CN106766020A - 基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置及方法，装置包括控制电路、操作面板、检测单元、风机控制回路和水阀控制回路，所述检测单元包括回风温度传感器和送风温度传感器，所述操作面板、回风温度传感器和送风温度传感器均连接控制电路的输入端，风机控制回路和水阀控制回路均连接控制电路的输出端，该控制电路通过一CAN通信总线，或是通过一RS485通信总线，或是通过TCP/IP网络连接后台中心，风机控制回路包括直流无刷风机。本发明通过对送风温度、回风温度的不断采集进行自适应PID算法运算处理，自动输出控制信号至风机控制回路和水阀控制回路，协同调节风机风速和浮点阀开度，通过自适应调节后，室内温度稳定速度快，振动幅度小。

Description

基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置及方法

技术领域

本发明涉及暖通空调自动控制技术领域，尤其涉及基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置及方法。

背景技术

随着风机盘管技术的不断发展，运营的领域也随之变大，运用数量也越来越多。风机盘管的运用对于整个空调系统的能耗存在着一定的影响。因此能够较好地控制风机盘管的运行对于节约能源也具有一定积极的意义。

目前，在通常条件下安装的风机盘管，只是在供、回水管道上安装软管和阀门，通过三档调速来控制风机盘管的散热量和制冷量，三挡变换只转换固定的电机转速，缺少反馈调节，因而无法控制精确室温，浪费能源。对于传统的风机盘管水阀控制技术，也仅是采用普通的电动二通阀或电磁阀对风机盘管冷冻水进行控制。系统仅检测回风口处的空气温度，并与设定值进行比较，达到当室温低于设定值时，阀门关闭，反之，阀门开启的控制效果。传统的风机盘管技术仅能控制冷冻水的通断，无法控制冷冻水的流量，导致系统反应周期较长，在温度控制上具有较大的滞后性，温度无法精准控制，易造成室内温度在控制目标温度不稳定，人体舒适度降低。

另外，当前应用的中央空调系统的控制器大多是水侧的控制和风侧的控制单独分开的，无法做到两者协同调节，易出现调节滞后、不精准等问题。

在系统管理方法，传统的中央空调系统，主要依靠人工，在缺乏有效管理方式的情况下室内温度设置不合理、室内无人的情况下依然保持空调运行的情况十分常见。由于中央空调系统末端风机盘管基本是独立运行，使得盘管风机不具备运行参数信息实时传输功能，因此导致系统缺乏相应有效的信息，使得整个管理系统只能通过简单的启停控制方式来控制风机盘管的运行，不能进行有效的智能管理与控制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的之一在于提供基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置，其实现自适应进行温度校正，协同调节冷冻水流量及风机风速，节能能源。

本发明的目的之二在于提供基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制方法，其能实现自适应进行温度校正，协同调节冷冻水流量及风机风速，节能能源。

为实现上述目的之一，本发明采用如下技术方案：

基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置，应用于风机盘管，包括控制电路、操作面板、检测单元、风机控制回路和水阀控制回路，所述检测单元包括回风温度传感器和送风温度传感器，所述操作面板、回风温度传感器和送风温度传感器均连接控制电路的输入端，风机控制回路和水阀控制回路均连接控制电路的输出端，该控制电路通过一CAN通信总线，或是通过一RS485通信总线，或是通过TCP/IP网络连接后台中心；所述控制电路用于根据来自操作面板的设定温度、来自回风温度传感器发送的回风温度、来自送风温度传感器发送的送风温度进行处理后输出控制信号至风机控制回路和水阀控制回路，以调节风机盘管的出风量和水阀的开闭时长；所述风机控制回路包括直流无刷风机。

优选的，所述送风温度传感器和回风温度传感器均为NTC10K型负温度系数热敏电阻传感器。

优选的，所述水阀控制回路为三态浮点阀。

优选的，所述控制电路包括稳压芯片、单片机和存储器，稳压芯片的输入端连接外部电源，输出端连接单片机的供电端，存储器连接单片机。

优选的，所述稳压芯片的型号为AS1117-3.3，所述单片机的型号为STM32F051C4，所述存储器的型号为FM24C08。

优选的，所述水阀控制回路通过一继电器驱动器连接单片机。

优选的，所述继电器驱动器的型号为ULN2003。

优选的，风机控制回路包括直流无刷风机、接口电路和直流盘管控制器，所述接口电路的输入端连接单片机的控制信号输出端，直流盘管控制器连接接口电路的输出端，直流无刷风机连接直流盘管控制器。

优选的，所述接口电路为型号是MAX485的接口芯片。

为实现上述目的之二，本发明采用如下技术方案：

基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制方法，应用于目的之一所述的控制电路，包括如下步骤：

S1：接收用户输入的设定温度，不断检测室内温度，并通过回风温度传感器和送风温度传感器分别不断获取回风温度和送风温度；

S2：根据当前的室内温度和设定温度之差，求出风速调整幅度参数和风速调整间隔参数，并将不断获取的室内温度进行物理建模得到室内温度模型，根据该室内温度模型修正风速调整幅度参数和风速调整间隔参数，根据修正后的风速调整幅度参数和风速调整间隔参数计算得到风速控制参数；

S3：根据回风温度和送风温度之差，求出水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数，并将不断获取的回风温度和送分温度分别进行物理建模得到回风温度模型和送风温度模型，根据回风温度模型和送分温度模型修正水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数，根据修正后的水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数计算得到新的水阀控制比例值；

S4：根据风速控制参数输出相应的电压值至直流无刷风机以调节风机盘管的出风量，根据新的水阀控制比例值与当前的水阀控制比例值之差计算得到水阀的开闭时长。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过对送风温度、回风温度的不断采集进行自适应PID算法运算处理，实现风速的三档调节，自动输出控制信号至风机控制回路和水阀控制回路，协同调节风机风速和浮点阀开度，通过自适应调节后，室内温度稳定速度快，振动幅度小。

附图说明

图1为本发明的基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置的模块结构图；

图2为本发明的控制电路的电路结构图；

图3为本发明的继电器驱动器的电路结构图；

图4为本发明的风机控制回路的电路结构图；

图5为本发明的水阀控制回路的电路结构图；

图6为本发明的送风温度传感器、回风温度传感器的电路结构图；

图7为本发明的基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明提供基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置，将其应用在空调末端的风机盘管，主要包括控制电路、操作面板、检测单元、风机控制回路和水阀控制回路，所述检测单元包括回风温度传感器和送风温度传感器，操作面板、回风温度传感器和送风温度传感器均连接控制电路的输入端，风机控制回路和水阀控制回路均连接控制电路的输出端，该控制电路通过一CAN通信总线，或是通过一RS485通信总线，或是通过TCP/IP网络连接后台中心，将检测到的风机盘管运行的各项参数实时上传至后台，实现统一的管理和联动控制。控制电路用于根据来自操作面板的设定温度、来自回风温度传感器发送的回风温度、来自送风温度传感器发送的送风温度进行自适应PID算法运算处理后输出控制信号至风机控制回路和水阀控制回路，以调节风机盘管的出风量和水阀的开闭时长。

参见图2，本发明的控制电路包括稳压芯片U4、单片机U1和存储器U3，稳压芯片的输入端连接外部电源，输出端连接单片机的供电端，存储器连接单片机。外部电源为AC12V，通过整流桥、降压型稳压器后产生5V电压给外围芯片供电，稳压芯片U4为单片机提供3.3V的供电。存储器采用高可靠性存储器，用于数据记录，本发明中可采用型号为FM24C08的存储器，擦写次数100万次以上，数据保存100年。单片机的型号优选为STM32F051C4，稳压芯片的型号优选为AS1117-3.3。

单片机内部具有CPU、程序数据存储器、定时/计数器、UART串口、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器电路等模块，具有高速、低功耗、超强抗干扰性等特点，13路高速12位A/D转换，2路独立串口，1路I2C，广泛适用于强干扰场合的电机控制。

风机控制回路优选为直流无刷风机，水阀控制回路优选为三态浮点阀，相比普通通断式电动阀二通阀或电磁阀，增加了一个浮点状态，能有效调节冷冻水流量，实现冷量调节，改善室内温度控制的精确度。进一步的，水阀控制回路通过一继电器驱动器连接单片机。如图3所示为继电器驱动器的电路结构图，其选用型号为ULN2003。结合图4和图5，风机控制回路包括直流无刷风机、接口电路和直流盘管控制器，所述接口电路的输入端连接单片机的控制信号输出端，直流盘管控制器连接接口电路的输出端，直流无刷风机连接直流盘管控制器。接口电路为型号是MAX485的接口芯片。MAX485芯片直接与单片机U1的UART串口连接。算法控制器自适应PID运算后通过RS485通信把风量调节参数发送给直流盘管控制器，当盘管控制器收到风量调节参数指令后调节盘管电机转速，达到调节风量大小的目的。图5中，N接浮点阀的公共端，F1-ON接浮点阀的开，F1-OFF接浮点阀的关。

水阀控制电路的三态浮点阀通过两个继电器连接至继电器驱动器，当控制器输出控制电压信号至继电器S4时，水阀通电缓慢开启，当控制器输出控制电压信号给继电器S5时，水阀缓慢关闭。U5光耦及各电阻组成的电路反馈水阀到位状态，通过AI3连接到单片机U1。由于单片机的控制信号具有实时灵敏的特点，浮点阀的开启和关闭是缓慢进行的。全开和全关的时间大约在45秒左右。本实施例的单片机经过模糊PID算法运算处理后输出三态浮点阀的动作时间比例，三态浮点阀进行相应控制调节，避免了像传统水阀开、关两种状态调节使得被控房间温度场变化较大的情况。

操作面板用于给用户进行温度设定，同时可以显示风机风速、室内温度等。送风温度传感器和回风温度传感器的电路原理参考图6，电阻Rd1和Rd2为两路NTC热敏电阻的上拉供电电阻，Cd1和Cd2为滤波电容，AI1和AI2连接单片机的AI接口，此电路具有高精度和抗干扰强的特点。

参见图7，本发明还提供基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制方法，应用于所述的控制电路，包括如下步骤：

S1：接收用户输入的设定温度，不断检测室内温度，并通过回风温度传感器和送风温度传感器分别不断获取回风温度和送风温度；

S2：根据当前的室内温度和设定温度之差，求出风速调整幅度参数和风速调整间隔，并将不断获取的室内温度进行物理建模得到室内温度模型，根据该室内温度模型修正风速调整幅度参数和风速调整间隔参数，根据修正后的风速调整幅度参数和风速调整间隔参数计算得到风速控制参数；

S3：根据回风温度和送风温度之差，求出水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数，并将不断获取的回风温度和送分温度分别进行物理建模得到回风温度模型和送风温度模型，根据回风温度模型和送分温度模型修正水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数，根据修正后的水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数计算得到新的水阀控制比例值；

S4：根据风速控制参数输出相应的电压值至直流无刷风机以调节风机盘管的出风量，根据新的水阀控制比例值与当前的水阀控制比例值之差计算得到水阀的开闭时长。

上述步骤S2和S3是进行自适应PID控制算法的运算处理，温度控制参数根据不同的温差调节自适应变化后，单片机将风速控制参数和浮点阀控制比例值发给风机控制回路和水阀控制回路，协同调节控制风机风速及浮点阀开度。同时，单片机可根据风机盘管运行参数进行盘管的用冷量计量。S2和S3的步骤顺序可以调换，或者两个步骤同时进行。本发明的所述的风机采用直流无刷风机，可实现对风机无级调速。本发明的所述的的水阀采用三态浮点阀，能比例调节冷冻水流量。直流无刷风机转速及浮点阀开度进行协同调节，即风机风量最大时阀位全开，风量降低时，阀位开度随之关小，当风机全关时，阀位闭合。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制装置，应用于风机盘管，其特征在于，包括控制电路、操作面板、检测单元、风机控制回路和水阀控制回路，所述检测单元包括回风温度传感器和送风温度传感器，所述操作面板、回风温度传感器和送风温度传感器均连接控制电路的输入端，风机控制回路和水阀控制回路均连接控制电路的输出端，该控制电路连接后台中心；所述控制电路用于根据来自操作面板的设定温度、来自回风温度传感器发送的回风温度、来自送风温度传感器发送的送风温度进行处理后输出控制信号至风机控制回路和水阀控制回路，以调节风机盘管的出风量和水阀的开闭时长，所述风机控制回路包括直流无刷风机。

2.如权利要求1所述的风机盘管自适应控制装置，其特征在于，所述送风温度传感器和回风温度传感器均为NTC10K型负温度系数热敏电阻传感器。

3.如权利要求1所述的风机盘管自适应控制装置，其特征在于，所述水阀控制回路为三态浮点阀。

4.如权利要求1所述的风机盘管自适应控制装置，其特征在于，所述控制电路包括稳压芯片、单片机和存储器，稳压芯片的输入端连接外部电源，输出端连接单片机的供电端，存储器连接单片机。

5.如权利要求4所述的风机盘管自适应控制装置，其特征在于，所述稳压芯片的型号为AS1117-3.3，所述单片机的型号为STM32F051C4，所述存储器的型号为FM24C08。

6.如权利要求5所述的风机盘管自适应控制装置，其特征在于，所述水阀控制回路通过一继电器驱动器连接单片机。

7.如权利要求6所述的风机盘管自适应控制装置，其特征在于，所述继电器驱动器的型号为ULN2003。

8.如权利要求5所述的风机盘管自适应控制装置，其特征在于，所述风机控制回路包括直流无刷风机、接口电路和直流盘管控制器，所述接口电路的输入端连接单片机的控制信号输出端，直流盘管控制器连接接口电路的输出端，直流无刷风机连接直流盘管控制器。

9.如权利要求8所述的风机盘管自适应控制装置，其特征在于，所述接口电路为型号是MAX485的接口芯片。

10.基于直流无刷风机的风机盘管自适应控制方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的控制电路，包括如下步骤：

S1：接收用户输入的设定温度，不断检测室内温度，并通过回风温度传感器和送风温度传感器分别不断获取回风温度和送风温度；

S2：根据当前的室内温度和设定温度之差，求出风速调整幅度参数和风速调整间隔参数，并将不断获取的室内温度进行物理建模得到室内温度模型，根据该室内温度模型修正风速调整幅度参数和风速调整间隔参数，根据修正后的风速调整幅度参数和风速调整间隔参数计算得到风速控制参数；

S3：根据回风温度和送风温度之差，求出水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数，并将不断获取的回风温度和送分温度分别进行物理建模得到回风温度模型和送风温度模型，根据回风温度模型和送分温度模型修正水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数，根据修正后的水阀调整幅度参数和水阀调整间隔参数计算得到新的水阀控制比例值；

S4：根据风速控制参数输出相应的电压值至直流无刷风机以调节风机盘管的出风量，根据新的水阀控制比例值与当前的水阀控制比例值之差计算得到水阀的开闭时长。