CN108679801A - 风机盘管自适应节能控制阀 - Google Patents

风机盘管自适应节能控制阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种风机盘管自适应节能控制阀，包括有自适应控制电路、检测单元以及浮点阀执行器；所述自适应控制电路连接后台中心；所述检测单元包括送风温度传感器和回风温度传感器，所述送风温度传感器和回风温度传感器均连接自适应控制电路的输入端，浮点阀执行器连接控制电路的输出端；本发明通过对送风温度和送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水阀控制回路，调节浮点阀开度，实现冷冻水流量的连续调节，通过自适应调节后，室内温度波动较小，并且能很快达到稳定值，舒适性好。

Description

风机盘管自适应节能控制阀
技术领域
本发明涉及风机盘管水阀门领域技术，尤其是指一种风机盘管自适应节能控制阀。
背景技术
中央空调系统能耗的快速增加源于民众对健康意识的不断强化以及对舒适性要求的不断提高。在世界性的能源紧缺问题日益凸显，我国节能减排迫在眉睫的大背景下，如何能在保证舒适性的情况下，减少中央空调系统的耗能成为了业界同行关注的热点。末端是中央空调系统发挥效果最直接的体现者，有效降低中央空调系统末端设备的运行能耗将对空调系统节能作出巨大贡献。
风机盘管作为半集中式空调系统的末端装置,结构简单，安装方便，且易于控制，广泛应用于宾馆、写字楼、医院、公寓以及一些娱乐产所。目前，广泛应用的是双管式、风机三档调速、电动水阀通断控制的风机盘管系统。在风机盘管水系统中，常用通断控制型阀门来控制风机盘管的流量，单台风机盘管的流量只有零流量和设计流量两种状态。即常规的水侧控制方式是在水路上安装通断电磁阀，根据房间温度由开关式温度控制器控制电磁阀的通断，改变通过风机盘管的水的流动或停止状态，从而实现冷量或热量的控制。这种常规的控制方式大多采用简单的电子模拟电路，所以只能实现简单的通断控制，也就是当室温高于设定值时，打开电磁阀，使水路流通；当室温低于设定值时，关闭电磁阀，截断水路。
传统的风机盘管水阀控制技术存在一些不足，如阀门频繁通断，压力波动大；如果房间热惯性很大，风机盘管内的水盘管也有较大的热惯性，因此这样控制就造成较大的室内温度波动，使室内舒适性差；通断阀接通时按额定流量运行，部分负荷时会导致末端换热器小温差运行，换热效率低。
另外在系统管理方法中，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
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种风机盘管自适应节能控制阀，其实现浮点阀与控制器的一体化，可根据室内冷负荷变化及设定温度的改变，实现自适应进行温度校正，连续调节冷冻水流量，节约能源。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种风机盘管自适应节能控制阀，包括有自适应控制电路、检测单元以及执行器；所述自适应控制电路连接后台中心；所述检测单元包括送风温度传感器和回风温度传感器，所述送风温度传感器和回风温度传感器均连接自适应控制电路的输入端，电动阀执行器连接控制电路的输出端；
所述自适应控制电路中设有PID控制单元,PID运算为自适应控制算法模块，该自适应控制算法模块表达为：
PID增量型计算公式为：PID增量型计算公式为：
式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为采样周期；e(k)，e(k-1)，e(k-2)分别为第k次、第k-1次、第k-2次的偏差值；
对于离散PID控制算法，设yr(t)为设定值，e(t)＝yr(t)-y(t)，则有：
对于时变参数的情景，即自适应PID控制算法如下：
式中，
每次采样点连续采三次，去掉最大值和最小值，以中间值作为采样数值。
优选的，所述电动阀为三态浮点阀、三线二通球阀、比例积分阀中的一种。
优选的，所述电动阀为三态浮点阀。
优选的，所述自适应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，所述单片机通过继电器驱动器驱动电动阀执行器。
优选的，所述继电器驱动器的型号为ULN2003。
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。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
一、本发明通过对送风温度和送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水阀控制回路，调节浮点阀开度，实现冷冻水流量的连续调节，通过自适应调节后，室内温度波动较小，并且能很快达到稳定值，舒适性好。本发明以时间析出的冷凝水量作为参考，通常是检测到室内相对湿度大于70％(相对湿度范围可设定)进入高效除湿模式，如检测的湿度低于设定湿度，则本发明处于舒适节能模式。
二、本发明所述的风机盘管自适应节能控制阀，结构上水阀及控制器一体化,兼容性强,兼容绝大多数风机盘管,并可与各种温控面板配套使用。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明：
附图说明
图1为本发明之较佳实施例的整体模块结构图；
图2为本发明之较佳实施例中自适应控制电路的电路结构图；
图3为本发明之较佳实施例中继电器驱动器的电路结构图；
图4为本发明之较佳实施例中水阀控制回路的电路结构图；
图5为本发明之较佳实施例中送风温度传感器和回风温度传感器的电路结构图。
附图标识说明：
10、自适应控制电路 20、检测单元
30、浮点阀执行器 31、三态浮点阀
40、后台中心
具体实施方式
请参照图1至图5所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，主要包括自适应控制电路10、检测单元20和浮点阀执行器30。
所述自适应控制电路10连接后台中心40；所述检测单元20包括送风温度传感器和回风温度，送风温度传感器和回风温度传感器均连接自适应控制电路10的输入端，自适应控制电路10的输出端驱动浮点阀执行器30。自适应控制电路10用于根据房间设定温度和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水阀控制回路，以调节风机盘管的水阀的开度。
所述自适应控制电路10中设有PID控制单元,PID运算为自适应控制算法模块，该自适应控制算法模块表达为：
PID增量型计算公式为：PID增量型计算公式为：
式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为采样周期；e(k)，e(k-1)，e(k-2)分别为第k次、第k-1次、第k-2次的偏差值；
对于离散PID控制算法，设yr(t)为设定值，e(t)＝yr(t)-y(t)，则有：
对于时变参数的情景，即自适应PID控制算法如下：
式中，
每次采样点连续采三次，去掉最大值和最小值，以中间值作为采样数值。
参见图2，本发明的自适应控制电路10包括稳压芯片U4、单片机U1和存储器U3，稳压芯片U3的输入端连接外部电源，输出端连接单片机U1的供电端，存储器U3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U1提供3.3V的供电。存储器U3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U1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。
水阀控制回路优选为三态浮点阀31。进一步的，三态浮点阀31通过一继电器驱动器连接单片机U1，水阀控制回路的电路参见图4。水阀控制电路的三态浮点阀31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，三态浮点阀31通电缓慢开启，当控制器输出控制电压信号给继电器S5时，三态浮点阀31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U1的控制信号具有实时灵敏的特点，三态浮点阀31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U1经过模糊PID算法运算处理后输出三态浮点阀31的动作时间比例，三态浮点阀31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。
送风温度传感器和回风温度传感器的电路原理参考图5，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。
本发明的设计重点是：首先，本发明通过对送风温度和送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水阀控制回路，调节浮点阀开度，实现冷冻水流量的连续调节，通过自适应调节后，室内温度波动较小，并且能很快达到稳定值，舒适性好。本发明以时间析出的冷凝水量作为参考，通常是检测到室内相对湿度大于70％(相对湿度范围可设定)进入高效除湿模式，如检测的湿度低于设定湿度，则本发明处于舒适节能模式。其次，本发明所述的风机盘管自适应节能控制阀，结构上水阀及控制器一体化,兼容性强,兼容绝大多数风机盘管,并可与各种温控面板配套使用。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风机盘管自适应节能控制阀，其特征在于：包括有自适应控制电路、检测单元以及电动阀执行器；所述自适应控制电路连接后台中心；所述检测单元包括送风温度传感器和回风温度传感器，所述送风温度传感器和回风温度传感器均连接自适应控制电路的输入端，电动阀执行器连接控制电路的输出端；
所述自适应控制电路中设有PID控制单元,PID运算为自适应控制算法模块，该自适应控制算法模块表达为：
PID增量型计算公式为：PID增量型计算公式为：
式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为采样周期；e(k)，e(k-1)，e(k-2)分别为第k次、第k-1次、第k-2次的偏差值；
对于离散PID控制算法，设yr(t)为设定值，e(t)＝yr(t)-y(t)，则有：
对于时变参数的情景，即自适应PID控制算法如下：
式中，
每次采样点连续采三次，去掉最大值和最小值，以中间值作为采样数值。
2.如权利要求1所述的风机盘管自适应节能控制阀，其特征在于：所述电动阀为三态浮点阀、三线二通球阀、比例积分阀。
3.如权利要求1所述的风机盘管自适应节能控制阀，其特征在于：所述电动阀为三态浮点阀。
4.如权利要求1所述的风机盘管自适应节能控制阀，其特征在于：所述自适应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.权利要求4所述的风机盘管自适应节能控制阀，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4所述的风机盘管自适应节能控制阀，其特征在于：所述单片机通过继电器驱动器驱动电动阀执行器。
7.如权利要求6所述的风机盘管自适应节能控制阀，其特征在于：所述继电器驱动器的型号为ULN2003。
8.如权利要求1所述的风机盘管自适应节能控制阀，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。
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