CN102052734A - 一种空调机组能量控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种空调机组能量控制的方法，包括步骤：A、获取用户设置的设定温度和空调机组的当前温度，以及空调机组当前能量状态；B、根据获取的所述设定温度、空调机组的当前温度及空调机组当前能量状态计算空调机组能量状态需要被调节的时间点和调节趋势；C、在所述被调节时间点，以所述调节趋势对空调机组当前能量状态进行调节。此外，本发明还提供了一种空调机组能量控制的装置。本发明可以实现根据设定温度和当前温度对空调机组做出稳定的能量控制。

Description

一种空调机组能量控制装置及方法

技术领域

本发明涉及空调机组领域，特别是指一种空调机组能量控制领域。

背景技术

目前市场上的空调机组，特别是中央空调机组广泛采用螺杆式压缩机作为定制空调冷热量的压缩机。对于压缩机能量控制的精准度，直接影响到整个空调机组运行的好坏和节能与否。目前对于压缩机能量控制大多采用回差式控制方法，即在制冷条件下当水温达到目标或目标加回差温度时，空调机组才能够加载能量；当水温低于目标或目标减回差温度时，空调机组开始卸载能量。如果在水温波动较大的环境下，这样的控制方式就不能及时根据水温来调节压缩机能量状态。

申请号为200420043739.2的中国专利申请公开了一种模块控制精密空调系统，通过把温湿度传感器感应到的温湿度和用户设定的温湿度输入进控制器，在控制器里将所述两种温湿度值转化成相应的焓值并通过焓差进行比较计算，输出一个PID控制值，使空调系统根据控制器输出的PID控制值，决定压缩机的启动数量和何时启动。该发明公开的系统实现的压缩机能量控制方法，在一定程度上提高了压缩机的控制精度，降低了能耗，但是并没有能够有效地防止能量波动太大而造成的能量损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种空调机组控制装置及方法，以实现对空调机组稳定的能量控制。

本发明提供的一种空调机组能量控制的方法，包括步骤：

A、获取用户设置的设定温度和空调机组的当前温度，以及空调机组当前能量状态；

B、根据获取的所述设定温度、空调机组的当前温度及空调机组当前能量状态计算空调机组能量状态需要被调节的时间点和调节趋势；

C、在所述被调节时间点，以所述调节趋势对空调机组当前能量状态进行调节。

由上可以看出，通过上述步骤可以实现对空调机组稳定的能量控制，并在一定程度上降低了能耗。

上述的方法中，其特征在于，所述步骤B包括子步骤：

BX：根据获取的所述设定温度和空调机组的当前温度进行第一次PID调节计算出要达到设定温度所需的空调机组能量状态；

BY：将步骤BX计算出的能量状态与空调机组当前能量状态进行比较，判断出当前空调机组能量状态的调节趋势；

BZ：根据所述设定温度和空调机组的当前温度的差值以及空调机组的当前温度，进行第二次PID调节计算出空调机组能量状态需要被调节的时间点。

由上可以看出，采用两次PID调节计算可以在一定程度上提高了压缩机的控制精度，更加精确地进行空调机组能量控制。

上述的方法中，其特征在于，步骤BX中所述进行第一次PID调节计算前还包括步骤：

所述设定温度和空调机组当前温度之差在设定范围内时返回步骤A。

由上可以看出，在所述设定温度和空调机组当前温度之差在设定范围内时不对空调机组能量状态进行调节，可以有效地防止空调机组能量状态波动过大。

上述的方法中，其特征在于，所述PID调节为位置式PID调节方式。

由上可以看出，由于位置式PID算法是全量输出，每次输出与整个过去状态有关，因此可以准确地反映出当前空调机组能量状态的调节趋势和时间点。

上述的方法中，其特征在于，所述空调机组包括不同的压缩机，还包括：判断各台压缩机的累计运行时间；

当所述调节趋势为加载时，步骤C所述对空调机组当前能量状态进行调节包括：控制累计运行时间短的压缩机先加载，且当所加载的压缩机工作满负荷时，再根据累计运行时间的短长依次加载其他压缩机；

当所述调节趋势为卸载时，步骤C所述对空调机组当前能量状态进行调节包括：控制累计运行时间长的压缩机先卸载，且当所卸载的压缩机停止工作时，再根据累计运行时间的长短依次卸载其他压缩机。

由上可以看出，本发明的燃气热水器能量控制方法还可以控制由不同压缩机组成的空调机组，且在空调机组启动或加卸载过程中，不会出现两台以上压缩机同时动作，既可以避免同时启动多台压缩机产生的对电网的冲击，又能够保证各个压缩机的工作时间相对平均，不会出现有的压缩机因工作时间过长而过早出现故障，而有的压缩机因工作时间过短甚至闲置，造成浪费。

上述的方法中，其特征在于，所述空调机组中不同压缩机间的加载和卸载的时间间隔由第二次PID调节计算。

由上可以看出，上述方法可以准确地计算出不同压缩机启动或加卸载时间点。

本发明提供的一种空调机组能量控制装置，包括：

定值模块，用于确定空调机组工作的设定温度和空调机组当前能量状态；

测量模块，用于测量空调机组的当前温度；

调节模块，用于将来自定值模块的设定温度和测量模块的当前温度进行比较后，按照PID调节规律计算出空调机组能量状态调节趋势，并将计算结果与来自定值模块的当前空调机组能量状态作比较判断出当前空调机组能量状态需要被调节的时间点；

执行调节模块，用于在调节模块计算出的时间点时对空调机组能量状态进行所述调节趋势方向的调节。

由上可以看出，上述装置可以实现本发明提供的一种空调机组能量控制方法产生的技术效果。

附图说明

图1为空调机组能量控制装置的结构图；

图2为空调机组能量控制方法的流程图。

具体实施方式

下面以空调机组能量控制装置应用于采用级数调节的螺杆式压缩机的中央空调机组为例，对本发明提供的空调机组能量控制装置进行说明，如图1示出了本发明装置的结构，包括：定值模块1，测量模块2，调节模块3和执行调节模块4。其中：

定值模块1用于确定目标温度和当前空调机组能量状态。在本实施例中，用户通过空调控制面板设置目标温度给定值模块1以作为设定温度Ts，定值模块1记录下当前空调机组能量状态后，将目标温度及所述能量状态发送给调节模块3。

测量模块2用于测量空调机组运行过程中机组实际的出(回)水温度，即当前温度Td。在本实施例中，使用温度传感器测量出空调机组运行过程中机组的当前温度Td，并将所述温度发送给调节模块3。

调节模块3用于将来自定值模块1的设定温度Ts和测量模块2的作为实际的出(回)水温度的当前温度Td进行比较后，按比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，PID)调节规律进行运算，并将运算结果与来自定值模块1的当前空调机组能量状态作比较，判断出当前空调机组能量状态需要被调节的时间点后发出相应的空调机组能量状态调节信号。在本实施例中，采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)作为调节模块3。接收到来自定值模块1和测量模块2的相关数据后，首先采用第一次PID调节计算出要达到目标温度所需的空调机组能量状态(在目标温度与机组实际出(回)水温度相等或相近的区域中，即设定温度和空调机组当前温度之差在设定范围内时，不进行第一次PID调节)，然后将该能量状态与来自定值模块1的当前空调机组能量状态作比较：如果所述两种状态的比较结果为相同，则发出当前空调机组能量状态保持不变的调节信号；如果所述两种状态的比较结果为不相同，则根据目标温度与测量温度的差值和空调机组运行过程中机组实际的出(回)水温度采用第二次PID调节计算出当前空调机组能量状态调节所需的能量调节时间，并发出按照所述调节时间加减当前空调机组能量状态的调节信号。

执行调节模块4用于根据来自调节模块3的调节信号对空调机组实施能量调节。本实施例根据空调机组使用的压缩机本身特性、出(回)水温度及压缩机吸排气压力计算出空调机组能量状态变化的调节量，并根据来自调节模块3的调节信号，在相应的时间点控制空调机组能量调节阀对所述空调机组能量状态进行调节。

下面对本发明方法应用于采用级数调节的螺杆式压缩机的中央空调机组能量控制进行说明。

本实施例在空调机组能量控制过程中根据当前温度Td及由用户设置的设定温度Ts，通过PID计算出当前空调机组能量状态需要被调节的趋势及能量调节时间，对空调机组能量状态做出相应的调节。其中与本实施例相关的各个参数值为：

设定温度Ts，为用户设定的温度值；

当前温度Td，为空调机组运行过程中机组实际的出(回)水温度；

能量调节时间t，为空调机组压缩机从当前工作能量状态调到另外一个状态所需要的时间间隔；

当前空调机组能量状态N，为当前空调机组压缩机的工作能量状态；

目标能量状态M，为根据当前温度Td和设定温度Ts通过PID计算出的要达到设定温度Ts所需要的能量。

本实施例空调机组能量控制方法，以制冷过程为例，参见图2示出的流程图进行说明，包括以下步骤：

步骤201-202：空调机组开机并启动其外围设备(如水泵、风机等)，由定值模块1获取设定温度Ts和当前空调机组能量状态N。

步骤203-204：测量模块2获取当前温度Td，当空调机组外围设备的运行达到当前温度Td满足压缩机启动条件时，启动压缩机，否则返回至步骤202。

步骤205-206：压缩机开启后首先进入最小工作能量状态阶段，随即调节模块3将设定温度Ts和当前温度Td作比较，当设定温度Ts与当前温度Td两值之差在设定范围内时(即Ts与Td相等或相接近时)，继续返回本步骤对Ts和Td进行比较，否则执行第一次PID调节计算出目标能量状态M，并进入步骤207。

步骤207：调节模块3将第一次PID调节计算出的目标能量状态M与当前空调机组能量状态N作比较，判断出当前空调机组能量状态N需要被调节的趋势，当目标能量状态M大于当前空调机组能量状态N时，发出当前空调机组能量状态N需要加载的调节信号并进入步骤A001-A003；当目标能量状态M等于当前空调机组能量状态N时，发出当前空调机组能量状态N保持不变的调节信号并进入步骤B001；否则发出当前空调机组能量状态N需要卸载的调节信号并进入步骤C001-C003。

步骤A001-A003为当前空调机组能量状态N加载调节步骤，具体如下：

步骤A001-A002：调节模块3进行第二次PID调节计算出当前空调机组能量状态N需要加载能量的时间间隔(能量调节时间t)，判断是否达到能量调节时间t时，若否，则返回至步骤A002继续判断，若是，则进入步骤A003。

步骤A003：执行调节模块4根据当前空调机组能量状态N需要被加载的调节信号对当前空调机组能量状态N进行加载调节，加载完成后返回至步骤205开始重新将设定温度Ts和当前温度Td作比较。

步骤B001为保持当前空调机组能量状态N不变的步骤，具体为：执行调节模块4根据当前空调机组能量状态N保持不变的调节信号保持当前空调机组能量状态N不变，并返回至步骤205开始重新将设定温度Ts和当前温度Td作比较。

步骤C001-C003为当前空调机组能量状态N卸载调节步骤，具体如下：

步骤C001-C002：调节模块3进行第二次PID调节计算出当前空调机组能量状态N需要卸载能量的时间间隔(能量调节时间t)，判断是否达到能量调节时间t，若否，则返回至步骤C002继续判断，若是，则进入步骤C003。

步骤C003：执行调节模块4根据当前空调机组能量状态N需要被卸载的调节信号对当前空调机组能量状态N进行卸载调节，卸载完成后返回至步骤205开始重新将设定温度Ts和当前温度Td作比较。

在实际工作中，根据有级数调节的螺杆式压缩机的实际工作能量很难和需要达到的工作能量正好匹配，故为了防止工作能量变化的波动过大，本实施例通过步骤206，设定温度Ts与当前温度Td相等或近乎于相等时为一个死区，在该区域中第一次PID调节不对当前空调机组能量状态N进行调节。

在上述实施例中，为了实现快速达到目标温度的目的，在确定当前空调机组能量状态N应该变化的趋势后，进一步确定该趋势变化的快慢，即计算能量调节时间t。其中，步骤A001和步骤C001中的第二次PID调节是根据设定温度Ts和当前温度Td的差值以及当前温度Td的状态进行计算得出一个合理的能量调节时间t，来保证当前空调机组能量状态N的增减速度能够满足快速达到目标温度的制冷效果，或是满足为防止超过设定温度Ts而放慢能量调节速度，不至于因当前空调机组能量状态N加载过快而使实际制冷温度过低与设定温度Ts，保证合适的制冷舒适度。

本实施例中的空调机组能量状态每次被调节的调节量大小是由空调机组所使用的压缩机本身特性、当前温度Td及压缩机吸排气压力计算得出的。例如，采用位置式PID调节方式的空调机组能量控制应用于螺杆式压缩机，通常所述能量控制与执行调节模块4的位置(如能量调节阀门开度)一一对应，即如果所述计算得出的空调机组能量状态一级增减量的大小为控制能量调节阀在当前开启状态下再开启25％，则当前开启状态为25％的能量调节阀在加载一级空调机组能量状态后，其开启状态应为50％，则所述压缩机就在50％空调机组能量状态下工作

以上是本发明通过使用两组PID调节计算共同作用于空调机组能量控制的一个实施例，使空调机组能量控制具有模糊控制功能，进而使得整个空调机组能量控制更智能化。此外，本发明不仅适用于由一台压缩机构成的空调机组能量的控制，同样适用于由多台压缩机构成的空调机组能量的控制。当空调机组有多台压缩机时，其控制系统根据各台压缩机的累计运行时间，控制运行时间短的先加载，如果优先启动的压缩机工作满负荷，那么再根据累计运行时间的长短依次加载其他压缩机。压缩机的卸载过程也是根据空调机组中各台压缩机的累计运行时间进行反操作，从累计运行时间最长的压缩机开始卸载，以此类推。在启动或加卸载过程中，不会出现两台以上压缩机同时动作。这种能量控制方式既可以避免同时启动多台压缩机产生的对电网的冲击，又能够保证各个压缩机的工作时间相对平均，不会出现有的压缩机因工作时间过长而过早出现故障，而有的压缩机因工作时间过短甚至闲置，造成浪费。空调机组中多台压缩机间的启动时间间隔也是由第二次PID调节计算得出的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空调机组能量控制的方法，其特征在于，包括步骤：

A、获取用户设置的设定温度和空调机组的当前温度，以及空调机组当前能量状态；

B、根据获取的所述设定温度、空调机组的当前温度及空调机组当前能量状态计算空调机组能量状态需要被调节的时间点和调节趋势；

C、在所述被调节时间点，以所述调节趋势对空调机组当前能量状态进行调节。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括子步骤：

BX：根据获取的所述设定温度和空调机组的当前温度进行第一次PID调节计算出要达到设定温度所需的空调机组能量状态；

BY：将步骤BX计算出的能量状态与空调机组当前能量状态进行比较，判断出当前空调机组能量状态的调节趋势；

BZ：根据所述设定温度和空调机组的当前温度的差值以及空调机组的当前温度，进行第二次PID调节计算出空调机组能量状态需要被调节的时间点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤BX中所述进行第一次PID调节计算前还包括步骤：

所述设定温度和空调机组当前温度之差在设定范围内时返回步骤A。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PID调节为位置式PID调节方式。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括由空调机组压缩机特性、水温及空调机组压缩机吸排气压力计算出调节空调机组能量状态的调节量；

步骤C所述调节是以所计算出的调节量进行调节。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空调机组包括不同的压缩机，还包括：判断各台压缩机的累计运行时间；

当所述调节趋势为加载时，步骤C所述对空调机组当前能量状态进行调节包括：控制累计运行时间短的压缩机先加载，且当所加载的压缩机工作满负荷时，再根据累计运行时间的短长依次加载其他压缩机；

当所述调节趋势为卸载时，步骤C所述对空调机组当前能量状态进行调节包括：控制累计运行时间长的压缩机先卸载，且当所卸载的压缩机停止工作时，再根据累计运行时间的长短依次卸载其他压缩机。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述空调机组中不同压缩机间的加载和卸载的时间间隔由第二次PID调节计算。

8.一种空调机组能量控制装置，其特征在于，包括：

定值模块(1)，用于确定空调机组工作的设定温度和空调机组当前能量状态；

测量模块(2)，用于测量空调机组的当前温度；

调节模块(3)，用于将来自定值模块(1)的设定温度和测量模块(2)的当前温度进行比较后，按照PID调节规律计算出空调机组能量状态调节趋势，并将计算结果与来自定值模块(1)的当前空调机组能量状态作比较判断出当前空调机组能量状态需要被调节的时间点；

执行调节模块(4)，用于在调节模块(3)计算出的时间点时对空调机组能量状态进行所述调节趋势方向的调节。

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