CN101188055A

CN101188055A - 分布式中央空调分户计费装置

Info

Publication number: CN101188055A
Application number: CNA2007100548321A
Authority: CN
Inventors: 杨东; 陈传伟; 李玉琴
Original assignee: ZHENGZHOU CHUNQUAN HVAC ENERGY-SAVING EQUIPMENT CO LTD
Current assignee: ZHENGZHOU CHUNQUAN HVAC ENERGY-SAVING EQUIPMENT CO LTD
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2008-05-28

Abstract

本发明涉及一种分布式中央空调分户计费装置。一种分布式中央空调分户计费装置，含有分户计费管理单元以及风机盘管状态检测设备；分户计费管理单元通过其下行通讯模块与风机盘管状态检测设备连接，所述分户计费管理单元核心CPU模块中CPU的四个I/O端口分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，CPU的复位端与监时器的复位端连接；CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，分户计费管理单元通过上行通讯模块连接上位机；CPU的DINT、DOUT分别与现场显示模块的对应接口DINT、DOUT连接。本发明中央空调分户计费装置对用户多台风机盘管的计量数据进行采集、传输和计费管理，实现了中央空调分户使用的“一户一表”。

Description

分布式中央空调分户计费装置

(一)技术领域：

本发明涉及一种中央空调计费装置，特别是涉及一种分布式中央空调分户计费装置。

(二)背景技术：

随着人们生活水平的日益提高，中央空调得到普遍使用，由于中央空调传统计费方式存在很大弊端，不利于节能降耗，不利于环保和社会的长远发展因此，实施中央空调分户按量计费是迫在眉睫。为能实现利用一个中央空调计费装置实现多台风机盘盘的计量数据采集和计费，相关技术人员提出了方便用户使用的中央空调分户计量装置，例如中国实用新型专利ZL00246492.6，公告号CN 2436915Y的公共式中央空调分户计费装置，专利号为ZL 01229053.X，公告号为CN 2482656Y的计费型中央空调温度控制器，它们分别解决了空调在不同使用状况下的计费问题，实现了中央空调分户计量集中管理及计量数据保存功能，但是计量方法还存在着一定程度的局限性，没有充分实现按需计费和经过缜密科学计算的按量计费，不利于中央空调用户本着节约原则更加积极的降低能源消耗，明明白白消费。

本申请人专利：ZL 200620030176.2(授权公告日：2007年4月18日，授权公告号CN 2890846Y)公开的一种分户式多端口中央空调计费器，含有主处理器及外围电路，内置或外接存储器或保护电路，所述的主处理器联接有至少一个副CPU，每个副处理器CPU通过其串行通讯端口RXD和TXD与主处理器CPU设定的两个I/O端口联接，所述副处理器CPU的I/O端口分别联接中央空调风机盘管高、中、低档风机状态信号输出端，实现了中央空调分户计费的多端口，实现分户的多个风机的计费计量，并具有欠费禁用功能，方便集中管理。其计费原理基于本申请人的发明专利申请中央空调当量能量计费方法：通过计量中央空调风机盘管运行的有效果时间，利用W＝∑Pi*ti(注：W：当量能量值；Pi：风机盘管相应档位的标准功率，由厂家提供；ti：风机盘管对应档位的“有效”运行时间，即中央空调供水温度制冷时小于T0，采暖时大于T1时间内的运行时间)公式计算出该台中央空调风机盘管消耗的计算能量，并以此计算能量在中央空调系统总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用。

其不足之处是：多端口中央空调计费器的CPU模块之间是直接通讯，各个风机状态等信息的采集是由端口直接现场采集，集成度高，但是CPU之间通讯距离短，并且受CPU的I/O的限制，不便于应用超过10台风机数量的情况；信号采集线是由设备端口现场检测采集，每个端口的状态采集线均需接入设备，因此实施时布线密集易干扰。

(三)发明内容：

本发明针对现有技术中央空调计费器存在的问题，提出一种多空调计量的分布式中央分户空调计费装置，实现分户多台风机盘管的计量数据采集、传输和计费管理，实现中央空调的“一户一表”。

本发明采用的技术方案：

一种分布式中央空调分户计费装置，含有分户计费管理单元以及一定数量的对应连接用户风机盘管的风机盘管状态检测设备；所述分户计费管理单元通过其下行通讯模块与风机盘管状态检测设备连接，分户计费管理单元通过其现场显示模块接口连接现场显示器，电源模块为分户计费管理单元提供工作电源，所述分户计费管理单元还含有：核心CPU模块，监时存贮模块，上行通讯模块，核心CPU模块中CPU的四个I/O端口(WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA)分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，CPU的复位端(RST)与监时器的复位端(RST)连接；CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，分户计费管理单元通过上行通讯模块连接上位机；CPU的RXD2、TXD2分别与下行通讯模块的对应接口RXD2、TXD2连接；CPU的DINT、DOUT分别与现场显示模块的对应接口DINT、DOUT连接。

所述的分布式中央空调分户计费装置，分户计费管理单元还含有阀门控制/检测模块、运行指示模块，以实现欠费禁用和使用维护；阀门控制/检测模块采用光耦521实现强弱电隔离，阀门控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源，阀门控制/检测模块的隔离检测输出端(CHECK1)连接核心CPU模块中CPU的一个I/O接口；阀门控制/检测模块的输入控制端(CONT1)连接CPU的一个I/O接口，阀门控制/检测模块的控制输出端(OUT1)控制连接用户分户控制阀门或风机盘管工作回路电源，以实现欠费禁用。

所述的分布式中央空调分户计费装置，现场设有中央空调供水温度检测模块，以满足条件的中央空调供水温度为依据实现有效果计费，CPU的DQ与现场显示模块的对应接口DQ连接，作为温度采集接口连接温度检测设备；所述计费装置或者不设置中央空调供水温度检测模块，有效果信号由分户计费管理单元接收上位机信号确定。

所述的分布式中央空调分户计费装置，风机盘管状态检测设备含有CPU模块、监时存贮模块、上行通讯模块、档位识别模块、运行指示模块以及电源模块，CPU模块中CPU的四个端口CS、SO、SCK、SI分别与监时存贮模块的对应接口CS、SO、SCLK、SI连接；CPU的复位端RA5与监时器的复位端RST通过电阻R6连接，CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接；CPU的F1、H1、M1、L1分别和档位识别模块的对应接口F1、H1、M1、L1连接。

所述的分布式中央空调分户计费装置，分户计费管理单元下行通讯模块采用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线通讯方式，或BUS总线通讯方式；上行通讯方式采用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线通讯方式，或LONWORK总线，或BUS总线通讯方式。

本发明的积极有益效果：

1、中央空调用户每户配制一套分布式中央空调计费装置，每套分布式中央空调计费装置包括分户计费管理单元和多个风机盘管状态检测设备，分户计费管理单元和风机盘管状态检测设备之间采用可靠的现场总线通讯，远程信号采集，通讯距离远，安装时就有更大的灵活性，风机盘管状态检测设备的布局更灵活方便，易于扩展，管理单元和风机检测器之间可以采用不同的通讯总线方式，理论上可管理256台风机盘管或更多。

2、本发明分布式中央空调计费装置包括分户计费管理单元和多个风机盘管状态检测设备，分户计费管理单元含有CPU模块、监时存贮模块、上行通讯模块、下行通讯模块、现场显示模块和电源模块等基本模块组成，可以实现计量信息永久保存，现场显示；设有上行通讯接口与上位机连接，可上传给集中抄表管理系统，使用方便、计费准确、计费数据信息保存时间长。风机盘管状态检测设备就近与风机连接，远程信号采集，检测采集线更短、更准确、更安全，风机检测器和管理单元之间依靠总线通讯收集信息，信息采集可靠、安全且便于安装，适合扩展。

3、本发明中央空调分户计费装置设计合理，安装简单，使用、维修方便，成本低廉，计量准确，实现“按需使用，按量收费”的客户要求，实现中央空调的“一户一表”，具有极好的推广应用价值。用户操作简单，状态显示直观，能促进用户合理消费，节约能源，降低空调设备负荷，延长设备使用寿命。

4、本发明中央空调分户计费装置，设备的联网的总线接入方式可以依照不同的情况有更多的选择，上行通讯、下行通讯可以采用如RS485、BUS、CAN、LONWORK等等，选择更灵活，兼容性更好。

5、中央空调用户可以通过本发明的控制接口，根据自己的情况选择安装电动调节阀，通过电动调节阀实现变流量节能降耗功能，既解决了传统风机盘管电动阀门过多和控制失败问题，又达到变流量节能的目的。

本发明通过在每户中央空调的入口处配制电动阀门，可以实现欠费禁用功能：直接通过管理中心电脑下达禁用关闭用户中央空调入口处电动阀门，切断用户中央空调循环水；若没有安装电动阀门时，通过管理中心电脑下达禁用指令切断用户风机盘管工作回路电源实现远程控制。

(四)附图说明：

图1：分布式中央空调分户计费装置的分户计费管理单元功能模块示意图

图2：分户计费管理单元核心CPU模块电路原理示意图

图3：分户计费管理单元的监时存贮模块电路原理示意图

图4：分户计费管理单元的阀门控制/检测模块电路原理示意图

图5：分户计费管理单元的上行通讯模块电路原理示意图

图6：分户计费管理单元的下行通讯模块电路原理示意图

图7：分户计费管理单元的现场显示模块电路原理图(含现场温度检测接口)

图8：分户计费管理单元的运行指示模块电路原理示意图

图9：分户计费管理单元的电源模块电路原理示意图

图10：风机盘管状态检测设备功能模块示意图

图11：风机盘管状态检测设备的中央处理器CPU模块

图12：风机盘管状态检测设备的监时存贮模块

图13：风机盘管状态检测设备的上行通讯模块

图14：风机盘管状态检测设备的档位识别模块

图15：风机盘管状态检测设备的中央处理器CPU模块二

图16：风机盘管状态检测设备的上行通讯模块二(采用RS485总线)

图17：风机盘管状态检测设备的上行通讯模块三(采用CAN总线)

图18：分户计费管理单元的下行通讯模块二(采用RS485总线)

图19：分户计费管理单元的下行通讯模块三(采用CAN总线)

图20：分户计费管理单元的上行通讯模块二(采用BUS总线)

图21：分户计费管理单元的上行通讯模块三(采用CAN总线)

图22：分布式中央空调计费装置逻辑图

图23：分布式中央空调计费装置控制/调节阀自动控制逻辑图

(五)具体实施方式：

实施例一：本发明分布式中央空调分户计费装置，包括一个分户计费管理单元，以及一定数量的对应连接用户风机盘管的风机盘管状态检测设备；所述分户计费管理单元原理结构框图参见图1，分户计费管理单元通过下行通讯模块与风机盘管状态检测设备连接，分户计费管理单元通过其现场显示模块接口可以实现计费信息现场显示，分户计费管理单元还含有核心CPU模块(电路原理示意图见图2)，监时存贮模块(电路原理示意图见图3)，上行通讯模块(电路原理示意图之一见图5)，图6为下行通讯模块采用BUS总线通讯方式的电路原理示意图，分户计费管理单元中，U1为CPU，U2为监时存贮器，U3为下行通讯BUS总线通讯主芯片，U4为上行通讯RS485总线通讯芯片，

本实施例核心CPU模块中央处理器采用89S52，在具体实施中，CPU也可以采用AT89C52、P89C54BP和P89C58A，或MC68HC11A8、MC68HC11E9、MC68HC16，或PIC16C877A，或EM78P447，或MSP430F147和MSP430F435、E78C52D、E78E58B中的任意一种，CPU的四个I/O端口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，CPU的复位端RST与监时器的复位端RST连接；CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，分户计费管理单元通过上行通讯模块连接上位机；CPU的RXD2、TXD2分别与下行通讯模块的对应接口RXD2、TXD2连接；CPU的DINT、DOUT分别与现场显示模块的对应接口DINT、DOUT连接。

图7为计费管理单元的现场显示模块(含现场温度检测接口)，图9为本实施例分布式中央空调分户计费装置电源模块电路原理示意图，其中U5为三端稳压器，电源模块为分户计费管理单元提供工作电源。

图10为本发明中央空调分户计费装置的风机状态检测设备结构框图，风机盘管状态检测设备含有CPU模块(电路原理示意图参见图11)、监时存贮模块(电路原理示意图参见图12)、上行通讯模块(电路原理示意图之一见图13)、档位识别模块(电路原理示意图见图14)和运行指示模块，电源模块，CPU的四个端口CS、SO、SCK、SI分别与监时存贮模块的对应接口CS、SO、SCLK、SI连接；CPU的复位端RA5与监时器的复位端RST通过电阻R6连接，CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接；CPU的F1、H1、M1、L1分别和档位识别模块的对应接口F1、H1、M1、L1连接。图示U1为CPU模块，U2为下行通讯BUS总线通讯从芯片，U7为监时存贮器。

本实施例分户计费管理单元和风机状态检测设备之间的通讯采用用BUS总线，分户计费管理单元与上位机通讯采用RS485总线，有效果信号由分户计费管理单元现场检测，现场设有中央空调供水温度检测模块，以实现有效果计费，CPU的DQ与现场显示模块的对应接口DQ连接，为温度采集接口。

本实施例分布式中央空调分户计费装置，可以通过设置阀门控制/检测模块(电路原理示意图见图4)和运行指示模块(电路原理示意图见图8)，以实现欠费禁用和使用维护；阀门控制/检测模块采用光耦521实现强弱电隔离，阀门控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源，阀门控制/检测模块的隔离检测输出端CHECK1连接核心CPU模块CPU的一个I/O接口；阀门控制/检测模块的输入控制端CONT1连接CPU的一个I/O接口，阀门控制/检测模块的控制输出端OUT1控制连接用户分户控制阀门或风机盘管工作电源回路，以实现欠费禁用。

图23为电动调节阀自动控制逻辑图。

图22为分布式中央空调计费设备逻辑图。当装置工作后，CPU模块通过档位识别模块得到正确的风机运行状态，结合是否有效果信号，对风机运行情况进行分档位计量，只有风机开且有效果时才进行计量。根据信息使阀门控制/检测模块打开或关闭，得到相应的输出信号。装置定时进行温度采集(温度采集接口在现场显示模块中)，按预定逻辑设置得到是否属于有效果，并将是否有效果信号通过下行通讯模块向风机状态检测设备发送，同时从风机状态检测设备得到当前风机实时的状态和当前计量值。装置可以通过上行通讯模块向上位机传递现场信息。装置及时将当前用户的各种信息送往现场显示模块，供用户查看。装置通过监时存贮模块定时进行数据存储备份，有效保证数据的安全性。分户计费管理单元可以实现自动开关电动阀门以达到节能降耗：在允许用户使用的情况下，当用户第一台风机盘管启动时，入户总电动阀门打开，当用户所有风机盘管关闭时，入户总电动阀门关闭，以每户为一个单元实现中央空调系统的变流量节能控制，既解决了传统风机盘管电动阀门过多和控制失败问题，又达到变流量节能的目的。当用户被禁用时，阀门一直被控制关闭，切断用户中央空调循环水，禁止用户使用，直至上位机解除该设备的禁用。设备定时通过监时存贮模块进行数据存储，保护数据，并可以显示或查询用户的各个风机盘管当前状态，供水温度，上月费用等计费信息。

本发明分布式中央空调分户计费装置，主要用于计量中央空调风机盘管运行的有效果时间，利用W＝∑Pi*ti(注：W：当量能量值；Pi：风机盘管相应档位的标准功率，由厂家提供；ti：风机盘管对应档位的“有效”运行时间，即中央空调供水温度制冷时小于T0，采暖时大于T1时间内的运行时间)公式计算出该台中央空调风机盘管消耗的计算能量，并以此计算能量在中央空调系统总计算能量中所占比例分摊中央空调的费用，即中央空调的当量能量计费法。

实施例二：具体电路参见图15，图3～图7，图9～图14。本实施例同样可以有n个风机盘管状态检测设备，n是大于或等1的自然数。其与实施例一的区别在于：核心CPU模块中央处理器采用P87C591-PLCC，电路原理示意图参见图15，其各模块连接关系基本相同，另外现场显示模块中温度采集接口不接传感器，有效果信号由分户计费管理单元接收上位机信号确定。

实施例三：具体电路参见图2～图7，图9～图14。分户计费管理单元和风机状态检测设备之间的通讯采用用BUS总线，分户计费管理单元与上位机通讯采用RS485总线，有效果信号由分户计费管理单元现场检测，装置带有现场显示模块。与实施例一的区别在于：用户没有安装入户阀门，阀门控制/检测模块输出连接至户内风机电源，因此分户计费管理单元不再进行自动流量开关控制，只能实现用户禁用功能，就是可以通过控制用户所有风机盘管的总工作回路电源来实现禁止或允许用户使用空调。

实施例四：具体电路及连接关系参见图2～图5，图7～图14，本实施例分户计费管理单元与上位机通讯采用RS485总线，有效果信号由分户计费管理单元现场检测，装置带有现场显示模块。其与实施例一的区别分别在于，实施例四分户计费管理单元和风机状态检测设备之间的通讯(下行通讯)采用RS485总线取代实施例一的BUS总线(电路原理示意图参见图18)，CPU和通讯模块连接关系：CPU的COM_DOWN、RXD2、TXD2分别和图18中的C_CON2、RXD_X、TXD_X对应连接，输出为COMA、COMB；上行通讯模块电路原理参看图16，在风机状态检测设备中，图11中CPU的第6脚、RXD、TXD分别和图16中的C_CON、RXD_N、TXD_N对应连接，输出为COMA、COMB。

实施例五：具体电路及连接关系参见图2～图5，图7～图14，本实施例分户计费管理单元与上位机通讯采用RS485总线，有效果信号由分户计费管理单元现场检测，装置带有现场显示模块。其与实施例一的区别分别在于，分户计费管理单元和风机状态检测设备之间的通讯(下行通讯)采用CAN总线取代实施例一的BUS总线(电路原理示意图参见图19)。其中CPU替换为P87C591或其它带CAN控制器的单片机，端口定义同图2，与其它模块端口对应连接。其中通讯连线改动为：图18中CPU的RXD2、TXD2分别和中的RXD_X2、TXD_X2对应连接。输出为COMA、COMB。

参看图15、图17，状态检测设备中，其中通讯连线改为：图15中的CPU的RXD、TXD分别和图17中的RXD_N、TXD_N对应连接。输出为COMA、COMB。

实施例六：本实施例与实施例一的区别，分户计费管理单元和与上位机通讯采用BUS总线。参看图20，在分户计费管理单元中，上行通讯模块与其它模块端口对应连接，通讯连线为：图2中CPU的RXD、TXD分别和图20中的RXD_Y、TXD_Y对应连接。

实施例七：本实施例与实施例一的区别，分户计费管理单元和与上位机通采用CAN总线。参看图21，在分户计费管理单元中，上行通讯模块与其它模块端口对应连接。通讯部分连线为：图21中的RST、ALE、CS2、RD、WR、INT_CAN、AD0-AD7分别与图2中CPU的RST、第30脚ALE、第28脚P2.7、第17脚/RD、第16脚/WR、第13脚INT1、第39-32脚P0.0-P0.7对应连接。图21中的CAN控制器和收发器对应连接。

Claims

1.一种分布式中央空调分户计费装置，含有分户计费管理单元以及一定数量的对应连接用户风机盘管的风机盘管状态检测设备；所述分户计费管理单元通过其下行通讯模块与风机盘管状态检测设备连接，分户计费管理单元通过其现场显示模块接口连接现场显示器，电源模块为分户计费管理单元提供工作电源，其特征是：所述分户计费管理单元还含有：核心CPU模块，监时存贮模块，上行通讯模块，核心CPU模块中CPU的四个I/O端口(WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA)分别与监时存贮模块的对应接口WDOG、W_SO、W_CLK、W_DATA连接，CPU的复位端(RST)与监时器的复位端(RST)连接；CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接，分户计费管理单元通过上行通讯模块连接上位机；CPU的RXD2、TXD2分别与下行通讯模块的对应接口RXD2、TXD2连接；CPU的DINT、DOUT分别与现场显示模块的对应接口DINT、DOUT连接。

2.根据权利要求1所述的分布式中央空调分户计费装置，其特征是：分户计费管理单元还含有阀门控制/检测模块、运行指示模块，以实现欠费禁用和使用维护；阀门控制/检测模块采用光耦521实现强弱电隔离，阀门控制/检测模块的输入端连接阀门工作电源，阀门控制/检测模块的隔离检测输出端(CHECK1)连接核心CPU模块中CPU的一个I/O接口；阀门控制/检测模块的输入控制端(CONT1)连接CPU的一个I/O接口，阀门控制/检测模块的控制输出端(OUT1)控制连接用户分户控制阀门或风机盘管工作回路电源，以实现欠费禁用。

3.根据权利要求2所述的分布式中央空调分户计费装置，其特征是：现场设有中央空调供水温度检测模块，以满足条件的中央空调供水温度为依据实现有效果计费，CPU的DQ与现场显示模块的对应接口DQ连接，作为温度采集接口连接温度检测设备；所述计费装置或者不设置中央空调供水温度检测模块，有效果信号由分户计费管理单元接收上位机信号确定。

4.根据权利要求1或2或3所述的分布式中央空调分户计费装置，其特征是：风机盘管状态检测设备含有CPU模块、监时存贮模块、上行通讯模块、档位识别模块、运行指示模块以及电源模块，CPU模块中CPU的四个端口CS、SO、SCK、SI分别与监时存贮模块的对应接口CS、SO、SCLK、SI连接；CPU的复位端RA5与监时器的复位端RST通过电阻R6连接，CPU的RXD、TXD分别与上行通讯模块的对应接口RXD、TXD连接；CPU的F1、H1、M1、L1分别和档位识别模块的对应接口F1、H1、M1、L1连接。

5.根据权利要求1所述的分布式中央空调分户计费装置，其特征是：分户计费管理单元下行通讯模块采用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线通讯方式，或BUS总线通讯方式；上行通讯方式采用RS485总线通讯方式，或者采用CAN总线通讯方式，或LONWORK总线，或BUS总线通讯方式。