CN102261723A - 空调节能智能控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空调节能智能控制装置及控制方法，该装置的智能控制器通过读取开关电源的直流电压和电池电流，根据电池电流判定蓄电池处于放电、充电和浮充电状态，并检测为蓄电池充电的智能开关电源对电池充电的温度补偿，通过检测判定蓄电池的工作状态和智能开关电源对电池充电的温度补偿是否正确，自动调整空调的工作状态和温度设定，从而完成对机房空调的智能控制，在保证电池性能和寿命不受大的影响前提下，达到节能目的；本发明对机房结构和系统设备不作任何更改，在保证设备正常运行的前提下，通过提升机房的环境温度实现节能；该技术设备投资小，投入产出比高，通过联网功能可实现空调的远程监控和对智能控制器的远程升级。

Description

空调节能智能控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种实现对通信机房空调动态控制的装置，具体地说，是根据机房各设备工作状态，自动控制空调使机房环境温度随着设备工作状态变化而变化，进而达到通信机房节能的空调节能智能控制装置及该系统的控制方法。

背景技术

在通信机房的设备系统中，蓄电池是作为后备电源使用的，蓄电池对温度非常敏感，其最佳工作状态的温度为20-25℃，而通信机房温度一旦不在20-25℃区间内，如不对电池采取特定保护措施，不论高温或者低温都会对蓄电池性能和寿命造成极大影响。为了保证通信机房的环境温度满足设备运行的要求，通信机房都配置了空调，根据季节不同人工调整其工作状态分别为制冷25℃或制热20℃。理论估算，为保证机房在此温度范围内，空调耗电占机房总耗电的20％-40％。根据上述情况，结合通信机房的设备组成，根据通信设备的运行状态，采用空调智能控制器自动调节空调的设定温度和工作状态，在保证设备正常运行的前提下，提升或降低机房环境温度，达到节能的目的显得十分必要。

发明内容

本发明的目的在于：针对机房在保证蓄电池寿命受到尽可能小的影响的情况下提升或降低环境温度，达到节约电能目的，从而提供一种设备投资小，节能效果明显，投入产出比高，具有联网功能的空调节能智能控制装置及控制方法。

本发明结合通信机房的设备组成，针对机房蓄电池对温度敏感的特点，对给蓄电池充电的智能开关电源的直流电压和电池电流进行监测，智能控制器通过读取智能开关电源的直流电压(电池电压)和电池电流，根据电池电流判定蓄电池处于放电、充电和浮充电所处状态，同时检测为蓄电池充电的智能开关电源对蓄电池充电的温度补偿，自动调节空调的设定温度和工作状态，完成对机房空调的智能控制；在最大程度保证蓄电池性能和寿命的情况下，通过提升或降低机房的环境温度，达到节能的目的。

为了完成上述任务本发明提出的技术方案是：一种通信机房用空调节能智能控制装置，包括智能控制器、温度检测探头、红外发射探头、电池电压检测模块、继电器、电流互感器、RS232接口、RS485接口、以太网口及智能开关电源、蓄电池、空调、智能电表、动环监控系统和监控中心，其特征在于：

所述的智能控制器通过RS232接口分别与智能开关电源及空调相连，读取智能开关电源的直流电压V和电池电流I，判定智能开关电源和蓄电池的工作状态，读取空调数据完成对空调的控制；智能开关电源连通蓄电池的温度检测探头W13以检测电池温度T，自动调整输出直流电压VT，实现智能开关电源对蓄电池充电的温度补偿；

电池电压检测模块连接蓄电池接线端，用以模拟测量电池的电压，将检测电压与智能开关电源读取的电压进行比较，电池电压检测模块的输出端通过RS485接口与智能控制器连接；

智能控制器通过以太网口与动环监控系统连接，动环监控系统与监控中心联网通信，完成数据上报、现场程序升级和对空调的控制；智能控制器通过红外发射装置发射红外信号与空调的接收装置通信达到对空调控制；

继电器J12分别与智能开关电源及温度检测探头W13相串接，电流互感器、继电器J17与空调电源串接，智能控制器通过电流互感器检测空调的运行电流，确定空调对智能控制器操作的执行情况，判定空调的运行状态。

所述的智能控制器通过RS485接口与智能电表连接；与智能控制器连接的温度检测探头W15、W16分别固定在空调的进、排风口，与智能控制器相接的温度检测探头W9连在电池壳上。

所述智能控制器通过RS232接口与智能开关电源连接，或者智能控制器通过与智能开关电源及动环监控系统的通信线相并联，读取智能开关电源的直流电压和电池电流。

所述的智能控制器通过RS232口与空调连接，以协议方式读取空调参数并对空调进行控制；在空调不具有智能通信而只具有有线遥控(遥控器遥控)的控制方式时，学习空调遥控器代码并通过智能控制器进行处理，经红外发射装置以红外遥控方式实现对空调控制。

根据上述控制装置本发明为该系统所设置的判定方法是：

a)设置智能控制器根据电池电流数据判定蓄电池状态：放电、充电(含停电给电池补充电和定期对电池均充)、浮充电；

b)设置智能控制器根据智能开关电源的直流电压，判定在电池浮充电过程中，浮充电压的温度补偿是否正确以及补偿不正确时的误差程度；

c)设置智能控制器在电池的不同工作状态，包括停电后充电或均充电、开关电源对电池充电具有正确温度补偿条件下的浮充电、以及开关电源对电池具有不正确温度补偿条件下的浮充电时，动态调整空调的工作状态及设定，使机房环境温度随电池工作状态作相应变化；

d)设置智能控制器具有通过检测电池温度并根据电池充电的温度补偿计算公式计算出不同温度下的理论充电电压，以理论电压与智能开关电源的实际电压进行比较，判断开关电源对电池充电的温度补偿是否正确；

e)智能控制器在电池浮充电状况、智能开关电源对电池充电温度补偿不正确且误差较大时，取消开关电源对电池充电的温度补偿功能；

f)智能控制器通过电压检测模块检测电池的端电压，把此电压与智能开关电源检测的电压进行比较，判断智能开关电源检测直流电压的误差，在误差超过一定值时，向监控中心送出告警信号，提醒维护人员对误差电压及时进行调整；智能控制器还通过RS485接口与智能电表连接，实时读取机房的用电量。

根据上述控制装置本发明所提出控制方法是：

a)智能控制器能够学习空调遥控器的代码，通过红外发射装置向空调发出控制信号，实现对空调包括模式切换、温度设定的控制；

b)智能控制器通过电流互感器检测空调的运行电流，结合温度变化趋势确定空调对控制器操作的执行情况，并判定空调的运行状态；

c)智能控制器通过控制与空调串接的继电器J17，接通或断开空调的供电电源；

d)智能控制器通过IP方式与动力环境监控系统通信，通过动环监控系统把数据传送到动环监控系统的监控中心，智能控制器在IP通信方式下，在监控中心完成对空调的数据采集、控制和智能控制器的程序升级；

e)智能控制器通过RS485接口与智能电表连接，实时读取机房的用电量，并上报到监控中心，完成对机房用电量的记录和统计。

本发明的特点是：本发明结合通信机房的设备组成，根据通信设备的运行状态，智能控制器通过检测各种设备状态，动态调整空调工作状态和温度设定，完成对机房空调的智能控制；在保证设备正常运行的前提下，提升机房环境温度，降低了空调的运行时间，达到节能目的。与现有通信机房的节能技术相比，本发明不对机房结构和设备系统进行任何更改，而是充分利用机房现有设备的功能，通过上述技术方案完成对机房空调的控制；设备投资小，节能效果明显，投入产出比高，通过测试当年可收回成本；具有联网功能，通过联网功能可实现空调的远程监控和对空调智能控制器的远程升级。

附图说明

图1为本发明模块连接工作示意图。

图2为电池浮充电的电压温度补偿判定逻辑框图。

图3为机房温度随蓄电池和智能开关电源的工作状态变化的逻辑框图。

具体实施方式

参见图1，本装置包括通信机房以下的设备：智能控制器1，蓄电池2，以太网口及智能开关电源3，RS232接口，RS485接口，动环监控系统4，空调5，配电箱6，监控中心7，智能电表8，温度检测探头W9、W13、W15、W16，继电器J12、J17，电流互感器10，红外发射探头11，电池电压检测模块14。

本发明的智能开关电源3通过电源线与蓄电池2相连，实现蓄电池2的充电和在停电时放电作为保证通信设备正常工作后备电源功能；智能控制器1通过RS232接口与智能开关电源3相连，读取智能开关电源3的直流电压V和电池电流I，判断智能开关电源3和蓄电池2的工作状态；或者智能控制器1通过与智能开关电源3及动环监控系统4通信线相并联，从智能开关电源读取并解析的直流电压V和电池电流I。

智能开关电源3通过粘贴在蓄电池2壳的温度检测探头W13检测电池温度T，根据浮充电压温度补偿公式VT＝53.5-0.072(T-25)，自动调整输出直流电压VT，实现智能开关电源3对蓄电池2浮充电的温度补偿调控；智能控制器1通过粘贴在电池壳的温度检测探头W9检测电池温度t，并根据温度补偿计算公式Vt＝53.5-(t-25)计算出在温度t下补偿的理论电压Vt，然后把计算的Vt和从智能开关电源3读出充电电压VT进行比较，以确定电源温度补偿是否正确；当智能开关电源3对蓄电池2的充电电压温度补偿不正确情况下通过控制继电器J12断开智能开关电源3的温度探头W13，取消智能开关电源的温补功能。智能控制器1根据智能开关电源3和蓄电池2的工作状态，自动调整空调5的工作状态和温度设定，使机房的环境温度动态变化，从而达到节能的目的。

智能控制器1通过以太网口与动环监控系统4相连，动环监控系统4通过2M传输与监控中心7联网，通过动环监控系统4的传输与监控中心7通信，完成各种数据的上报、现场程序的升级和对空调的控制。同时智能控制器1通过RS232口与空调5连接，以协议方式读取空调5各种参数，并对空调5进行控制；在空调5不具有智能通信而只具有有线遥控(遥控器遥控)控制方式时，学习空调5遥控器代码并通过智能控制器1进行处理，经红外发射装置11以红外遥控方式实现对空调5的控制。

智能开关电源3通过粘贴在电池壳的温度检测探头W13检测蓄电池温度；智能控制器1通过粘贴在电池壳的温度检测探头W9检测蓄电池温度，温度检测探头W15，W16作为空调送、回风温度检测，分别固定在空调2的送风口、回风口处；检测空调2运行状态的好坏，是通过互感器10检测空调运行电流、通过温度探头W15、W16检测空调5送风温度和回风温度，通过比较判定空调5的性能。

继电器J12串接在智能开关电源3与温度检测探头W13之间的连线上，继电器J17串接在空调5的供电线路上，由于空调5在关机后，仍然消耗一定的电能，为此在空调5的供电电源上加装继电器J17；电流互感器10安装在空调电源线上(三相空调必须安装在控制电源所在的相线上)，智能控制器1通过电流互感器10来检测空调5的运行电流，通过结合空调5运行电流和温度变换趋势，确定空调对控制器1操作的执行情况，并判定空调的运行状态。空调5在达到设定温度时，压缩机停止工作，室内机风扇仍在工作送风，而这部分时间内空调5对机房环境的贡献较小，为此空调智能控制器1在达到温度设定，经一定延时送风后，直接关闭空调5；空调关机达到一定的时间后，智能控制器1控制继电器J17断开关闭空调5供电电源，以节省关机后的待机能耗。当需要开启空调5时，先通过控制继电器J17为空调5送电，然后再启动空调5。

电池电压检测模块14接在蓄电池2的接线端子上，用以模拟测量电池的电压，并把检测的电压与智能开关电源3读取的电压进行比较，如果二者有偏差且超过一定值，则通过告警方式，向监控中心7传送告警，通知维护人员及时对电压的偏差进行调整。检测模块14的输出端通过RS485与空调智能控制器相连，智能控制器1通过RS485与智能电表8连接，读取电表的读数，以计量机房的用电量。

参见图2、图3，本发明的控制方法要求：智能开关电源3具有通信功能和对蓄电池充电的温度补偿功能；空调5具有有线遥控控制方式(遥控器方式)或者智能通信控制方式；智能控制器1读取智能开关电源3的电池电流数值，根据读取电池电流数据判定蓄电池2工作状态：当电池电流小于0A时，蓄电池2处于放电状态；当电池电流大于0A小于1A时，蓄电池2处于浮充电状态；当电池电流大于1A时，蓄电池2处于充电状态(含停电后补充电和定时均充电)。

根据电池不同工作状态，自动调整空调工作状态，使机房环境温度处于不同的工作区间。放电状态：由于电池放电是在交流电停电情况下发生，此时空调已无供电电源，无法进行工作，因此本发明在电池放电过程中不对空调进行任何控制。

充电状态(含电池放电后充电和电池定期均充电)：当蓄电池2处于充电状态下，由于在高温下充电可能造成蓄电池2过充电和电池热失效，因此，在蓄电池充电过程中，当机房温度大于25℃或低于20℃时，控制机房温度为25℃或20℃；由于蓄电池充电是放热反应，为保证蓄电池充电过程中产生的热全部散发出去，此温度一直维持到电池充电结束并延时一定时间(放电后充电维持4小时，定期均充电维持2小时)。

浮充电状态：在浮充电过程中，智能开关电源3通过连在蓄电池壳的温度探头W13检测电池温度T，根据此温度和智能开关电源3设定的补偿程序VT＝53.5-0.072(T-25)，自动调整输出直流电压VT，实现智能开关电源3对蓄电池2浮充电的温度补偿。在电池浮充电且智能开关电源对蓄电池充电的温度补偿情况下，首先检查智能开关电源3对蓄电池充电的温度补偿功能是否正确：如温度补偿不正常，当机房温度高于29℃或低于16℃时，这时控制机房温度为25-29℃或16-20℃，虽节能较少，但对蓄电池的性能和寿命不会造成大的影响；如温度补偿正确，当机房温度高于33℃或低于10℃，此时控制机房温度为29-33℃或10-16℃，达到节能的目的。

智能开关电源3对蓄电池充电温度补偿电压的确定：智能开关电源3通过电池温度检测探头W13检测电池温度，根据温度补偿的计算公式，自动调整电池充电电压；判断智能开关电源3对蓄电池充电的温度补偿是否正确：智能控制器1通过温度探头W9检测蓄电池2温度，并根据温度补偿公式和系数计算出此温度下理论充电电压，然后把理论充电电压与从智能开关电源3读出的充电电压进行比较，以确定电源的温度补偿是否正确以及误差的程度；如果不能读取智能开关电源的数据或读取数据超规定范围，则电源补偿判定为不正确。

当蓄电池2处于充电状态而智能开关电源3对蓄电池2的充电电压温度补偿不正常情况下，对温度补偿的误差程度进行判定。在电池浮充电期间，智能开关电源对蓄电池充电的温度补偿不正常且误差较大情况下，机房温度高于29℃或低于16℃时，在控制机房温度为25-29℃或10-16℃的同时，取消智能开关电源对电池充电的温度补偿。当温度补偿误差较小时，把机房温度调整控制到25-29℃(当机房温度高于29℃时)或16-20℃(机房温度低于16℃时)，以减少温度补偿的误差程度。

取消智能开关电源3温度补偿方法：根据智能开关电源3的特点，通过断开串接在智能开关电源3与温度检测探头W13之间的继电器J12，使电源检测的蓄电池温度恢复到默认值25℃，从而取消智能开关电源3对蓄电池2的温度补偿。

本发明对空调的控制方法：为实现对空调5的控制，采取了以下两种控制方案中的一个：在空调具有智能通信情况下，智能控制器1通过RS232口与空调5连接，以协议方式读取空调5各种参数，并对空调进行控制；在空调5不具有智能通信而具有有线遥控(遥控器遥控)控制方式时，智能控制器学习空调5遥控器代码，通过红外发射装置11以红外遥控方式向空调发出控制信号，实现对不同空调的全方位控制，包括空调的模式切换、温度设定。智能控制器1通过电流互感器10检测空调5的电流，通过对空调5的控制操作和检测的电流，判断空调5的状态，以完成对空调5的准确控制和状态判定。当智能控制器1确定有其它人为操作空调动作时，对其进行必要调整，实现对空调控制的纠错功能。

空调的工作特点是：当空调达到设定温度后压缩机停止工作，室内机风扇仍工作送风，而此种送风对机房环境贡献较小，为此，智能控制器1在空调达到设定温度，压缩机停止工作后，经一定延时送风，直接关闭空调5，节省这部分无效能耗。空调在关机后的待机状态，仍要消耗一定的电能。为节约这部分电能，在空调5关机且在一定时间内未启动时，断开空调5电源线路上的继电器J17关闭空调5供电电源，以节省关机后的待机能耗。当需要开启空调5时，先通过控制接通继电器J17为空调5送电，然后再启动空调并进行相应的操作。为检测空调运行状态的质量好坏，通过互感器10检测空调5运行电流、通过温度探头W15，温度探头W16检测空调的送风温度和回风温度，通过比较判定空调的性能。

任何电子设备经过长时间的运行，都会造成数值的偏移。为保证开关电源3对蓄电池2充电电压的准确，智能控制器1通过电压检测模块14对蓄电池2的充电电压进行检测，并把检测电压与电源3读取的电压进行比较，如果二者偏差超过一定植，则通过告警方式，向监控中心传送告警，以便维护人员及时对偏差的电压进行调整。

以上仅是本发明较佳实例，但并不仅限于该实例所述内容，任何熟悉本领域的技术人员，依据上述技术内容对本发明所做的任何简单修改、等同变化，均属本发明内容。

Claims (9)

1.一种通信机房用空调节能智能控制装置，包括智能控制器、温度检测探头、红外发射探头、电池电压检测模块、继电器、电流互感器、RS232接口、RS485接口、以太网口及智能开关电源、蓄电池、空调、智能电表、动环监控系统和监控中心，其特征在于：

所述的智能控制器通过RS232接口分别与智能开关电源及空调相连，读取智能开关电源的直流电压V和电池电流I，判定智能开关电源和蓄电池的工作状态，读取空调数据完成对空调的控制；智能开关电源连通蓄电池的温度检测探头W13以检测电池温度T，自动调整输出直流电压VT，实现智能开关电源对蓄电池充电的温度补偿；

电池电压检测模块连接蓄电池接线端，用以模拟测量电池的电压，将检测电压与智能开关电源读取的电压进行比较，电池电压检测模块的输出端通过RS485接口与智能控制器连接；

智能控制器通过以太网口与动环监控系统连接，动环监控系统与监控中心联网通信，完成数据上报、现场程序升级和对空调的控制；智能控制器通过红外发射装置发射红外信号与空调的接收装置通信达到对空调控制；

继电器J12分别与智能开关电源及温度检测探头W13相串接，电流互感器、继电器J17与空调电源串接，智能控制器通过电流互感器检测空调的运行电流，确定空调对智能控制器操作的执行情况，判定空调的运行状态。

2.根据权利要求1所述的空调节能智能控制装置，其特征在于：所述的智能控制器通过RS485接口与智能电表连接；与智能控制器连接的温度检测探头W15、W16分别固定在空调的进、排风口，与智能控制器相接的温度检测探头W9连在电池壳上。

3.根据权利要求1所述的空调节能智能控制装置，其特征在于：智能控制器通过RS232接口与智能开关电源连接，或者智能控制器通过与智能开关电源及动环监控系统的通信线相并联，读取智能开关电源的直流电压和电池电流。

4.根据权利要求1所述的空调节能智能控制装置，其特征在于：所述的智能控制器1通过RS232口与空调连接，以协议方式读取空调参数并对空调进行控制；在空调不具有智能通信而只具有有线遥控的控制方式时，学习空调遥控器代码并通过智能控制器进行处理，经红外发射装置实现对空调控制。

5.根据权利要求1所述的空调节能智能控制装置的控制方法，其特征在于：为该系统所设置的判定方法是：

a)设置智能控制器根据电池电流数据判定蓄电池状态：放电、充电、浮充电；

b)设置智能控制器根据智能开关电源的直流电压，判定在电池浮充电过程中，浮充电压的温度补偿是否正确以及补偿不正确时的误差程度；

c)设置智能控制器在电池的不同工作状态，包括停电后充电或均充电、开关电源对电池充电具有正确温度补偿条件下的浮充电、以及开关电源对电池具有不正确温度补偿条件下的浮充电时，动态调整空调的工作状态及设定；

d)设置智能控制器具有通过检测电池温度并根据电池充电的温度补偿计算公式计算出不同温度下的理论充电电压，以理论充电电压与智能开关电源的实际电压进行比较，判断开关电源对电池充电的温度补偿是否正确；

e)智能控制器在电池浮充电状况、智能开关电源对电池充电温度补偿不正确且误差较大时，取消开关电源对电池充电的温度补偿功能；

f)智能控制器通过电压检测模块检测电池的端电压，把此电压与智能开关电源检测的电压进行比较，判断智能开关电源检测直流电压的误差，在误差超过一定值时，向监控中心送出告警信号，提醒维护人员对误差电压及时进行调整；智能控制器还通过RS485接口与智能电表连接，实时读取机房的用电量。

6.根据权利要求5所述的空调节能智能控制装置的控制方法，其特征在于所述的控制方法是：

a)智能控制器学习空调遥控器的代码，通过红外发射装置向空调发出控制信号，实现对空调包括模式切换、温度设定的控制；

b)智能控制器通过电流互感器检测空调的运行电流，结合温度变化趋势确定空调对控制器操作的执行情况，并判定空调的运行状态；

c)智能控制器通过控制与空调串接的继电器J17，接通或断开空调的供电电源；

d)智能控制器通过IP方式与动力环境监控系统通信，通过动环监控系统把数据传送到动环监控系统的监控中心，智能控制器在IP通信方式下，在监控中心完成对空调的数据采集、控制和智能控制器的程序升级；

e)智能控制器通过RS485接口与智能电表连接，实时读取机房的用电量，并上报到监控中心，完成对机房用电量的记录和统计。

7.根据权利要求6所述的空调节能智能控制装置的控制方法，其特征在于：在蓄电池充电过程中，当机房温度大于25℃或低于20℃时，控制机房温度为25℃或20℃。

8.根据权利要求6所述的空调节能智能控制装置的控制方法，其特征在于：当蓄电池浮充电且智能开关电源对蓄电池充电的温度补偿正确时，机房温度高于33℃或低于10℃，此时控制机房温度为29-33℃或10-16℃；温度补偿不正常情况下，机房温度高于29℃或低于16℃时，控制机房温度为25-29℃或16-20℃。

9.根据权利要求6所述的空调节能智能控制装置的控制方法，其特征在于：在电池浮充电期间，智能开关电源对蓄电池充电的温度补偿不正常且误差较大情况下，机房温度高于29℃或低于16℃时，在控制机房温度为25-29℃或10-16℃的同时，取消智能开关电源对电池充电的温度补偿。

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