CN106403080B - 一种中央空调冷站系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种中央空调冷站系统及控制方法。该系统包括CAN总线和至少两个冷站设备组，冷站设备组包括至少一个冷站设备模块；其中，CAN总线与冷站设备模块连接，使得冷站设备模块通过CAN总线实现数据传输；冷站设备模块包括冷站设备和设备控制器，设备控制器与冷站设备连接，用于获取连接的冷站设备的运行信息，并根据设定的系统拓扑关系和其他冷站设备的运行信息，对冷站设备进行控制。本发明实施例的技术方案，将冷站设备模块直接连接到CAN总线中，利用CAN总线进行通信，并且在现场安装前完成冷站设备与设备控制器的连线配置工作，使得现场接线施工工作减少了50％以上，现场接线简单方便，效率高，错误率低。

Description

一种中央空调冷站系统及控制方法

技术领域

本发明实施例涉及中央空调技术领域，尤其涉及一种中央空调冷站系统及控制方法。

背景技术

中央空调冷站为公共建筑提供空调冷冻水，一般由冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔、阀门、自动控制系统等组成。中央空调冷站自动控制系统可实现自动管理和控制，大幅提高冷站自动化水平，降低管理人力物力投入，提升中央空调系统能效水平。

传统中央空调冷站自动控制系统由单独的群控厂家提供，即：在实际工程中，冷站设备如：冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔、电动阀门等，由设备供应商提供，自动控制系统由群控厂家提供。传统中央空调冷站自动控制系统主要有以下特点：

1)DDC控制器通过大量IO接口与现场设备如冷机、泵、冷却塔风机、电动调节阀、水温传感器、流量传感器、压差传感器等相连，收集传感器测量值和执行机构状态反馈信息，将控制指令输出下发给各执行机构。

2)在开发过程中，由于每个项目的系统形式、设备数量、控制需求各不相同，需要对每个项目的控制程序进行重新开发。

3)需要进行大量现场接线及组网配置的工作。为了将自动控制系统的连接拓扑与实际系统的物理连接拓扑匹配，需要对控制系统进行组网配置工作。组网配置是指将传感器、执行器等实际设备的物理信息点反映到自动控制系统中，与控制系统中的变量相对应，包括信息点的物理连接和软件设定。冷站控制系统信息点数量繁多，导致人工组网配置工作量巨大，需要由专业的工程师在现场完成配置。

由于传统中央空调冷站系统是集中式且独立于现场设备，现场接线及组网配置工作量大，限制了中央空调冷站系统的大规模开发和推广应用。

发明内容

本发明实施例提供了一种中央空调冷站系统及控制方法，以解决传统中央空调冷站系统现场接线和组网配置工作量大的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种中央空调冷站系统，包括：

CAN总线和至少两个冷站设备组，所述冷站设备组包括至少一个冷站设备模块；其中，

所述CAN总线与所述冷站设备模块连接，以使得所述冷站设备模块通过CAN总线实现数据传输；

所述冷站设备模块，包括：冷站设备和设备控制器，所述设备控制器与所述冷站设备连接，用于获取连接的冷站设备的运行信息，并根据设定的系统拓扑关系和其他冷站设备的运行信息，对所述冷站设备进行控制。

进一步地，所述冷站设备包括冷机、泵和冷却塔。

进一步地，所述系统还包括：

上位机，所述上位机与所述CAN总线连接，用于根据用户的操作确定所述冷站设备模块的拓扑关系，并显示所述冷站设备的运行状态。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于上述实施例提供的中央空调冷站系统的控制方法，包括：

设备控制器获取与所述设备控制器连接的冷站设备的自身设备运行信息，并将所述设备运行信息通过CAN总线发送至其他设备控制器；

根据通过CAN总线与获取其他设备控制器发送的其他设备运行信息，并根据所述自身设备运行信息和其他设备运行信息控制所述连接的冷站设备。

进一步地，所述设备控制器获取与所述设备控制器连接的冷站设备的自身设备运行信息，包括：

设备控制器读取与所述设备控制器连接的冷站设备的类型；

获取所述冷站设备的类型对应的运行信息类别，并从所述冷站设备中读取与所述设备运行信息类别对应的自身设备运行信息。

进一步地，所述获取所述冷站设备的类型对应的运行信息类别，包括：

根据所述冷站设备的类型从预先存储的标准信息集读取对应的运行信息类别。

第三方面，本发明实施例还提供了一种中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法，包括：

上位机根据CAN总线传输的数据格式判定冷站设备的类型，并显示所述冷站设备和冷站设备的类型；

对不同类型的冷站设备进行系统编号，并按照输入的连接关系，按照预设规则，生成水系统拓扑图。

进一步地，所述预设规则包括：

同类所述冷站设备的连接为并联，不同类所述冷站设备的连接为串联；

连接冷却塔的泵为冷却泵，

与末端设备直接连接的泵为二次泵，连接主机的泵为一次泵。

进一步地，所述方法还包括：

在冷站设备发生故障时，在所述拓扑图中删除故障设备；

调整所述拓扑图中所述冷站设备的连接关系。

进一步地，所述调整所述拓扑图中所述冷站设备的连接关系，包括：

选取与所述故障设备并联的任一同类设备；

建立与所述故障设备串联的其他设备与所述任一同类设备的连接关系。

本发明实施例通过采用CAN总线的通信方式，将冷站设备模块直接连接到CAN总线中，其中，冷站设备模块中设备控制器连接在对应的冷站设备中，每个冷站设备通过一个对应的设备控制器进行控制。冷站设备与设备控制器的连线配置工作在现场施工前已经完成，在现场施工只需要将冷站设备模块连接到CAN总线上，使得现场接线施工工作减少了50％以上，同时现场接线简单方便，效率高，错误率低。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例一提供的中央空调冷站系统结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的中央空调冷站系统结构示意图；

图3a是本发明实施例四提供的中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法中冷站设备的显示示意图；

图3b是本发明实施例四提供的中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法中输入的冷站设备连接关系示意图；

图3c是本发明实施例四提供的中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法中冷站设备系统拓扑示意图；

图3d是本发明实施例四提供的中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法中某冷站设备故障后自动检测错误并重新构建的冷站设备系统拓扑示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

100、CAN总线；200、冷站设备组；210、冷站设备模块；211、设备控制器；212、冷站设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实施例提供的中央空调冷站系统结构示意图。参见图1，本实施例的中央空调冷站系统包括：CAN总线100和至少两个冷站设备组200，所述冷站设备组200包括至少一个冷站设备模块210；其中，

所述CAN总线100与所述冷站设备模块210连接，以使得所述冷站设备模块210通过CAN总线100实现数据传输；

所述冷站设备模块210，包括：冷站设备212和设备控制器211，所述设备控制器211与所述冷站设备212连接，用于获取连接的冷站设备212的运行信息，并根据设定的系统拓扑关系和其他冷站设备212的运行信息，对所述冷站设备212进行控制。

本实施例中的中央空调冷站控制系统，采用CAN总线的通信方式。CAN总线上的节点采用一种非破坏性、逐位仲裁的方式，也叫做“带冲突避免的载波侦听多路访问”及“基于消息优先级仲裁”的访问方式(CSMA/CA+AMP)访问总线。CAN协议是基于报文(MessageBased)的，而不是基于地址(Address Based)的，与总线相连的节点没有类似于“地址”的信息，报文不是基于地址在节点与节点之间进行传递的。因此支持总线节点的“热插拔”，即在总线上增加或者减少节点时，总线上其他节点的固件及应用层都不需要改变。基于CAN总线的以上特点，可实现本控制系统广泛应用，以及冷站设备故障时最大化降低对整个冷站的影响。

冷站设备模块直接连接到CAN总线上，通过CAN收发器将数据传输给CAN总线或将CAN接收的数据传输给CAN控制器，CAN控制器对数据进行处理并传输给CAN收发器，从而完成数据的传输。其中，冷站设备模块包括冷站设备(如：冷机、冷冻泵、冷却泵、冷却塔、电动阀门等)和设备控制器。在每个冷站设备模块中，每个冷站设备与每个设备控制器相连，两者一一对应，即每个冷站设备均通过一个对应的设备控制器进行控制。设备控制器与冷站设备的连接包括IO接线、配置等一系列工作，示例性的，可以将设备控制器以集成方式配置在冷站设备内部，这些工作可以在设备控制器出厂前完成，这样极大降低中央空调冷站控制系统在现场的接线及配置工作量。设备控制器内部可以针对不同设备如：冷机、泵、冷却塔、电动调节阀等进行标准化设计，并制定相应的标准信息集，所述标准信息集最大化包含了所连接冷站设备运行的各类信息。示例性的，冷机的标准信息集包括冷机的冷冻水进水温度、冷冻水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、运行频率、导叶开度、主机电流等；泵的标准信息集包括泵的运行频率、泵的前后压差、泵的流量等。所述标准信息集可以以数据库方式存储在设备控制器内部。设备控制器与冷站设备连接后，可以设定其设备类型，从而自动加载该类信息集的数据库。根据设定的系统拓扑关系和冷站设备的运行信息，使得不同设备控制器之间可通过标准化控制程序实现通信、运算及协调运行。示例性的，制冷时设定冷机的冷冻水出水温度为7℃，冷冻水进水温度为12℃。与冷机连接的设备控制器控制冷机提供7℃的冷冻水，通过CAN总线的通信方式，将该数据传输给其他所有的冷站设备的设备控制器，同时接收其他所有冷站设备的运行信息。当与冷机连接的设备控制器检测出冷机提供的冷冻水进水温度高于12℃时，与冷机连接的设备控制器根据所有冷站设备的运行参数，进行计算并将计算结果传递给系统中的其它设备控制器。设备控制器彼此相互协商，直到计算收敛，以寻求一个最优的且能满足负荷需求的运行状态。最后，控制冷机按照最终运行状态执行动作，例如再开启一台或多台冷机。

本实施例提供的中央空调冷站系统，通过采用CAN总线的通信方式，将冷站设备模块直接连接到CAN总线中，其中，冷站设备模块通过将设备控制器连接在对应的冷站设备中，每个冷站设备通过一个对应的设备控制器进行控制。冷站设备与设备控制器的连线配置工作在现场施工前已经完成，现场施工只需要将冷站设备模块连接到CAN总线上，使得现场接线施工工作减少了50％以上，同时现场接线简单方便，效率高，错误率低。

实施例二

图2为本实施例提供的中央空调冷站系统结构示意图。参见图2，本实施例在上述实施例的基础上，所述系统还包括：

上位机，所述上位机与所述CAN总线连接，用于根据用户的操作确定所述冷站设备模块的拓扑关系，并显示所述冷站设备的运行状态。在本实施例中，冷站设备包括三个冷机、三个冷却塔、三个冷冻泵和三个冷却泵。用户可以通过上位机进行操作，上位机接收用户的操作，并根据所述操作确定上述冷站设备的拓扑关系。同时上位机显示屏也可显示各个冷站设备的运行状态，示例性的，显示冷机的控制冷量，冷冻泵控制的水流流量和扬程等相关运行信息。

本实施例提供的中央空调冷站系统，通过上位机控制冷站设备模块的拓扑关系并显示各个冷站设备的运行状态，能够使用户更方便、更直观的掌握中央空调冷站系统的具体运行情况，当冷站设备出现故障时，能够及时发现，并作出调整。

实施例三

本实施例以上述实施例提供的中央空调冷站系统为基础，提供了一种中央空调冷站系统的控制方法，包括：

设备控制器获取与所述设备控制器连接的冷站设备的自身设备运行信息，并将所述设备运行信息通过CAN总线发送至其他设备控制器；

根据通过CAN总线与获取其他设备控制器发送的其他设备运行信息，并根据所述自身设备运行信息和其他设备运行信息控制所述连接的冷站设备。

在本实施例中，设备控制器获取与其对应连接的冷站设备的运行信息。所述运行信息可以包括冷站设备的设定参数和运行参数。示例性的，冷机的运行信息包括冷机的冷冻水进水温度、冷冻水出水温度、冷却水进水温度、冷却水出水温度、运行频率、导叶开度、主机电流等；泵的运行信息包括泵的运行频率、泵的前后压差、泵的流量等。其中，根据不同的订单需要，不同的运行环境，冷站设备的运行信息各不相同。例如，空调冷机冷冻水出水温度的设置与室内外温度有直接关系：当室外温度在33℃以上时，空调冷机冷冻水出水温度设定为7℃；当室外温度在30-33℃之间时，空调冷机冷冻水出水温度白天设定为7.5℃，晚上设定为8.5℃；当室外温度低于29℃时，空调冷机冷冻水出水温度白天设定为8℃，晚上设定为9℃；当室外温度低于28℃时，空调冷机冷冻水出水温度白天设定为8.5℃，晚上设定为9.5℃。冷机的其他运行信息及其他冷站设备的运行信息的设定与空调冷机温度的设定类似，在此就不再一一列举。优选的，设备控制器读取与所述设备控制器连接的冷站设备的类型；获取所述冷站设备的类型对应的运行信息类别，并从所述冷站设备中读取与所述设备运行信息类别对应的自身设备运行信息。其中，根据冷站设备的类型，从预先存储的标准信息集读取对应的运行信息类别。

设备控制器获取将与其对应连接的冷站设备的相关运行信息后，将所述相关运行信息通过CAN总线发送至其他设备控制器，即每个设备控制器够获取其他冷站设备的运行信息，并根据其他冷站设备的运行信息和与其连接的冷站设备的运行信息控制与其连接的冷站设备的运行，而且能够获取其他冷站设备的运行信息，使得不同设备控制器之间可以通过标准化控制程序实现通信、运算、协调运行等工作。

本实施例提供的中央空调冷站系统的控制方法，每个冷站设备对应的设备控制器，可以根据其它冷站设备的运行信息和与其连接的冷站设备的运行信息对与其连接的冷站设备进行控制，代替传统中央空调通过中央控制器的集中式控制，实现了冷站设备的智能化和分散式控制。中央空调冷站控制系统的控制程序适用于不同的工作环境，无需针对不同的订单进行二次开发，大大简化了中央空调冷站系统的开发工作。

实施例四

本实施例在上述实施例的基础上，提供了一种中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法，包括：

上位机根据CAN总线传输的数据格式判定冷站设备的类型，并显示所述冷站设备和冷站设备的类型；

对不同类型的冷站设备进行系统编号，并按照输入的连接关系，按照预设规则，生成水系统拓扑图。

上位机显示端显示出连接在CAN总线上的所有的冷站设备，设备控制器根据冷站设备传输给总线的标准格式数据，判断冷站设备的属性，所述属性包括设备类型。示例性的，上位机根据设备控制器传输的信息，按照标准数据库进行设备类型区分，例如区分冷机、泵、冷却塔等设备类型。在初步识别冷站设备的类型后进行系统编号，并在上位机显示屏上显示，图3a为中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法中冷站设备的显示示意图。如图3所示，冷站设备之间的连接关系是根据订单实际工程项目，用户可以在上位机进行操作，以实现建立冷站设备之间的关联关系。示例性的，可以通过在上位机显示屏上进行手动划线。图3b为中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法中输入的冷站设备连接关系示意图。如图3b所示，上位机检测到这些连接关系线后，对具有连接关系的设备按照一定的水系统拓扑关系规则，生成水系统拓扑图，图3c为中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法中冷站设备系统拓扑示意图。

示例性的，可以按照以下水系统拓扑关系规则生成水系统拓扑图：同类设备的连接视为并联，不同类设备的连接视为串联，连接冷却塔的泵被定义为冷却泵，与末端设备直连的泵被定义为二次泵，连接主机的泵被定义为一次泵。其中，一次泵和二次泵均属于冷冻泵，一次泵主要负责克服冷机侧的阻力，与冷机组一一对应，一次泵的设计流量为冷机组蒸发器额定流量，通过合理的计算选型，使得一次泵运行在最佳的效率工况点；二次泵主要用来克服末端设备的阻力，可以在不同的末端环路上单独设置，二次泵可以根据该环路负荷变化进行独立控制和变频调节。

优选的，中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法还包括：在冷站设备发生故障时，在所述拓扑图中删除故障设备；调整所述拓扑图中所述冷站设备的连接关系。其中，调整所述拓扑图中所述冷站设备的连接关系，包括：选取与所述故障设备并联的任一同类设备；建立与所述故障设备串联的其他设备与所述任一同类设备的连接关系。

当中央空调冷站水系统拓扑图中某一个冷站设备发生故障时，该故障冷站设备无法向CAN总线发送相关运行信息，在进行通信传输时，无法检测到该故障的冷站设备的相关数据信息，判定其发生故障。在中央空调冷站水系统拓扑图中删除故障设备，由于故障设备被删除，故障设备的连接关系也不存在。需要调整所述拓扑图中所述冷站设备的连接关系。以实现自动断开其他冷站设备与该故障冷站设备的所有连接，重新自动调整其他冷站设备的连接，确保冷站系统正常运行的目的。具体的，可以通过如下方式实现整所述拓扑图中所述冷站设备的连接关系，选取与所述故障设备并联的任一同类设备；建立与所述故障设备串联的其他设备与所述任一同类设备的连接关系。图3d为中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法中某冷站设备故障后自动检测错误并重新构建的冷站设备系统拓扑示意图，如图3d所示，在冷机1发生故障时，通过CAN总线进行通信传输时，无法检测到冷机1的相关数据信息，判定其发生故障。在中央空调冷站水系统拓扑图中，冷却泵1、冷冻泵1和冷机2均断开与冷机1的连接，自动调整为冷却泵1、冷冻泵1均与冷机2连接，使冷站系统正常运行。

本实施例提供的中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法，可以根据用户对上位机的操作，建立中央空调冷站水系统的拓扑图。使得冷站设备之间无需物理连接即可实现连接关系简化了操作，提升了效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种中央空调冷站系统，其特征在于，所述系统包括：

CAN总线和至少两个冷站设备组，所述冷站设备组包括至少一个冷站设备模块；其中，

所述CAN总线与所述冷站设备模块连接，以使得所述冷站设备模块通过CAN总线实现数据传输；

所述冷站设备模块，包括：冷站设备和设备控制器，所述设备控制器与所述冷站设备连接，用于获取连接的冷站设备的运行信息，并根据设定的系统拓扑关系和其他冷站设备的运行信息对所述冷站设备进行控制；

设备控制器与冷站设备连接后，设定所述冷站设备的设备类型，从而自动加载所述设备类型信息集的数据库，根据设定的系统拓扑关系和冷站设备的运行信息，使得不同设备控制器之间可通过标准化控制程序实现通信、运算及协调运行；

其中，所述根据设定的系统拓扑关系和冷站设备的运行信息，使得不同设备控制器之间可通过标准化控制程序实现通信、运算及协调运行，包括：

与冷机连接的设备控制器根据所有冷站设备的运行参数，进行计算并将计算结果传递给系统中的其它设备控制器，设备控制器彼此相互协商，直到计算收敛。

2.根据权利要求1所述的中央空调冷站系统，其特征在于，所述冷站设备包括冷机、泵和冷却塔。

3.根据权利要求1所述的中央空调冷站系统，其特征在于，所述系统还包括：

上位机，所述上位机与所述CAN总线连接，用于根据用户的操作确定所述冷站设备模块的拓扑关系，并显示所述冷站设备的运行状态 。

4.一种中央空调冷站系统的控制方法，应用于如权利要求1-3任一项所述的中央空调冷站系统，包括：

设备控制器读取与所述设备控制器连接的冷站设备的类型；

获取所述冷站设备的类型对应的运行信息类别，并从所述冷站设备中读取与所述设备运行信息类别对应的自身设备运行信息，并将所述设备运行信息通过CAN总线发送至其他设备控制器；

根据通过CAN总线与获取其他设备控制器发送的其他设备运行信息，并根据所述自身设备运行信息和其他设备运行信息控制所述连接的冷站设备；

其中，根据不同的运行环境，冷站设备的运行信息各不相同 。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述冷站设备的类型对应的运行信息类别，包括：

根据所述冷站设备的类型从预先存储的标准信息集读取对应的运行信息类别 。

6.一种基于权利要求3所述中央空调冷站系统的中央空调冷站水系统拓扑图的构建方法，其特征在于，所述方法包括：

上位机根据CAN总线传输的数据格式判定冷站设备的类型，并显示所述冷站设备和冷站设备的类型；

对不同类型的冷站设备进行系统编号，并按照输入的连接关系，按照预设规则，生成水系统拓扑图；

所述预设规则包括：

同类所述冷站设备的连接为并联，不同类所述冷站设备的连接为串联；

连接冷却塔的泵为冷却泵，与末端设备直接连接的泵为二次泵，连接主机的泵为一次泵；

所述方法还包括：

在冷站设备发生故障时，在所述拓扑图中删除故障设备；

调整所述拓扑图中所述冷站设备的连接关系；

所述输入的连接关系为在上位机显示屏上手动划线进行输入的 。

7.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，所述调整所述拓扑图中所述冷站设备的连接关系，包括：

选取与所述故障设备并联的任一同类设备；

建立与所述故障设备串联的其他设备与所述任一同类设备的连接关系 。