雪传感器、风速传感器、遮阳板角度位移传感器和通风片角度位移传感器，分别实时采集光信号、雨雪信号、风信号、遮阳板角度位移信号和通风片角度位移信号，通过A/D转换器转换为数字信号后传输至PLC控制器；

(2)PLC控制器通过接收到的信号判断当前雨雪状态、风速状态、光照条件、遮阳板与墙壁之间的角度以及通风片与遮阳板之间的角度，然后PLC控制器根据这些数据信号，进行逻辑处理，分别控制第一电机和第二电机的转动；

(3)当检测到雨雪天气或者大风天气时，闭合遮阳板与通风片；当检测到阴天时，将遮阳板打开到最大角度，同时将通风片打开至与遮阳板之间的角度为45度，起到导风的作用。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用PLC控制器实现自动控制，在PLC控制器的控制下进行整体收放，在可调节遮阳板整体关闭状态下，不仅可很好地起到防盗作用，还可在PLC控制器控制下，根据时间、季节和天气情况调节遮阳板旋转角度，控制遮阳板的开闭程度，选择性地使室内保持较好的气密性和较高的建筑热工性能，使室内保持较好的通风和透光效果。

(2)本发明不仅可以实现遮阳板装置根据环境变化而变化的即时性和减少遮阳板角度控制需要的人力；而且可以极大的减小遮阳板对建筑外窗通风带来的遮挡作用，优化遮阳板的整体效果。

(3)本发明可以根据建筑本身的结构特点、功能以及当地的日照情况通过PLC内部程序的编写设定根据时间变化的遮阳板角度自动调控功能，实现建筑外遮阳装置的智能化操作，节省大量的人力，实时调整遮阳板和通风片的状态，无需人力监控与调节。

(4)本发明中的通风口，使得在遮阳板遮阳的同时，可以进行建筑外窗的自然通风，有效的减少了遮阳板对建筑自然通风的遮挡，增加建筑内部的自然通风。在通风口上沿安装通风片，通风片通风口通风的同时起到遮阳的作用，使遮阳板处于遮阳与通风的平衡之中。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中遮阳板结构示意图；

图4为本发明中建筑外窗结构图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1至图4所示，本发明的一种具有通风功能的建筑水平外遮阳板1自动控制装置，包括传感器组件、A/D转换器19、PLC控制器18、遮阳板1和通风片2，所述传感器组件实时采集相应信号后通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，然后传输入PLC控制器18，PLC控制器18根据接收到的实时传感器信号进行逻辑信号处理，将控制指令通过输出端分别传入第一电机15和第二电机16，第一电机15和第二电机16分别根据PLC控制器18的输出信号转动，从而驱动第一拉绳8和第二拉绳6控制遮阳板1和通风片2角度的变化；其中，所述传感器组件包括光传感器、雨雪传感器9、风速传感器10、遮阳板角度位移传感器14和通风片角度位移传感器7，分别实时采集光信号、雨雪信号、风信号、遮阳板角度位移信号和通风片角度位移信号。

在建筑外窗户12附近的墙壁13上安装雨雪传感器9、风速传感器10与光照传感器11。雨雪传感器9检测室内有无雨雪天气；风速传感器10检测室外有无大风天气；光照传感器11检测室外的有无阴天。该三个传感器将检测到的信号通过A/D转换器19输入到PLC控制器18中，PLC控制器18根据这些信号，进行逻辑处理，做出如何控制电机的指令，例如：当检测到雨雪天气或者大风天气时，闭合遮阳板1与通风片2；当检测到阴天时，将遮阳板1打开到最大角度，同时将通风片2打开至于遮阳板1之间的角度为45度，起到导风的作用。

上述的光照传感器11是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长，可采用ROHM光亮度传感器LSI(BH1600FVC)。雨雪传感器9是利用雨水的导电特性检测有无降雨；对于降雪，则先借助电加热融化雪为水，然后检测，本发明中可采用华控兴业的KY-YX型雨雪传感器97。风速传感器10是用于测量空气流动速度或者风量的传感器，利用传感器的自身发热，而风的速度与传感器的发热量成正比，通过这种方法将风速变换为电压，本发明可采用YGS-FS风速传感器10。

遮阳板角度位移传感器14和通风片角度位移传感器7是能分别实时采集遮阳板1与窗户12的外墙壁之间的角度以及遮阳板1与通风片2之间的夹角，这些角度位移信息通过A/D转换器19传至PLC传感器18，由PLC控制器18进行逻辑判断和控制，以便于根据实际情况调整角度，即遮阳板1和通风片2的开合角度情况。遮阳板角度位移传感器14与通风片角度位移传感器7可采用MIRAN米朗P4500型角度传感器。

本发明中，PLC控制器18可采用三菱系列PLC，例如FX2N-32MR型号，可采用通信电缆RS485或者RS232与其它电气设备进行通讯。A/D模块可以采用与其配套的三菱A/D转换模块A68AD型号。

控制遮阳板1和通风片2的第一电机15和第二电机16均采用直流电源的管状电机，电源可以直接来自于室内。每个电机的两端都安装有连动杆5，当电机转动时，带动连动杆5一起转动。当连动杆5转动时，分别带动第一拉绳8和第二拉绳6上下运动。第一拉绳8和第二拉绳6分别通过墙壁13内的相应套管4伸出墙外与室外的遮阳板1与通风片2相连接。套管4由坚固耐用的钢管制成，钢管的出口伸出墙壁13外侧稍许，采用这样的结构设计，使得当开启闭合的遮阳板1与通风片2时，可让相应拉绳对遮阳板1与通风片2产生水平方向的力，使遮阳板1与通风片2打开。

本发明的具体工作原理为：

本发明通过PLC控制器18实现遮阳装置的自动控制，遮阳板1的角度调节是以时间为原则，根据不同季节不同时间的太阳高度角与太阳方位角进行PLC控制程序编写，设定合适的遮阳角度。从而根据时间的变化控制第一电机15在设定的时间里进行建筑外遮阳角度的调节。同时根据分布在建筑外遮阳板1附近的光传感器、雨雪传感器9和风速传感器10装置采集室外环境参数，进一步根据天气情况达到室内环境最优化。

PLC控制器18的输入信号共分为四种：角度位移信号(包括遮阳板1与墙壁13的夹角角度位移信号和通风片2与遮阳板1的角度位移信号)、光照信号、风速信号和雨雪信号。信号由各个传感器发出，而传感器由传感元件、信号处理电路、无线收发电路等模块组成，采用无线收发。传感器的信号通过A/D转换器19传输入PLC的输入模块。PLC控制器18内部程序根据太阳的轨迹曲线，通过定时器的设置，使遮阳板1在特定时刻可以转动到合适的位置，得到遮阳与能耗的综合最佳效果。同时，PLC控制器18根据输入端接收到的实时传感器信号进行逻辑信号处理，将控制指令通过输出端最终传入第一电机15，第一电机15根据PLC的输出信号转动，从而驱动连动杆5与第一拉绳8控制遮阳板1角度的变化。

通风片2的角度调节则根据遮阳板1的角度来设定。为减少遮阳板1对建筑外窗自然通风的遮挡效果，在遮阳板1上设置若干并排的通风口3；为减少透过通风口3的太阳直射光，在每个通风口3上方均设置通风片2。为在遮阳与通风之间达到平衡，通风片2正常工作时角度设置与大地水平，因此通风片2与遮阳板1之间的角度是根据遮阳板1的角度设置，即通风片2与遮阳板1之间的角度等于90°减去遮阳板1的角度。通风片2的角度计算过程可以通过程序编写由PLC完成。PLC根据测得遮阳板1角度与计算出来的通风片2角度，控制通风片2第二电机16，驱动连动杆5和第二拉绳6控制通风片2与遮阳板1之间角度的变化。

实施例1：

根据PLC控制器18中的辅助继电器可以判断遮阳板1工作的实时时间，根据实时时间与太阳当时的运行轨迹，可以判断遮阳板1适合的遮阳角度。以江苏省南京市3月1日这一天为例，根据太阳高度角与太阳方位角，适合的遮阳角度如下：

时刻

8时

9时

11时

12时

13时

14时

15时

16时

角度

70度

60度

60度

60度

60度

60度

60度

70度

本实施例中，建筑外窗的尺寸以长1.5m，宽1.5m为例，相应的遮阳板1长度设为0.4m。

以上午8点为例，当上午8点时遮阳板1适宜角度为70度，PLC控制器18根据遮阳板角度位移传感器14传出的信号判断现在遮阳板1与墙壁13的角度，PLC控制器18将遮阳板1测量的实时角度与适宜角度(即70度)进行比较，经过PLC控制器18内部程序处理，得出控制指令，启动第一电机15进行旋转，并且带动连动杆5使第一拉绳8上升或下降，从而带动遮阳板1转动。当遮阳板1角度到达60度时，PLC控制器18接收到遮阳板角度位移传感器14发出的信号，做出第一电机15停止工作的指令，第一电机15随即停止转动。遮阳板1的角度也停止在60度时。

通风片2的角度控制与遮阳板1的角度控制原理与过程一样。上午8点时，当遮阳板1的角度为60度时，通风片2与遮阳板1的夹角则应为30度。根据通风片角度位移传感器7信号，PLC控制器18判断通风片2实时测量角度，再与预期角度(即30度)进行比较，做出控制指令，通过第二电机16控制第二拉绳6的运动，从而控制通风片2的角度定位在30度。

如果室外是雨雪或者大风天气，那么放置在建筑外窗附近的雨雪传感器9便会向PLC控制器18发出信号，PLC控制器18会使两个电机立即开启转动，将遮阳板1与通风片2同时闭合。如果室外是阴天，那么放置在建筑外窗附近的光照传感器11便会发出信号，通过PLC控制器18，使遮阳板1打开至最大遮阳角度即90度，同时通风片2与遮阳板1的夹角为45度，起到了向室内导风的效果。

通过上述实施例可以看出，本发明将PLC控制器18应用在遮阳板1装置中实现自动控制，同时遮阳装置中的遮阳板1上安装通风片2，这样既能遮阳又能保持通风效果，达到遮阳与通风之间的平衡；并且在本发明采用RS-485串行通讯，有利于与楼宇自动化***挂接，有效地实现了远程控制。

Claims (4)

1.一种具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置，其特征在于：包括传感器组件、A/D转换器、PLC控制器、遮阳板和通风片，所述传感器组件实时采集相应信号后通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，然后传输入PLC控制器，PLC控制器根据接收到的实时传感器信号进行逻辑信号处理，将控制指令通过输出端分别传入第一电机和第二电机，第一电机和第二电机分别根据PLC控制器的输出信号转动，从而驱动第一拉绳和第二拉绳控制遮阳板和通风片角度的变化；其中，所述传感器组件包括光传感器、雨雪传感器、风速传感器、遮阳板角度位移传感器和通风片角度位移传感器，分别实时采集光信号、雨雪信号、风信号、遮阳板角度位移信号和通风片角度位移信号。

2.根据权利要求1所述的具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置，其特征在于：所述电动遮阳板安装于窗户上方的墙壁上，遮阳板上并排设置有若干通风口，每个通风口的上沿均活动连接有通风片，且每个通风片的底部均通过第二拉绳串联，第二拉绳的另一端与第二电机上的连杆连接；遮阳板的底部设有与第一电机的连杆相连的第一拉绳。

3.根据权利要求1所述的具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置，其特征在于：所述第一电机和第二电机均采用管状电机且均安装于室内；墙壁上分别靠近第一电机和第二电机的位置处均设有伸出室外的套管，第一拉绳和第二拉绳均穿过相应套管与遮阳板和通风片连接；遮阳板角度位移传感器安装于遮阳板与外墙壁之间的夹角处，通风片角度位移传感器设置于通风片与遮阳板的夹角处。

4.一种根据权利要求1至3任意一项所述的具有通风功能的建筑水平外遮阳板自动控制装置的控制方法，其特征在于：

(1)光传感器、雨雪传感器、风速传感器、遮阳板角度位移传感器和通风片角度位移传感器，分别实时采集光信号、雨雪信号、风信号、遮阳板角度位移信号和通风片角度位移信号，通过A/D转换器转换为数字信号后传输至PLC控制器；

(2)PLC控制器通过接收到的信号判断当前雨雪状态、风速状态、光照条件、遮阳板与墙壁之间的角度以及通风片与遮阳板之间的角度，然后PLC控制器根据这些数据信号，进行逻辑处理，分别控制第一电机和第二电机的转动；

(3)当检测到雨雪天气或者大风天气时，闭合遮阳板与通风片；当检测到阴天时，将遮阳板打开到最大角度，同时将通风片打开至与遮阳板之间的角度为45度，起到导风的作用。