CN105393182A - 用于自动控制循环工作的havc和r设备的控制器以及使用该控制器的系统和方法 - Google Patents

用于自动控制循环工作的havc和r设备的控制器以及使用该控制器的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于自动控制加热、通风、空调或者致冷(HVAC和R)系统的电子控制器装置，其具有：至少一个延迟起动控制器，该延迟起动控制器能够延迟发送对负载单元加电的信号，并且实现所选调节空间温度变化；以及需求调节控制器，该需求调节控制器能够计算接通时间和断开时间，以获得所选电力需求。该电子控制器装置能够包含计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括实现延迟起动控制器和需求调节控制器以及其他控制模块的程序，能够使OEM接通信号延迟并且/或者调节“接通”和“断开”状态，并且/或者提供其他负载单元控制，以管理并且降低能耗和/或者需要。

Description

用于自动控制循环工作的HAVC和R设备的控制器以及使用该控制器的系统和方法
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2013年3月15日提交的在先美国临时专利申请No.61/799,804的权益，在此通过引用合并该美国临时专利申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及一种用于自动控制并且优化循环工作的电能消耗设备的电子控制器，该电能消耗设备包含压缩机和/或者带或者不带通过电力控制系统控制的鼓风机的燃气、燃油和燃丙烷加热设备。本发明还涉及并入电子控制器的加热、通风、空调和致冷设备系统以及在这种系统中使用控制器的方法。
背景技术
设计加热、通风、空调和/或者致冷(“HVACR”或者“HVAC和R”)控制系统，以执行两个主要功能：温度调整和除湿。这些系统中使用的压缩机和鼓风机通常利用电力电机运行。增加对碳足迹和绿色技术的关注已经产生许多与能源有关的改善，包含更有效致冷剂、变速压缩机和风扇、循环调节、以及更有效的燃烧器。随着在许多市场上其电能使用和成本升高，需要在新系统和现有系统中使HVAC和R设备具有更高能效。
希望对冷却/致冷压缩机和/或者加热冷/却鼓风机和HVAC和R中使用的冷却/致冷压缩机和/或者加热冷/却鼓风机提供原始和/或者可改型使用/需求控制和能量管理技术，这样能够提供不取决于恒温器中的远程传感器和其他传感器的自动控制并且能够改善OEM(原始设备制造商)技术规范、预设和/或者安装调试的能效。
发明内容
本发明的特征是提供一种电子控制器，该电子控制器能够用作具有恒温控制的HVAC和R系统的添加装置，从而与恒温控制本身的运行相比，以改进方式自动管理并且降低能耗和/或者需求消耗。
在下面的描述中将部分地陈述本发明的附加特征和优点，并且根据该描述将部分地明白本发明的附加特征和优点，或者通过实施本发明可以学习本发明的附加特征和优点。利用说明书和所附权利要求书中特别指出的元件和组合，将实现并且获得本发明的目的和其他优点。
为了实现这些以及其他优点，并且根据本发明的目的，如在此所实现和所做的广泛描述，本发明涉及一种用于自动控制加热、通风、空调或者致冷(HVAC和R)系统的电子控制器装置，其包括：a)至少一个输入连接器，该至少一个输入连接器用于附接至少一条恒温信号线；和至少一个输出连接器，该至少一个输出连接器用于附接至少一条信号线，用于将来自控制器装置的控制信号输出到负载单元，其中控制器装置能够截取HVAC和R系统的负载单元的恒温命令；b)延迟起动控制器，该延迟起动控制器能够延迟发送对负载单元加电的信号，并且实现所选调节空间温度变化；以及c)需求调节控制器，该需求调节控制器能够计算接通时间和断开时间，以获得所选电力需求。该电子控制器还能够任选地包含过时控制器和过循环控制器中的至少一个。
本发明涉及一种包括加热、通风、空调或者致冷单元和所述电子控制器装置的加热、通风、空调或者致冷(HVAC和R)系统，该电子控制器装置截取HVAC和R系统的恒温控制信号并且对其应用算法，以产生HVAC和R系统的负载单元的输出控制信号。
本发明还涉及一种用于自动控制HVAC和R系统的系统，包括：i)恒温器；ii)所述电子控制器装置；以及iii)至少一个负载单元，该至少一个负载单元可操作地连接到电源线。
本发明还涉及一种自动控制并且管理在HVAC和R系统中由电力运行的至少一个负载单元的功率使用和/或者负载需求使用以及运行的方法，包括步骤：a)在控制信号线中在负载单元的恒温器与负载单元的设备负载控制开关之间电连接所述控制器装置；b)在控制器装置截取来自恒温器的用于冷却、致冷或者加热的至少一个恒温命令；c)电子控制器对截取的恒温命令应用算法，以产生调节控制信号或者使OEM信号作为输出信号；d)将控制器装置产生的输出信号输出到负载单元开关，以控制负载单元的运行；以及e)估计能耗节省和/或者需求消耗节省。
应当明白，上面的一般描述和下面的详细描述仅是示例和举例说明，并且不旨在对要求保护的本发明提供进一步解释。
包括在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的一些特征并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
图1是包含根据本发明的例子的电子控制器的HVAC和R系统的方框图/原理图。
图2是根据本发明的例子的图1所示电子控制器的微控制器的方框图。
图3A和3B是根据本发明的例子将电子控制器用于自动控制HVAC和R系统的运行的过程的过程控制逻辑的流程图。
图4A和4B是根据本发明的例子的电子控制器的过时控制器的运行的过程控制逻辑的流程图。
图5是根据本发明的例子的电子控制器的延迟起动控制器的运行的过程控制逻辑的流程图。
图6是根据本发明的例子的电子控制器的需求调节控制器的运行的过程控制逻辑的流程图。
图7A和7B是根据本发明的例子的电子控制器的过循环控制器的运行的过程控制逻辑的流程图。
图8A和8B是利用根据本发明的例子的电子控制器限制设备的“延迟时间、接通时间和断开时间”的过程控制逻辑的流程图。
图8C和8D是根据本发明的例子的图3A和3B所示电子控制器的信号发生器的运行的过程控制逻辑的流程图。
图8E是示出根据本发明的例子的图3B、8C和8D所示信号发生器的运行的通道1输入(u1)和通道2输出(y1)的曲线图。
图9是利用根据本发明的例子的电子控制器进行单级冷却应用的电连接图，其中示出该配置，如利用单个恒温器控制一个HVAC冷却装置(例如，压缩机)时所使用的。
图10是利用根据本发明的例子的电子控制器进行双级冷却应用的电连接图，其中示出该配置，如利用双恒温器控制两个HVAC冷却装置(例如，两个压缩机)时所使用的。
图11是利用根据本发明的例子的电子控制器进行单级燃气加热应用的电连接图，其中示出该配置，如利用单个恒温器控制一个单级燃气加热装置时所使用的。
图12是利用根据本发明的例子的电子控制器进行双级燃气加热应用的电连接图，其中示出该配置，如利用双恒温器控制双级燃气加热装置时所使用的。
图13是利用根据本发明的例子的电子控制器进行单级电加热应用的电连接图，其中示出该配置，如利用单个恒温器控制一个单级燃气加热装置时所使用的。
图14是利用根据本发明的例子的电子控制器进行双级电加热应用的电连接图，其中示出该配置，如利用双恒温器控制双级电加热装置时所使用的。
图15是利用根据本发明的例子的电子控制器进行电加热冷却应用的电连接图，其中示出该配置，如利用双恒温器控制空调压缩机和电加热装置时所使用的。
图16是利用根据本发明的例子的电子控制器进行燃气加热冷却应用的电连接图，其中示出该配置，如利用双恒温器控制空调压缩机和电加热装置时所使用的，或者迫使热空气或者循环加热。
图17是利用根据本发明的例子的电子控制器进行电加热热泵应用的电连接图，其中示出该配置，如利用双恒温器控制具有辅助电加热装置的热泵压缩机时所使用的。将“任选外部温度开关”附接到蒸发器出口，以当单元以冷却或者加热模式运行时进行感测。
图18是利用根据本发明的例子的电子控制器进行锅炉应用的电连接图，其中示出该配置，如利用单恒温器控制单级锅炉加热装置时所使用的。
图19是示出在具有OEM控制器(恒温器)和单独具有根据本发明的例子的电子控制器的HVAC和R系统的冷却应用的负载装置的模拟控制的时段上的调节空间(区)温度(°F)的曲线图。
图20是示出在具有OEM控制器(恒温器)和单独具有根据本发明的例子的电子控制器的HVAC和R系统的负载装置的图19所示模拟控制的时段上的需要设置点的需要(％)的曲线图，该需要(％)是能量消耗。
图21是示出在具有根据本发明的例子的电子控制器的HVAC和R系统的负载装置的图19所示模拟控制的断开时间、接通时间和延迟时间控制的曲线图。
图22是示出在具有OEM控制器(恒温器)和单独具有根据本发明的例子的电子控制器的HVAC和R系统的负载装置的图19所示模拟控制的比例运行时间能量消耗的曲线图。
图23是示出在具有根据本发明的例子的电子控制器的HVAC和R系统的负载装置的图19所示模拟控制的允许最大起动和每小时的实际设备起动的曲线图。
图24是示出对于具有根据本发明的例子的电子控制器的HVAC和R系统的负载装置的图19所示模拟控制，作为相同运行时段的OEM能量需要的百分比(％)的能量节省的曲线图。
具体实施方式
本发明部分地涉及一种包含集成程序的可改型控制器添加装置，该集成程序能够自动并且任选地对利用循环工作控制的加热设备、冷却设备和/或者致冷设备的循环工作和周期时长的执行进行计算和控制。
该添加装置包括电子控制器，该电子控制器能够串联安装在一个或者多个恒温控制信号线中，能够在恒温信号到达HVAC和R系统的目标负载单元之前截取恒温信号。电子控制器能够对OEM信号及其特性应用算法，以对负载单元产生能够代替(或者允许)原始控制信号的输出信号，以保证该系统中的负载单元更高能效运行。为了提供该改进，电子控制器能够至少包含延迟开始(DS)控制器和需求调节(DR)控制器，并且任选地包含过时(ET)控制器和/或者过循环(EC)控制器。能够将这些控制器实现为一套存储于存储器中并且利用电子控制器实现的微处理器可执行的计算机程序。在组合中，程序能够提供信号处理算法。电子控制器包含信号生成能力，以将来自控制器装置的控制信号输出到负载单元。能够容易地将电子控制器改装到现有HVAC和R系统中，或者并入新HVAC和R系统中。电子控制器不需要直接传感器或者线路功率，以如设计的功能。
包含在电子控制器中的延迟开始控制器能够OEMON信号延迟或者延期到达负载单元。这能够通过将OEM断开时间应用因数或者倍数实现。这样导致在负载单元加电前等待较长时段。已经发现，这样操控能够实现节能，而无需动态改变调节空间内的温度轮廓。电子控制器还能够改善需求管理。包含在电子控制器内的需求调节控制器能够为了满足需要而防止负载单元连续运行。需求调节控制器能够周期性地断开负载单元，这样常常可以增加将温度调节到设置点所需的时段，而且所需总需要净减少。这是重要的，因为商业应用和工业应用的电力成本基于两相：(1)总千瓦消耗；和(2)峰值千瓦需要。总千瓦消耗(理想地)与设备运行时间成正比。峰值千瓦需要是15或者30分钟的间隔或者窗口的千瓦消耗的最大平均值。利用峰值千瓦需要值确定电荷是如何建立的。以千瓦时的不同“递减块率”充电，每个“递减块率”分别具有与其关联的千瓦时。第一块(首先填充的)最昂贵；第二块(接着填充的)较不昂贵，等等。假定恒总千瓦消耗，峰值千瓦需要值能够改变总电成本，峰值千瓦需要值越小，成本越低。本发明的电子控制器的指示需求控制调节器能够用于降低峰值千瓦需要值。需求调节控制器能够降低最坏情况下的需要，而仍提供足够大冷却或者加热调节空间，与应用于控制负载单元相同。
任选的过时控制器能够包含在电子控制器中，以改变电子控制器处于连续运行状态下(即，在这种情况下，OEM从来未断开)的情况中的需要设置点。当发生此时，假定不满足温度设置点，因此，需要设置点升高，直到OEM控制循环。如果需要设置点升高到其最大值并且OEM已经不循环，则将需要设置点设置为1.0，这样有效旁路控制器，并且将控制交给OEM。任选的过循环(EC)控制器能够包含在电子控制器中，以通过调节控制器输出信号的接通和断开时间，控制设备每小时的起动次数，从而不超过最大值。
图1示出包括电子控制器18的HVAC和R系统11，在该电子控制器18上，能够常驻指出延迟起动控制器、需求调节控制器、过时控制器，并且能够由电子控制器18执行信号处理和生成。电子控制器18能够改装在系统11中，以对在区2内提供条件控制的至少一个HVAC和R负载单元20提供控制。电表12测量该地点的电能的用量和需要。负载单元20能够是HVAC和R系统的例如空调器、热泵、炉子、冰箱、锅炉或者其他负载单元。通常不调节有效主电源线，并且通过诸如继电器的负载控制开关26对负载单元20供给有效功率，并且通常是相同结构的其他负载单元和家用电器(未示出)。电源线10能够是例如110伏交流电(VAC)，或者220VAC，或者用于对要利用控制器18改装的HVAC和R系统11供电的其他主电源。要改装的系统11具有至少一个标准恒温器14连接到HVAC和R负载单元20。恒温器14能够通过线13连接到电源线10。为了简化该说明，在该图中未示出在由电源线10对恒温器供电时可以使用的诸如24伏变压器的降压变压器，但是图9－18的布线图中示出其。电子控制器18不能由担心10直接供电，并且其也不需要这样。电子控制器18由旨在对(各)负载装置发信号的恒温器供电。电子控制器18对于其信号处理特征通常是电静止的(或者不活动的)或者睡眠的，并且然后，控制器18醒来(活动)，以将作为诸如在此所示的算法的一部分的一套程序应用于(各)负载装置的信号控制处理和控制信号生成。
在一种典型情况下，在对例如空调单元(负载单元)的冷却，或者对电炉的加热等调用恒温控制的时段内，恒温器14的控制信号线15能够发送24伏的AC电压。控制信号通常是主电源线10中的活动负载控制开关26，以归负载单元20供电。即，在没有电子控制器18的情况下，控制信号线15用于控制负载单元控制开关26的断开或者闭合，并且因此，使有效电源线10的电路断开或者闭合并且对有效功率到负载单元20的流动进行控制。在恒温器14和负载单元控制开关26之间的某个点，电子控制器18串联插入并且安装在恒温控制信号线15中。如图所示，能够切断恒温线15，并且恒温线15在一个切断端连接到电子控制器18。还如图所示，称为线24的切断信号控制线的剩余部能够在一端连接到电子控制器18，并且在另一端连接到负载控制开关26。
电子控制器18能够物理地安装在位于负载单元20的附近的例如金属板中(未示出)，诸如与负载单元一起使用的标准金属板结构外壳。优先地，实际上尽可能靠近负载控制开关26，将控制器18接入控制信号线15(24)中。通常，能够在负载单元本身的物理范围内进行连接。在例如容纳住宅空调单元的压缩机单元的外壳内，在控制信号线中的连接电子控制器18。例如，电子控制器18可以安装在金属板罩中，该金属板罩容纳紧邻单元服务的家或者建筑安装在接近地面水平的平板上或者平台上或者安装在其屋脊上的空调单元压缩机的OEM控件。电子控制器18能够包含机载用户接口控件19和/或者能够从远程输入装置21接收控制信号和/或者参数数据23，利用本说明书下面的其他描述能够进一步理解。输入装置21能够位于“远程”的意义是在物理上与电子控制器18分离、能够诸如通过可安装/可拆卸通信线或者电缆链路或者无线通信链路与该控制器通信的装置。
在运行中，电子控制器18根据旨在对负载单元20供电的恒温控制信号通过控制信号线15接收电流，并且电子控制器18立即醒来，以截取恒温信号，并且在将输出控制信号从电子控制器18送到负载单元开关26之前，起动其一套控制程序。如上所述，根据控制器运行算法的输出，输出控制信号可以是OEM信号的替换信号或者是OEM信号。
优先地预配置恒温器14，以仅产生接通/断开信号，利用该接通/断开信号，使空调器/热泵压缩机、炉子或者其他负载单元接通/断开。优先地，系统11中使用的恒温器14用于在负载单元处提供接通/断开控制，以完全接通或者完全断开负载单元。当恒温器是接通/断开控制器装置时，恒温器能够判定是需要接通输出、还是断开输出或者使输出保持其当前状态。OEM恒温器的接通/断开控件通常包括选择设置点，并且本机或者默认OEM静带可以应用，也可以由用户选择，该OEM静带横跨设置点。如在此所述，本发明的控制器的特征中的一个涉及调节并且优化静带型控制的能力，以提供能效。提供可变速度控制的恒温器不优先与电子控制器组合使用。
电子控制器18不需要直接象设计的那样由专用温度控制器输入来运行和工作。现有恒温器或者包含能够将这种信息发送到(各)恒温器从而由(各)单元处理的(各)远程传感器的系统或者各系统中的恒温器能够取决于本发明的系统。无论离开恒温器遥远很少作为在恒温器并入的感测部件，在使用控制器的HVAC和R系统中根本不需要使用温度传感器。能够由OEM控制信号时间和现有ASHRAE或者设置点的类似数据和滞后温度值估计温度信号。
尽管为了简化，图1示出单个控制线15被切断并且从恒温器14连接并且连接到电子控制器18，但是应当明白，诸如图10、12和14－17所示的单或者双恒温器配置、来自单恒温器的多个控制线(例如，图10、12、14)、或者来自多个恒温器中的每个的单控制线(例如，图15－17)中的每个都能被切断并且分别连接到电子控制器18，诸如电子控制器的不同的相应输入引脚。如果电子控制器18控制一个以上的负载装置，诸如图10、12和14－17所示，输出信号控制线能够在一端连接到电子控制器18而在另一端连接到每个负载装置的负载控制开关。例如，尽管为了简化，在图1所示的HVAC和R系统11中仅示出一个负载单元20在单控制信号线中电子控制器的负载控制与管理下，但是根据配置，HVAC和R系统11能够包含恒温控制下的多个独立负载，诸如，例如，多个压缩机、或者压缩机单元和鼓风机以及其他相同的或者不同的负载。如上所述，本发明的电子控制器能够整体连接在设备的独立分单元的控制线中。换句话说，空调器可以具有压缩机单元或者鼓风机单元的分单元的单独控制线。电子控制器能够用于控制这些分单元中的一个或者二者。本发明的电子控制器无论如何通常都不改变到空调单元的所有分单元的全部控制线。此外，在图1的原理图中未示出通用传统电接地装置，因为其不是本发明特别关心的主题。
例如，图1的电子控制器18能够在单独配置中也能够在联网配置中实现。例如，在单负载单元住宅应用(例如，<约5吨HVAC和R负载单元)中能够采用单独配置。例如，作为在诸如较大能源使用/需要的住宅、商业或者工业建筑或者设备的大规模应用中提供HVAC和R的建筑管理系统(BMS)的一部分，或者作为分别附接到专用负载单元的电子控制器的网络，能够采用联网配置。
图1中的电子控制器18包括至少一个能够接收恒温输入信号的微处理器，该电子控制器18对收到的恒温信号应用专用程序，并且根据微控制器的命令，将输出信号发送到要控制的HVAC和R负载单元。
如图2所示，微控制器183(图1中的18)能够包含例如微处理器，用于存储并且执行指示延迟起动控制器、需求调节控制器、过时控制器和过循环控制器程序，并且执行数据采集功能、控制(各)负载装置的信号生成以及计算节能和/或者需要节省。如图2所示，微控制器183能够包含全部集成于同一个芯片上的：微处理器1832、被示为并入存储器1835的计算机可读存储介质1833、以及时钟1834。还被称为中央处理单元(CPU)的微处理器1832含有提供计算能力所需的算术、逻辑和控制电路系统，从而支持在此指出的控制功能。计算机可读存储介质1833的存储器1835能够包含非易失性存储器、易失性存储器或者二者。计算机可读存储介质1833能够包括至少一个非临时计算机可用存储介质。非易失性存储器能够包含例如只读存储器(ROM)或者其他永久存储器。易失性存储器能够包含例如随机存取存储器(RAM)、缓冲器、高速缓冲存储器、网络电路或者它们的组合。微控制器183的计算机可读存储介质1833能够包括嵌入式ROM和RAM。如在此结合图4所述，能够提供也用于微控制器的读取/写入扩展(闪速)存储器。程序和数据能够存储于包含存储器1835的计算机可读存储介质1833中。能够对例如指出延迟起动控制器程序1836、需求调节控制器程序1837、过时控制器程序1831和过循环控制器程序1839提供程序存储器，并且程序存储器存储菜单、诸如在此指出的操作指令和其他程序、参数值等等，用于控制控制器18。这些程序能够存储于ROM或者其他存储器中。在组合中，指出延迟起动控制器程序1836、需求调节控制器程序1837、过时控制器程序1831和过循环控制器程序1839提供常驻在控制器18上的集成控制程序1838。诸如FLASH存储器的数据存储器能够配置有数据参数。存储器能够用于存储获取的与要控制的负载装置的运行有关的数据，诸如接通时的恒温命令和计算的断开时间。时钟1834能够是实时时钟，在断开状态下，不因为控制器的微处理器特征而变慢。时钟1834提供能够用于记录“导通”状态的开始或者终止的定时装置。通过记录“接通”状态及其时长并且计算“断开”时间，电子控制器18能够学到恒温OEM控制特性。由于根据恒温信号，在循环工作的“断开”状况下，控制器的信号处理特征通常不操作，所以通过记录因为根据恒温控制符合循环工作的断开状态而当控制器能力降低时的时间，并且记录当截取到恒温器发送到负载单元的下一个连续电源接通信号时而使OEM加电的下一个时间，并且计算对应于该“断开时间”的时长的两个记录时间之间的差，能够计算“断开”状态的时长。该数据能够存储于微处理器的非易失性FLASH存储器或者其他存储器中。如上所述，时钟1834能够是例如实时数字时钟。实时1834能够由电池供电(例如，锂扣电池等)。微处理器1832、存储器1833和时钟1834能够全部集成并且支承在公共母板1830等上，该公共母板1830能够容纳于具有输入和输出连接端子引脚、通信链路/(各)接口连接器端口(例如，用于容纳相应尺寸的USB插头的小型、大型或者标准尺寸的USB端口)的外壳(未示出)等中，将参考图9－18作进一步讨论。
微控制器183能够是例如包含所指出的微处理器、存储器和时钟部件的8位的或者16位的或者更大微型芯片，并且能够运行，以输入并且执行指出延迟起动控制器、需求调节控制器、过时控制器和过循环控制器程序。在商业上能够获得可编程微控制器，能够对该可编程微控制器输入在此指出的控制程序，以提供要求的控制。这方面的适当微控制器包含诸如MicrochipTechnologyInc.,Chandler,AZ的销售商市售的微控制器。这方面的市售微控制器的例子包含例如：MicrochipTechnology,Inc.的PIC16F87X、PIC16F877、PIC16F877A、PIC16F887、dsPIC30F4012以及PIC32MX795F512L-801/PT；AnalogDevicesADSP系列；JennieJN系列；NationalSemiconductorCOP8系列；Freescale68000系列；MaximMAXQ系列；TexasInstrumentsMSP430系列；以及Intel制造的8051系列等等。附加可能装置包含FPGA/ARM和ASIC。利用行业开发工具，诸如，MicrochipTechnologyInc.的MPLABX集成开发环境，能够将在此指出的延迟起动控制器、需求调节控制器、过时控制器和过循环控制器程序输入到相应微控制器。
尽管在图1中控制器18被示为接入到要控制的负载单元的恒温信号线15(24)的单独单元，但是任选地可以将所指的控制器的微电子器件并入并且集成到恒温单元或者建筑管理系统(BMS)中。能够将并入延迟起动控制器、需求调节控制器、过时控制器、过循环控制器和其他所述控制程序以及电子装置的特征附加到恒温器的本机恒温信号控制软件，也能够附加到BMS对HVAC和R的负载单元或者单元提供控制的建筑管理系统(BMS)软件，减少对物理独立电子控制器装置的需要。在组合的恒温器/电子控制器管理中，在修改的恒温单元中，能够发生控制器微电子器件截取OEM恒温信号并且处理其，而无需将物理上独立的微电子器件控制器接入恒温器与要控制的负载单元之间的恒温信号线15(24)中。
图3A和3B示出本发明的电子控制器100用于自动控制HVAC和R系统的运行的的过程控制逻辑100。常驻在控制器中的是(1)4个控制器，(2)限制模块和(3)控制信号发生器以及图3－8所示的其他特征。如上所述，控制器防止OEM恒温信号直接到达HVAC和R系统中的(各)目标负载单元，并且截取这些信号，从而学习并且将其处理为(各)目标负载单元的优化输出信号。信号获取是基于时间的。如上所述，OEM的接通时间和断开时间能够由电子控制器确定。电子控制器嵌入了用于计算三元组或者三单元组时间输出，该三元组时间输出是对(各)负载单元输出的控制信号的延迟时间、接通时间和断开时间。在图3B中的“信号发生器”中，能够将这些信号转换为历史时间信号。能够将输出信号存储并且处理为值为0或者1的二进制输出，这样用于图3B所示的输出y1和y2。
到电子控制器的可读取输入包含：1)OEM输入105：OEM通道1(ch1)(u1：压缩机或者加热器)，OEM通道2(ch2)(u2：鼓风机或者压缩机2或者加热器2)，以及能够与建筑管理系统(BMS)集成的干触点(全部是1/0＝接通/断开)；2)计算数值106：FPFI和FPF2(OEMch1和OEMch2的第一通过标志)，chl-tOffOEM和ch2-tOffOEM(OEMch1和ch2的断开时间)；以及3)参数107：由服务工具等对控制器输入的配置参数，并且它们存储于存储器(例如，FLASH存储器)中。输入通道1(u1)和通道2(u2)值能够对应于对系统中的两个不同负载单元读取OEM输入。在具有对单负载单元提供的恒温控制的系统中，能够使用通道1或者通道2中的一个的OEM输入。对于计算值106，在第一次激活电子控制器时，能够将OEMch1和ch2断开时间初始化为0，并且然后，基于经历的OEM循环工作历史进行此后的计算。通过其参数设置107，能够配置电子控制器，以控制压缩机、炉子、锅炉或者其他HVAC和R负载单元。
电子控制器100能够实现延迟起动控制器101、需求调节控制器102、过时控制器103以及过循环控制器104。在使用之前，在组装电子控制器时或者某些其他时间，能够将这些程序装载到电子控制器中，诸如ROM中。需求调节控制器102和过时控制器不是任选的，并且延迟起动控制器101和过循环控制器104能够是任选的。这些控制器存在实现顺序。如果需要，首先实现延迟起动控制器101，并且然后，并行实现需求调节控制器102和过时控制器，但是将用于S→V框112的处理的输出合成。如何包含，则然后实现过循环控制器104以及限制模块108而最终实现信号发生器109。控制器的输出是：1)分别到压缩机或者加热器以及鼓风机的y1和y2(ch1和ch2输出；1/0＝接通/断开)；以及2)4个LED信号。输出y1对应于压缩机或者加热器的通道1控制信号，而输出y2对应于鼓风机的通道2输出。写入输出和写入LED被示为110和111。在控制器醒着的时段内，能够以每秒1次(x)，诸如2x/秒、3x/秒、4x/秒或者5x/秒或者其他速率的等间隔执行该算法。
图4A和4B是用于电子控制器的任选可用过时控制器的运行的过程控制逻辑120A、129B和120C的流程图。图4A示出控制逻辑120A和120B，而图4C示出控制逻辑120C。如图所示，除了其他所述计算值和/或者参数，过程控制逻辑120B产生的“Ontime”值和如图4A所示的控制逻辑120A中的上载参数用作图4B所示的接续图4A所示控制逻辑的过程流逻辑120C的输入。在控制器处于连续运转状态下(在这种状态下，OEM从不断开)的情况下，过时(ET)控制器能够改变DemandSetpoint。当出现此时，假定不满足温度设置点，因此，DemandSetpoint升高，直到OEM控制循环。如果DemandSetpoint升高到最高值并且OEM仍不循环，则DemandSetpoint保持1.0，这样有效旁路控制器并且允许OEM控制。该功能具有3个参数：WaitTime＝起始运转时间，在该时间，不采取操作，以及HorizonTime和MaxDemand：如果“WaitTime”秒之后，OEM没有循环，则DemandSetpoint从其超时设置点值“DemandSetpoint1”线性升高值：(WaitTime之后的时间)*(MaxDemand-DemandSetpoint1)/(HorizonTime-WaitTime)。如果OEM不循环，则该控制器能够将DemandSetpoint线性升高1，并且将DemandSetpoint设置为1，直到发生下一个OEM循环。
图5是根据本发明的例子的电子控制器的延迟起动控制器的运行的过程控制逻辑130A和130B的流程图。如图所示，除了其他所述计算值和/或者参数，过程控制逻辑130A的“FactorSetpoint”和“NativeTimeDelay”值用作过程流逻辑130B的输入，如图5所示。延迟起动(DS)控制器计算延迟时间(tDelayPace)。例如，大多数OEM恒温器将其设置点控制在+/-1华氏度(°F)内，这意味着静带(Tdb)是2华氏度。如果将OEM恒温器设置点设置为70°F，则区温度在69至71°F的范围内。Tdb＝2°F(在设置点＝70°F的情况下)，OEM将区温度控制到71°F。如果将FactorSetpoint设置为1.75，则将步距设置为从69°F到72.5°F的静带＝1.75*2＝3.5°F。测量的经过2°F的静带要求的时间是“tOffZone”(区的断开时间)。如果将静带定义为dT1，而将断开时间定义为t1，则将dT1/t1表示为等(＝)常数(接近)。如果将断开时间值翻倍为t2＝2*t1，则静带接近翻倍，对应其余常数的比例dT2＝2*dT1＝dT2/t2＝dT1/t1。将因数定义为dT2/dT1＝因数＝t2/t1。值t2-t1是被定义为“tDelayPace”并且被保存为：tDelayPace＝tl*(因数-1)的附加时间延迟。图5中所示的本机时间延迟是加热或者冷却的电子请求与设备循环工作的时间之间的时间延迟。有时出现在OEM控制中。如果现有系统对其不知晓，则通过测量从恒温器启动直到负载单元接通的时间，或者通过利用估计值初始化并且根据需要进行调节，能够确定其。
还能够利用延迟起动控制器计算的tDelayPace值控制鼓风机。当首先接通压缩机时，能够接通鼓风机控件，并且保持接通，直到恒温器使其断开。该方法防止在OEM控制器循环时鼓风机发生不希望的循环，但是将初始延迟用作节省机制。
图6是根据本发明的例子的电子控制器的需求调节控制器的运行的过程控制逻辑140A的流程图。如图所示，除了所述的其他计算值和/或者参数，过程控制逻辑140A产生的“DemandSetpoin”、“ShortCycleTime”和“CompressorConsumptionfraction”值用作过程流逻辑140B的输入，如图6所示。需求调节控制器能够计算控制器输出“接通”时间值、实现需要设置点的“tOnPace值”。给出占空因数(DemandSetpoin)和控制器断开时间(tOffPace＝ShortCycleTime)，通过对tOnPace解下面的等式，需求调节(DR)控制器计算控制器输出接通时间。
DemandSetpoin＝(tonPace/(tOnPace+tOffPace)*CompressorConsumption,系数+1-CompressorConsumption,系数)。将鼓风机消耗定义为(1-CompressorConsumption,系数)。对于该算法，最右的术语假定鼓风机处于完全接通时间(因此存在(1-CompressorConsumption,fraction))。该功能还不使tOnPace降低到低于使DemandSetpoin低于鼓风机消耗系数(1－CompressorConsumption,系数)的值。如果出现这种情况，则将tOnPace设置为有效断开压缩机的0。
如上所述，需求调节(DR)控制器能够对送到负载单元的控制器输出“接通”(tOnPace)时间和“断开”(tOffPace)时间进行调节，使得能够实现要求的电力需求。从理论上说，通常将电力需求计算为15分钟间隔的总“接通”时间。DR控制器能够估计“最坏情况”需要，这是在整个15分钟的间隔内步距控制器连续循环的条件。随着负载的升高，最坏情况需要变得更准确，并且较低负载较不准确，然而，始终估计大于实际希望的最坏情况需要。DR控制器将tOffPace值固定到短循环时间(例如，通常3－4分钟)，并且能够调节tOnPace，以满足希望的要求。
图7A和7B是根据本发明的例子的电子控制器的任选使用的过循环控制器的运行的过程控制逻辑150A、150B和150C的流程图。图7A示出控制逻辑150A和150B，并且图7B示出控制逻辑150C。在过程控制逻辑150B中使用过程控制逻辑150A的“EquipmentStartsPerHourMAX”值，并且除了其他所述计算值和/或者参数，过程控制逻辑150B产生的“tOnPace”和“DemandSetpoint”以及“CompressorConsumption系数”值用作图7B所示的过程流逻辑150C的输入，图7B所示的过程流逻辑150C接续图7A所示的控制逻辑。过循环控制器能够升高tOnPace，以满足设备每小时的最大起动需要(MAX)。通过调节tOnPace和tOffPace，过循环(EC)控制器控制设备每小时起动次数，以不超过最大(MAC)值。首先，过循环控制器确定设备每小时的起动次数舒服超过MAX。如果超过，则tOnPace升高，直到设备每小时的实际起动<MAX值。如果在tOnPace升高之后，仍未实现DemandSetpoin，则tOffPace升高，直到DemandActual(等于tOnPace/(tOnPace+tOffPace))<DemandSetpoint。因此，如果将tOffPace修改并且不满足需要，则进一步调节tOffPace，以满足需要设置点。
图8A和8B是分别利用根据本发明的例子的电子控制器限制设备起动的过程控制逻辑170A和170B的流程图。如图所示，除了其他所述计算值和/或者参数，将图8A中的过程控制逻辑170A产生的“运行模式”用作图8B所示过程流逻辑170B中的输入。该功能对tOnPace、tOffPace和tDelayPace应用最小(MIN)和最大(MAX)限制。可以利用DryContactInput选择如下定义的运行模式：1＝延长(要求的过加热或者冷却)；0＝标准。可以利用DryContactInput选择是利用标准设置还是利用延长设置限制电子控制器控制的tDelay、tOn和tOff(“步距”)值。DryContactEnabled：1/0＝启动/关闭干触点输入。DryContactlnput＝1/0＝断开电路/闭合电路。DCInvert使得将DryContactInput信号的极性反转。当DCInvert＝“OFF”＝0时，将运行模式设置为DryContactlnput值。当DryContactlnput＝1时，采用延长设置。当DryContactlnput＝0时，采用标准设置。当DCInvert＝“ON”＝1时，将运行模式设置为无(DryContactlnput)值。当DryContactlnput＝1时，采用标准设置。当DryContactlnput＝0时，采用延长设置。
例如，在加热应用中。
在加热应用中，能够利用OAT上的55°F速动传感器检测过热要求，其中该传感器在温度<55°F闭合，并且在温度>55°F断开；并且DryContactlnput＝0/1(闭合/断开＝延长/标准)＝<55°F/>55°F＝延长值/标准值；并且设置DCInvert＝断开。
在冷却应用中，能够利用OAT上的85°F速动传感器检测过度冷却的要求；该传感器在温度>85°F闭合，并且在温度<85°F断开；DryContactlnput＝1/0(断开/闭合＝标准/延长)＝<85°F/>85°F＝标准值/延长值；并且设置DCInvert＝接通。
在热泵应用中：能够利用蒸发器管线上的55°F速动传感器检测热泵是处于冷却运行中还是加热运行中；传感器在温度<55°F闭合，并且在温度>55°F断开(加热)；DryContactlnput＝0/1(闭合/断开＝标准/延长)＝<55°F/>55°F；以及加热使用延长值和冷却使用标准值；并且设置DCInvert＝断开。
图8C和8D是分别用于图3B所示电子控制器的信号发生器109的运行的过程控制逻辑180A的流程图。如图所示，除了其他所述计算值和/或者参数，图8C中的过程控制逻辑180A产生的“PaceCycleTime”值用作从图8C所示控制逻辑接续的图8D所示过程流逻辑180B中的输入。为了简单，在图8C－8D之间，仅示出两个通道中的一个通道(具有输入u1和输出y1的通道1)。能够与对通道1所示相同地处理第二通道2(具有输入u2和输出y2的通道2)。信号发生器109能够用于根据所述DS和DR控制器计算的时间三元组(tDelayPacel、tOnPacel和tOffPacel))产生二进制调制控制信号。信号发生器能够如下运行：当OEM控制信号从断开过渡到接通时，第一通过标志(FPF1)发生脉动，该第一通过标志(FPF1)开始运转图8C中的定时器功能“uOEM接通时间timer”，以测量OEM控制信号的“OnTime”。“OnTime”一超过“tDelayPacel”值，“循环定时器”功能开始计算“PaceCycleTime”。每次在其超过希望的循环周期“tOnPacel+tOffPacel”时，都将“PaceCycleTime”复位到0。当“OnTime”≥“tDelayPacel”并且“PaceCycleTime”<“tOnPacel”时，“y1”控制信号是导通，否则其是断开。
图3、4A－B、5、6、7A－B和8A－D中的任何一个所示的各种控制器和模块和过程控制逻辑的其他特征的功能能够利用由电子控制器的所述微处理器可执行的软件实现。
参考图8E，为了说明图3、8C和8D所示信号发生器109的运行，在例子中利用下面的设置将OEM信号施加到信号发生器：tDelayPacel＝20秒，tOnPacel＝10秒，以及tOffPacel＝20秒。u1和y1时间历史示于图8E中。对于给定循环的u1信号，y1信号首先展开，其中tDelayPacel＝20秒，后面是重复的一系列10秒接通(tOnPacel)，再后面是20秒断开(tOffPacel)。当u1信号断开时，y1信号断开。上图中的u1信号以在循环之间增大的接通时间展开，这就是仅存在第一u1循环中的2个y1循环和之后的3个y1循环的原因。
下面参考图9－18说明安装配置的10个例子中的每个的布线端接法。对于图9－18中的所有这些视图，电子控制器1018提供两个独立控制通道，可以布线这两个独立控制通道，以支持不同的设备配置。参考第一引脚模块1001，第一通道1001A包括引脚1－3中的一个，并且第二通道1001B包括其引脚4－6中的一个。到(各)负载单元的输出线示为从引脚4－6中的一个引出。在图9中仅具体示出第一通道1001A和第二通道1001B，并且应当明白，对这些通道的相同所述引脚分配能够应用于类似的引脚模块1001，如图10－18中的每个中的电子控制器1018所示。此外，诸如利用现有BMS系统，控制器提供可以用于控制器的遥控的独立“干触点”输入通道。参考第二引脚模块1010，其引脚1－2能够用于该干触点输入模块。这些图中将通信端口1020示为小USB端口(例如，摄像机尺寸USB端口)，但是并不局限于此。通过经过端口1020与控制器建立通信链路，服务工具(未示出)能够用于将参数等键入/输入电子控制器1018。电子控制器1018能够具有在组装时并且在现场安装之前预载到控制器机载存储器中的所述延迟起动控制器、需求调节控制器、过时控制器和过循环控制器程序。
图9是利用根据本发明的例子的电子控制器进行单级冷却应用的电连接图1000。该配置的布线端接法示于该图中。当单空调恒温器用于控制一个HVAC冷却装置(压缩机)时，能够采用该配置。该配置还支持提供手动切换以或者选择加热运行或者选择冷却运行的恒温器。该压缩机能够是适合用于蒸汽压缩冷却/致冷系统的压缩机。该压缩机能够包含用于驱动压缩机的电机(未示出)。该电机本身可以是传统电机或者用于或者可用于驱动这种负载单元的其他适当电机。
在建筑中的某个地点能够采用恒温器，并且恒温器感测室内空气的温度，并且如果其高于已经选择的舒服设置，则发送信号，以激活空调单元。如上所述，在本发明中，控制器截取恒温信号，该恒温信号对电子控制器供电，以在根据其编程算法处理该信号，然后，将控制器处理的输出信号送到负载单元。空调单元通常包括压缩机和在封闭的制冷系统(未示出)中互相连接的冷凝器和蒸发器。致冷循环本身众所周知(例如，请参见美国专利No.4,094,166，在此通过引用合并该美国专利的全部内容)。气体致冷剂从压缩机输送到冷凝器盘管，在冷凝器盘管中，其释放热，并且然后通过膨胀阀达到蒸发器盘管，在蒸发器盘管中，其从蒸发器风扇使其通过的循环空气吸收热量。当恒温器感测到室内空气已经冷却到选择水平时，恒温器进入断开状态，以关闭压缩机、蒸发器风扇和冷凝器风扇，直到室内温度再一次达到需要进一步冷却的水平。如上所述，当恒温器停止对负载单元发送信号时，本发明的电子控制器进入睡眠，直到恒温器对该负载单元发送下一个加电信号，如上所述，电子控制器截取该加电信号，该加电信号对电子控制器加电以根据编程算法处理该信号，然后，将控制器处理的输出信号发送到负载单元。如上所述，静带通常适用于恒温器处的控制温度设置，为了以可控方式增加节能，电子控制器能够有效修改该静带。
图10示出利用根据本发明的例子的电子控制器进行双级冷却应用的电连接图1100。该配置的布线端接法示于该图中。当单恒温器用于控制两个HVAC冷却装置时，能够采用该配置，在该例子中，两个HVAC冷却装置是两个压缩机。该配置还支持提供手动切换的恒温器，以或者选择加热运行或者选择冷却运行。
图11示出利用根据本发明的例子的电子控制器进行单级燃气加热应用的电连接图1200。该配置的布线端接法示于该图中。当单恒温器用于控制一个单级燃气加热装置时，能够采用该配置。该配置还支持提供手动切换的恒温器，以或者选择加热运行或者选择冷却运行。
图12示出利用根据本发明的例子的电子控制器进行双级燃气加热应用的电连接图1300。该配置的布线端接法示于该图中。当单恒温器用于控制双级燃气加热装置时，能够采用该配置。该配置还支持提供手动切换的恒温器，以或者选择加热运行或者选择冷却运行。
图13示出利用根据本发明的例子的电子控制器进行单级电加热应用的电连接图1400。该配置的布线端接法示于该图中。当单恒温器用于控制一个单级电加热装置时，能够采用该配置。该配置还支持提供手动切换的恒温器，以或者选择加热运行或者选择冷却运行。
图14示出利用根据本发明的例子的电子控制器进行双级电加热应用的电连接图1500。该配置的布线端接法示于该图中。当单恒温器用于控制双级电加热装置时，能够采用该配置。当单恒温器用于控制双级电加热装置时，能够采用该配置。该配置还支持提供手动切换的恒温器，以或者选择加热运行或者选择冷却运行。
图15示出利用根据本发明的例子的电子控制器进行电加热冷却应用的电连接图1600。该配置的布线端接法示于该图中。当双恒温器用于控制空调压缩机和电加热装置时，能够采用该配置。该配置还支持提供手动切换的恒温器，以或者选择加热运行或者选择冷却运行。该控制器1018可以由来自BMS或者其他类似系统(未示出)的输入遥控。如果要求该特征，则使用“干触点”。图15还示出用于将任选外部温度传感器连接到干触点输入的布线端接法。
图16示出利用根据本发明的例子的电子控制器进行燃气加热冷却应用的电连接图1700。该配置的布线端接法示于该图中。当双恒温器用于控制空调压缩机和燃气加热装置时，能够采用该配置。该配置还支持提供手动切换的恒温器，以或者选择加热运行或者选择冷却运行。在该配置中，该控制器1018可以由来自BMS或者其他类似系统(未示出)的输入遥控。与图15的配置相同，如果要求该特征，则使用“干触点”。图16还示出用于将任选外部温度传感器连接到干触点输入的布线端接法。
图17是利用根据本发明的例子的电子控制器进行电加热热泵应用的电连接图1800。该配置的布线端接法示于该图中。当双恒温器用于控制具有辅助电加热装置的热泵压缩机时，能够采用该配置。该配置还支持提供手动切换的恒温器，以或者选择加热运行或者选择冷却运行。在该配置中，该控制器1018可以由来自BMS或者其他类似系统(未示出)的输入遥控。与图15和图16的配置相同，如果要求该特征，则使用“干触点”。图17还示出用于将任选外部温度传感器连接到干触点输入的布线端接法。
图18示出利用根据本发明的例子的电子控制器进行锅炉应用的电连接图1900。该配置的布线端接法示于该图中。当单恒温器用于控制一个单级锅炉加热装置时，能够采用该配置。
在这些方式中，例如，具有所述延迟起动控制器、需求调节控制器、过时控制器和过循环控制器程序的电子控制器可运行，以截取并且利用能够自动产生增强控制信号的算法处理恒温器的控制信号。在其他好处和优点中，现有HVAC和R系统例如能够采用诸如在此所示的本控制器改善能耗并且降低加热、冷却和致冷设备的能源成本。
本发明以任意顺序和/或者任意组合的方式包含下面的方案/实施例/特征。
1.本发明涉及一种用于自动控制加热、通风、空调或者致冷(HVAC和R)系统的电子控制器装置，包括：
至少一个输入连接器，该至少一个输入连接器用于附接至少一条恒温信号线；和至少一个输出连接器，该至少一个输出连接器用于附接至少一条信号线，用于将来自控制器装置的控制信号输出到负载单元，其中控制器装置能够截取HVAC和R系统的负载单元的恒温命令；
延迟起动控制器，该延迟起动控制器能够延迟发送对负载单元加电的信号，并且实现所选调节空间温度变化；以及
需求调节控制器，该需求调节控制器能够计算接通时间和断开时间，以获得所选电力需求。
2.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的电子控制器装置，其中控制器装置能够截取压缩机、鼓风机或者加热器中至少一个的恒温命令。
3.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的电子控制器装置，包括计算机可读存储介质、可编程微处理器以及实时时钟，其中延迟起动控制器和需求调节控制器在计算机可读存储介质中存储为程序并且可在微处理器上执行，并且控制器装置可运行，以参考实时时钟记录OEM电源接通时间。
4.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的电子控制器装置，其中延迟起动控制器能够延迟发送用于起动负载单元的信号，其中使恒温器的OEM温度静带设置乘以具有数值1或者更大的所选因数，以获得代替OEM温度静带的区温度静带。
5.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的电子控制器装置，其中需求调节控制器能够将控制器断开时间值设置为固定值，并且调节控制器接通时间值，以满足介于100％与0％需要之间的所选电力需求。
6.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的电子控制器装置，还包括过时控制器和过循环控制器中的至少一个。
7.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的电子控制器装置，还包括信号发生器，该信号发生器能够至少部分地根据对电子控制器装置截取的恒温命令的信号处理算法的应用产生控制信号，如至少部分地利用延迟起动控制器和需求调节控制器所执行的。
8.本发明涉及一种包括加热、通风、空调或者致冷单元和权利要求1所述的电子控制器装置的加热、通风、空调或者致冷(HVAC和R)系统，该电子控制器装置截取HVAC和R系统的恒温控制信号并且对其应用算法，以产生HVAC和R系统的负载单元的输出控制信号。
9.本发明涉及一种用于自动控制HVAC和R系统的系统，包括：
恒温器；
电子控制器装置；以及
至少一个负载单元，该至少一个负载单元可操作地连接到电源线，其中
该电子控制器装置包括：a)至少一个输入连接器，该至少一个输入连接器用于附接至少一条恒温信号线；和至少一个输出连接器，该至少一个输出连接器用于附接至少一条信号线，用于将来自控制器装置的控制信号输出到负载单元，其中控制器装置能够截取HVAC和R系统的负载单元的恒温命令；b)延迟起动控制器，该延迟起动控制器能够延迟发送对负载单元加电的信号，并且实现所选调节空间温度变化；以及c)需求调节控制器，该需求调节控制器能够计算接通时间和断开时间，以获得所选电力需求。
10.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的系统，其中利用电子控制器同时控制HVAC和R系统的多个负载单元。
11.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的系统，还包括信号发生器，该信号发生器能够至少部分地根据对电子控制器装置截取的恒温命令的信号处理算法的应用产生控制信号，如至少部分地利用延迟起动控制器和需求调节控制器所执行的。
12.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的系统，其中将至少并入延迟起动控制器和需求调节控制器的算法添加到恒温器的恒温软件或者BMS对至少一个负载单元提供控制的建筑管理系统(BMS)软件。
13.本发明涉及一种自动控制并且管理在HVAC和R系统中由电力运行的至少一个负载单元的功率使用和/或者负载需要以及运行的方法，包括步骤：
在控制信号线中在负载单元的恒温器与负载单元的设备负载控制开关之间电连接控制器装置，其中控制器装置包括：a)至少一个输入连接器，该至少一个输入连接器用于附接至少一条恒温信号线；和至少一个输出连接器，该至少一个输出连接器用于附接至少一条信号线，用于将来自控制器装置的控制信号输出到负载单元，其中控制器装置能够截取HVAC和R系统的负载单元的恒温命令；b)延迟起动控制器，该延迟起动控制器能够延迟发送对负载单元加电的信号，并且实现所选调节空间温度变化；以及c)需求调节控制器，该需求调节控制器能够计算接通时间和断开时间，以获得所选电力需求。
在控制器装置截取来自恒温器的用于冷却、致冷或者加热的至少一个恒温命令；
电子控制器对截取的恒温命令应用算法，以产生调节控制信号或者使OEM信号作为输出信号；
将控制器装置产生的输出信号输出到负载单元开关，以控制负载单元的运行；以及
e)估计能耗节省和/或者需要消耗节省。
14.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的方法，其中HVAC和R系统的负载单元包括：压缩机、鼓风机、燃气加热器、电加热器或者锅炉。
15.根据任意在先和在后实施例/特征/方案所述的方法，其中利用电子控制器同时控制HVAC和R系统的多个负载单元。
本发明能够包含在上面和/或者下面的句子和段落中陈述的这些各种特征或者实施例的任意组合。应当将在此公开的特征的组合看作本发明的一部分，并且不旨在局限于组合特征。
利用下面的例子，本发明更加显而易见，下面的例子旨在举例说明本发明。
例子1
下面评估性能。对单级冷却系统的运行进行模拟，其中在具有电子控制器和没有电子控制器(仅OEM控制)的情况下，利用单恒温器控制一个压缩机，诸如图9所示。通过利用从VisualSolutionsofWestford,MA,USA获得的VisSim软件开发的计算机模型进行该模拟。开发的程序适合模拟应用于本说明书的图3－8所示过程控制逻辑的电子控制器的运行和仅OEM恒温控制运行(没有电子控制器)。开发的模型部分地基于由所述单级冷却配置中的相同设备的运行和仅利用现场的OEM恒温器获得的实际数据。校准模拟模型，以与现场数据相符。
根据图19所示历史曲线图中的温度调节，说明电子控制器能够满足因数设置点(FactorSetpoint)。将因数设置点初设为2.7，将需要设置点(DemandSetpoint)初设为0.8，并且将设备每小时起动次数(EquipmentStartsPerHour)初设为7。2.7的因数设置意味着目标区温度应当在2.7*2度＝5.4度的静带上变化，在该时间内，模拟的区温度在68与71.75度之间或者在可接受的3.75度静带内变化。在时间10000秒，因数设置点降低到1.5(对应于3度的区温度变化，模拟变化为从68到71度或者为3度)，然后，在时间20000秒，升高回到2.7，并且然后，在时间60000秒，降低回到1.5。这些温度都能够是°F。
根据图20所示历史曲线图中的温度调节，说明电子控制器能够需要设置点。在时间40000，需要设置点降低到60％，并且然后，在时间50000秒，升高回到80％。需要设置点轨迹是可接受的，然而，在时间65000与80000秒之间，不能实现需要设置点，因为“接通”和“断开”时间是运行的限制状态(这些限制是可配置的，而且适当防止破坏设备)。此外，在右上部时间历史曲线图中的时间40000与50000秒之间可以看到，随之需要设置点的降低，对温度有不利影响。随之需要设置点降低，设备运转较不频繁，并且调节空间温度将升高。
图20示出DR控制器的需要轨迹性能。
图21所示的曲线图示出由DS控制器计算的时间延迟(tDelayPace)以及随之需要设置点和因数设置点变化，由DR控制器计算的“接通”和“断开”时间(tOnPace和tOffPace)。
设备每小时起动次数示于图23所示的时间历史中。在时间65000秒之前，将每小时起动固定在7次，在时间65000秒，降低到3次，并且然后，在时间80000秒，返回6次。设计控制器，从而不超过最高允许的设备每小时起动次数。
图22示出对于相同负载条件下的相同设备，与OEM控制工作相比，利用本发明控制下的压缩机和鼓风机的能耗。
图23示出压缩机每小时起动次数并且不言自明。
图24是示出对于具有根据本发明的例子的电子控制器的HVAC和R系统的负载装置的图19所示模拟控制，作为相同运行时段的OEM能量要求的归一化百分比(％)的能量节省的曲线图。该图的能量节省约为20％。
在此通过引用整体合并本公开引述的所有参考文献的全部内容。此外，当作为范围、优先范围、或者一系列高优先值和低优先值给出数量、浓度或者其他值或者参数时，应当理解为具体公开了由任何范围上限或者优先值和任何范围下限或者优先值的任意对形成的所有范围，而与是否分别公开该范围无关。对于在此陈述的数值范围，除非另有说明，该范围旨在包含其端点以及该范围内的所有整数和小数。本发明的范围不旨在局限于定义范围时描述的具体值。
通过研究本说明书并且实施在此公开的例子，本发明的其他实施例对于本技术领域内的技术人员显而易见。应当将本说明书和例子仅看作举例说明，同时本发明的实际范围和精神由下面的权利要求书及其等同指出。

Claims (15)

1.一种用于自动控制加热、通风、空调或者致冷(HVAC和R)系统的电子控制器装置，包括：
至少一个输入连接器，所述至少一个输入连接器用于附接至少一条恒温信号线；和至少一个输出连接器，所述至少一个输出连接器用于附接至少一条信号线，用于将来自所述控制器装置的控制信号输出到负载单元，其中所述控制器装置能够截取所述HVAC和R系统的负载单元的恒温命令；
延迟起动控制器，所述延迟起动控制器能够延迟发送对负载单元加电的信号，并且实现所选调节空间温度变化；以及
需求调节控制器，所述需求调节控制器能够计算接通时间和断开时间，以获得所选电力需求。
2.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述控制器装置能够截取压缩机、鼓风机或者加热器中至少一个的恒温命令。
3.根据权利要求1所述的电子控制器装置，包括计算机可读存储介质、可编程微处理器以及实时时钟，其中延迟起动控制器和需求调节控制器在计算机可读存储介质中存储为程序并且可在微处理器上执行，并且所述控制器装置可运行，以参考实时时钟记录OEM电源接通时间。
4.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述延迟起动控制器能够延迟发送用于起动负载单元的信号，其中使恒温器的OEM温度静带设置乘以具有数值1或者更大的所选因数，以获得代替所述OEM温度静带的区温度静带。
5.根据权利要求1所述的电子控制器装置，其中所述需求调节控制器能够将控制器断开时间值设置为固定值，并且调节控制器接通时间值，以满足介于100％与0％之间的所选电力需求设置点。
6.根据权利要求1所述的电子控制器装置，还包括过时控制器和过循环控制器中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的电子控制器装置，还包括信号发生器，所述信号发生器能够至少部分地根据对所述电子控制器装置截取的恒温命令的信号处理算法的应用产生控制信号，如至少部分地利用所述延迟起动控制器和需求调节控制器所执行的。
8.一种包括加热、通风、空调或者致冷单元和权利要求1所述的电子控制器装置的加热、通风、空调或者致冷(HVAC和R)系统，所述电子控制器装置截取所述HVAC和R系统的恒温控制信号并且对所述恒温控制信号应用算法，以产生所述HVAC和R系统的负载单元的输出控制信号。
9.一种用于HVAC和R系统的自动控制的系统，包括：
恒温器；
电子控制器装置；以及
至少一个负载单元，所述至少一个负载单元可操作地连接到电源线，其中
所述电子控制器装置包括：a)至少一个输入连接器，所述至少一个输入连接器用于附接至少一条恒温信号线；和至少一个输出连接器，所述至少一个输出连接器用于附接至少一条信号线，用于将来自所述控制器装置的控制信号输出到负载单元，其中所述控制器装置能够截取所述HVAC和R系统的负载单元的恒温命令；b)延迟起动控制器，所述延迟起动控制器能够延迟发送对负载单元加电的信号，并且实现所选调节空间温度变化；以及c)需求调节控制器，所述需求调节控制器能够计算接通时间和断开时间，以获得所选电力需求。
10.根据权利要求9所述的系统，其中利用所述电子控制器同时控制所述HVAC和R系统的多个负载单元。
11.根据权利要求9所述的系统，还包括信号发生器，所述信号发生器能够至少部分地根据对所述电子控制器装置截取的恒温命令的信号处理算法的应用产生控制信号，如至少部分地利用所述延迟起动控制器和需求调节控制器所执行的。
12.根据权利要求9所述的系统，其中将至少并入所述延迟起动控制器和所述需求调节控制器的算法添加到所述恒温器的恒温软件或者建筑管理系统(BMS)对所述至少一个负载单元提供控制的BMS软件。
13.一种自动控制并且管理在HVAC和R系统中由电力供电的至少一个负载单元的功率使用和/或者负载需求以及运行的方法，包括步骤：
在控制信号线中在负载单元的恒温器与所述负载单元的设备负载控制开关之间电连接控制器装置，其中所述控制器装置包括：a)至少一个输入连接器，所述至少一个输入连接器用于附接至少一条恒温信号线；和至少一个输出连接器，所述至少一个输出连接器用于附接至少一条信号线，用于将来自所述控制器装置的控制信号输出到负载单元，其中所述控制器装置能够截取HVAC和R系统的负载单元的恒温命令；b)延迟起动控制器，所述延迟起动控制器能够延迟发送对负载单元加电的信号，并且实现所选调节空间温度变化；以及c)需求调节控制器，所述需求调节控制器能够计算接通时间和断开时间，以获得所选电力需求，
在所述控制器装置截取来自所述恒温器的用于冷却、致冷或者加热的至少一个恒温命令；
所述电子控制器对截取的恒温命令应用算法，以产生调节控制信号或者使OEM信号作为输出信号；
将所述控制器装置产生的所述输出信号输出到负载单元开关，以控制所述负载单元的运行；以及
e)估计所述能耗和/或者所述需求消耗节省。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述HVAC和R系统的所述负载单元包括：压缩机、鼓风机、燃气加热器、燃油加热器或者电加热器或者锅炉。
15.根据权利要求13所述的方法，其中利用所述电子控制器同时控制所述HVAC和R系统的多个负载单元。
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