CN110520680A - 集成式智能致动器装置 - Google Patents

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Abstract

一种建筑物管理系统被配置用于修改建筑物的环境条件。所述建筑物管理系统包括阀组件、致动器装置和网络传感器装置。所述致动器装置包括电机、由所述电机驱动并联接至所述阀组件的驱动装置、以及联接至所述电机的控制器。所述控制器包括微处理器和控制应用，所述控制应用被配置用于实现对所述阀组件的闭环控制。所述网络传感器装置可通信地耦合到所述致动器装置并且被配置用于测量环境特性。所述控制应用被配置用于基于来自移动装置的输入控制信号和来自所述网络传感器装置的所测得环境特性来执行对所述阀组件的所述闭环控制。

Description

集成式智能致动器装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月22日提交的美国临时申请号62/462,283的权益，所述美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本发明总体上涉及建筑物管理系统和相关联的装置，并且更具体地涉及具有无线通信和控制能力的集成式致动器HVAC装置。
HVAC致动器用于操作各种各样的HVAC部件，比如气闸、流体阀、空气处理单元、以及通常用在HVAC系统中的其他部件。例如，致动器可以联接至HVAC系统中的气闸、阀、或其他可移动设备，并且可以用于在打开位置与关闭位置之间驱动所述设备。致动器通常包括电机以及由所述电机驱动并且联接至HVAC部件的驱动装置(例如，轮毂、传动系等)。
然而，许多现有的HVAC致动器主要是机械装置，其未能利用处理和无线通信技术的最新进展。特别地，当前的HVAC致动器未能利用对用于电路板的嵌入式微处理器的改进。这些改进已经产生了控制和无线通信能力，这些能力可以以足够小的形状因子封装以装配在现有的致动器外壳中。增加HVAC致动器装置的功能将是有利的。同时，减少技术人员必须在HVAC系统中安装和维护的装置的总数将是有利的。
发明内容
本披露内容的一种实施方式是一种被配置用于修改建筑物的环境条件的建筑物管理系统。所述建筑物管理系统包括阀组件、致动器装置和网络传感器装置。所述致动器装置包括电机、由所述电机驱动并联接至所述阀组件的驱动装置、以及联接至所述电机的控制器。所述控制器包括微处理器和控制应用，所述控制应用被配置用于实现对所述阀组件的闭环控制。所述网络传感器装置可通信地耦合到所述致动器装置并且被配置用于测量环境特性。所述控制应用被配置用于基于来自移动装置的输入控制信号和来自所述网络传感器装置的所测得环境特性来执行对所述阀组件的所述闭环控制。
在一些实施例中，所述建筑物管理系统包括移动接入点装置，所述移动接入点装置被配置用于可通信地耦合到所述网络传感器装置并从所述移动装置接收所述输入控制信号。
在一些实施例中，所述控制器进一步被配置用于无线地耦合到所述移动装置以接收所述输入控制信号。
在一些实施例中，所述阀组件包括可沿大约270度的角行程在第一端部位置与第二端部位置之间旋转的阀构件，在所述第一端部位置，第一端口与第三端口流体连接并且第二端口闭合，在所述第二端部位置，所述第二端口与所述第三端口流体连接并且所述第一端口闭合。在其他实施例中，所述驱动装置被配置用于沿大约270度的所述角行程来驱动所述阀构件。
在一些实施例中，所述建筑物管理系统包括网络自动化引擎装置，所述网络自动化引擎装置可通信地耦合到所述致动器装置并且被配置用于执行设备监测和控制功能。设备监测和控制功能可以包括调度功能、警报管理功能、事件管理功能、能量管理功能、数据交换功能、数据趋势分析功能和数据存储功能。
在一些实施例中，所述阀组件被配置用于控制通过加热盘管或冷却盘管的水流。
在一些实施例中，所述控制器可通信地耦合到多个输入信号和输出信号。所述输入信号和输出信号可以包括排风输入信号、冷凝输入信号、模拟风扇输出信号、风扇断路继电器输出信号和模拟气闸输出信号。
本披露内容的另一实施方式是一种用于控制建筑物管理系统的方法，所述建筑物管理系统包括阀组件、致动器装置和网络传感器装置。所述方法包括：从移动装置接收输入控制信号；从所述网络传感器装置接收测得的环境特性；基于所述输入控制信号和所测得环境特性来确定致动器位置设定值；以及将所述致动器装置驱动到所述致动器位置设定值。所述致动器装置联接至所述阀组件，以便在多个位置之间驱动所述阀组件。
在一些实施例中，所述阀组件包括：阀体，所述阀体具有阀室和进入所述阀室的多个端口；以及位于所述阀室内的阀构件。所述阀构件可绕旋转轴线可控制地旋转。在其他实施例中，其中，所述阀构件可沿大约270度的角行程在第一端部位置与第二端部位置之间旋转，在所述第一端部位置，第一端口与第三端口流体连接并且第二端口闭合，在所述第二端部位置，所述第二端口与所述第三端口流体连接并且所述第一端口闭合。
在一些实施例中，所述方法由致动器装置的控制器执行。在其他实施例中，所述控制器包括：微控制器，所述微控制器具有存储器和被配置用于执行控制应用的处理器；以及控制应用，所述控制应用被配置用于实现对所述阀组件的闭环控制。
本披露内容的又另一实施方式是一种用于建筑物管理系统中的被配置用于修改建筑物的环境条件的模块化致动器装置。所述模块化致动器装置包括：致动器电路卡组件，所述致动器电路卡组件具有被配置用于驱动致动器电机的部件；处理器电路卡组件，所述处理器电路卡组件具有被配置用于执行闭环控制功能的部件；以及输入输出电路卡组件，所述输入输出电路卡组件具有被配置用于将所述模块化致动器装置可通信地耦合到多个输入信号和输出信号的部件。所述致动器电路卡组件、所述处理器电路卡组件和所述输入输出电路卡组件中的每一个都被配置成可单独更换，以实现所述模块化致动器装置的一个或多个期望功能。
在一些实施例中，所述输入信号和输出信号包括排风输入信号、冷凝输入信号、模拟风扇输出信号、风扇断路继电器输出信号和模拟气闸输出信号。
在一些实施例中，被配置用于驱动致动器电机的所述部件使所述致动器电机沿大约270度的角行程来驱动驱动装置。
在一些实施例中，被配置用于执行闭环控制功能的所述部件包括微处理器。在其他实施例中，所述微处理器被配置用于无线地耦合到移动装置以接收输入控制信号。在进一步的实施例中，所述微处理器被配置用于无线耦合到网络自动化引擎装置，所述网络自动化引擎装置被配置用于执行设备监测和控制功能。设备监测和控制功能可以包括调度功能、警报管理功能、事件管理功能、能量管理功能、数据交换功能、数据趋势分析功能和数据存储功能。
附图说明
图1是根据一些实施例的配备有暖通空调(HVAC)系统和建筑物管理系统(BMS)的建筑物的图示。
图2是根据一些实施例的可以用于支持图1的HVAC系统的水侧系统的示意图。
图3是根据一些实施例的可以用作图1的HVAC系统的一部分的空气侧系统的框图。
图4是根据一些实施例的可以在图1的建筑物中实施的BMS的框图。
图5是根据一些实施例的可以在图1的HVAC系统中实施的集成式智能致动器装置的框图。
图6是根据一些实施例的图5的集成式智能致动器装置的透视图。
图7A是根据一些实施例的被构型成通过旋转单个阀构件同时在两个流体供应和两个流体回流之间切换的六通阀的透视图。
图7B至图7D是根据一些实施例的智能致动器和阀构件的取向的一系列透视图。
图8是根据一些实施例的在BMS中实施集成式智能致动器装置的框图。
图9是根据一些实施例的在BMS中实施集成式智能致动器装置的另一框图。
图10是根据一些实施例的在BMS中实施集成式智能致动器装置的另一框图。
图11是根据一些实施例的在空气处理单元(AHU)中实施集成式智能致动器装置的框图。
图12A至图12C是根据一些实施例的可以包括在集成式智能致动器装置中的电路卡组件的一系列描绘。
图13是根据一些实施例的操作集成式智能致动器装置的方法的流程图。
具体实施方式
概述
在转到详细展示示例性实施例的附图之前，应当理解的是，本披露内容不限于说明书中阐述的或附图中展示出的细节或方法。还应当理解的是，术语仅是出于说明的目的而不应视为限制性的。
总体上参照附图，根据一些实施例，描绘了各种集成式智能致动器装置及其应用。智能致动器是包括可以执行控制环路功能的嵌入式处理能力的致动器装置。在一些实施例中，智能致动器装置联接至阀(例如，六通270°阀)。在其他实施例中，智能致动器装置可以被实施为建筑物管理系统(例如，基于液体的模块化加热和冷却系统)的一部分，以控制HVAC部件，所述HVAC部件包括风扇盘管单元、鼓风机盘管单元和空气处理单元。
建筑物管理系统和HVAC系统
现在参照图1至图4，根据一些实施例，示出了可以在其中实施本披露内容的系统和方法的示例性建筑物管理系统(BMS)和HVAC系统。具体参照图1，示出了建筑物10的透视图。建筑物10由BMS服务。BMS通常是被配置用于对建筑物或建筑物区之中或周围的设备进行控制、监测和管理的装置的系统。BMS可以包括例如HVAC系统、安全系统、照明系统、火灾报警系统、能够管理建筑物功能或装置的任何其他系统、或其任何组合。
服务于建筑物10的BMS包括HVAC系统100。HVAC系统100可以包括被配置用于向建筑物10提供加热、冷却、通风或其他服务的多个HVAC装置(例如，加热器、冷却器、空气处理单元、泵、风扇、热能储存装置等)。例如，HVAC系统100被示出为包括水侧系统120和空气侧系统130。水侧系统120可以向空气侧系统130的空气处理单元提供加热流体或冷却流体。空气侧系统130可以使用加热流体或冷却流体来加热或冷却提供至建筑物10的气流。参照图2和图3对可以在HVAC系统100中使用的示例性水侧系统和空气侧系统进行更加详细的描述。
HVAC系统100被示出为包括冷却器102、锅炉104、以及屋顶空气处理单元(AHU)106。水侧系统120可以使用锅炉104和冷却器102来加热或冷却工作流体(例如，水、乙二醇等)并且可以使工作流体循环至AHU 106。在各实施例中，水侧系统120的HVAC装置可以定位在建筑物10之中或周围(如图1所示)或在如中央设施(例如，冷却器设施、蒸气设施、热力设施等)等非现场位置处。可以在锅炉104中加热或在冷却器102中冷却工作流体，这取决于建筑物10中需要加热还是冷却。锅炉104可以例如通过燃烧易燃材料(例如，天然气)或使用电加热元件来向循环流体添加热量。冷却器102可以使循环流体与热交换器(例如，蒸发器)中的另一种流体(例如，制冷剂)成热交换关系以从循环流体中吸收热量。可以经由管路108将来自冷却器102和/或锅炉104的工作流体输送至AHU 106。
AHU 106可以使工作流体与穿过AHU 106(例如，经由一级或多级冷却盘管和/或加热盘管)的气流成热交换关系。气流可以是例如室外空气、来自建筑物10内的回流空气、或两者的组合。AHU 106可以在气流与工作流体之间传递热量，从而为气流提供加热或冷却。例如，AHU 106可以包括被配置用于使气流越过或穿过包含工作流体的热交换器的一个或多个风扇或鼓风机。工作流体然后可以经由管路110回流至冷却器102或锅炉104。
空气侧系统130可以经由空气供应管道112将由AHU 106供应的气流(即，供应气流)递送至建筑物10，并且可以经由空气回流管道114向AHU 106提供来自建筑物10的回流空气。在一些实施例中，空气侧系统130包括多个可变空气量(VAV)单元116。例如，空气侧系统130被示出为包括建筑物10的每一个楼层或区域上的独立VAV单元116。VAV单元116可以包括气闸或可以被操作成控制提供至建筑物10的单独区域的供应气流的量的其他流量控制元件。在其他实施例中，空气侧系统130将供应气流递送至建筑物10的一个或多个区域中(例如，经由供应管道112)，而不使用中间VAV单元116或其他流量控制元件。AHU 106可以包括被配置用于测量供应气流的属性的各种传感器(例如，温度传感器、压力传感器等)。AHU106可以从定位在AHU 106内和/或建筑物区域内的传感器接收输入，并且可以调整穿过AHU106的供应气流的流率、温度或其他属性以实现建筑物区域的设定值条件。
现在参照图2，根据一些实施例，示出了水侧系统200的框图。在各实施例中，水侧系统200可以补充或替代HVAC系统100中的水侧系统120或者可以与HVAC系统100分开来实施。当在HVAC系统100中实施时，水侧系统200可以包括HVAC系统100中的HVAC装置的子集(例如，锅炉104、冷却器102、泵、阀等)并且可以运行以向AHU 106提供加热的或冷却的流体。水侧系统200的HVAC装置可以位于建筑物10内(例如，作为水侧系统120的部件)或位于比如中央设施等非现场位置。
在图2中，水侧系统200被示出为具有多个子设施202至212的中央设施。子设施202至212被示出为包括：加热器子设施202、热回收冷却器子设施204、冷却器子设施206、冷却塔子设施208、热热能储存(TES)子设施210、以及冷热能储存(TES)子设施212。子设施202至212消耗来自公共设施的资源(例如，水、天然气、电等)来服务于建筑物或校园的热能负载(例如，热水、冷水、加热、冷却等)。例如，加热器子设施202可以被配置用于在热水环路214中加热水，所述热水环路使热水在加热器子设施202与建筑物10之间循环。冷却器子设施206可以被配置用于在冷水环路216中冷却水，所述冷水环路使冷水在冷却器子设施206与建筑物10之间循环。热回收冷却器子设施204可以被配置用于将热量从冷水环路216传递至热水环路214以便提供对热水的附加加热和对冷水的附加冷却。冷凝水环路218可以从冷却器子设施206中的冷水中吸收热量并且排出冷却塔子设施208中的所吸收热量或将所吸收热量传递至热水环路214。热TES子设施210和冷TES子设施212可以分别储存热热能和冷热能以供后续使用。
热水环路214和冷水环路216可以将加热的和/或冷却的水递送至位于建筑物10的屋顶上的空气处理机(例如，AHU 106)或递送至建筑物10的单独楼层或区域(例如，VAV单元116)。空气处理机推送空气经过热交换器(例如，加热盘管或冷却盘管)，水流过所述热交换器以提供对空气的加热或冷却。可以将加热或冷却的空气递送至建筑物10的单独区域以服务于建筑物10的热能负载。水然后回流至子设施202至212以接收进一步加热或冷却。
尽管子设施202至212被示出且被描述为加热或冷却水以便循环至建筑物，但是应当理解的是，替代或除了水之外可以使用任何其他类型的工作流体(例如，乙二醇、CO2等)来服务热能负载。在其他实施例中，子设施202至212可以直接向建筑物或校园提供加热和/或冷却，而不需要中间热传递流体。对水侧系统200的这些和其他变体在本披露内容的教导内。
子设施202至212中的每一个可以包括被配置用于促进子设施的功能的各种设备。例如，加热器子设施202被示出为包括被配置用于为热水环路214中的热水添加热量的多个加热元件220(例如，锅炉、电加热器等)。加热器子设施202还被示出为包括若干泵222和224，所述泵被配置用于使热水环路214中的热水循环并控制通过单独加热元件220的热水的流率。冷却器子设施206被示出为包括被配置用于除去来自冷水环路216中的冷水的热量的多个冷却器232。冷却器子设施206还被示出为包括若干泵234和236，所述泵被配置用于使冷水环路216中的冷水循环并控制通过单独冷却器232的冷水的流率。
热回收冷却器子设施204被示出为包括被配置用于将热量从冷水环路216传递至热水环路214的多个热回收热交换器226(例如，制冷回路)。热回收冷却器子设施204还被示出为包括若干泵228和230，所述泵被配置用于使通过热回收热交换器226的热水和/或冷水循环并控制通过单独热回收热交换器226的水的流率。冷却塔子设施208被示出为包括被配置用于除去来自冷凝水环路218中的冷凝水的热量的多个冷却塔238。冷却塔子设施208还被示出为包括若干泵240，所述泵被配置用于使冷凝水环路218中的冷凝水循环并控制通过单独冷却塔238的冷凝水的流率。
热TES子设施210被示出为包括被配置用于储存热水以供稍后使用的热TES罐242。热TES子设施210还可以包括被配置用于控制热水流入或流出热TES罐242的流率的一个或多个泵或阀。冷TES子设施212被示出为包括被配置用于储存冷水以供稍后使用的冷TES罐244。冷TES子设施212还可以包括被配置用于控制冷水流入或流出冷TES罐244的流率的一个或多个泵或阀。
在一些实施例中，水侧系统200中的泵(例如，泵222、224、228、230、234、236和/或240)中的一个或多个泵或水侧系统200中的管线包括与其相关联的隔离阀。隔离阀可以与泵集成或定位在泵的上游或下游，以控制水侧系统200中的流体流动。在各实施例中，水侧系统200可以基于水侧系统200的特定配置和水侧系统200所服务的负载的类型而包括更多、更少或不同类型的装置和/或子设施。
现在参照图3，根据一些实施例，示出了空气侧系统300的框图。在各实施例中，空气侧系统300可以补充或替代HVAC系统100中的空气侧系统130或者可以与HVAC系统100分开来实施。当在HVAC系统100中实施时，空气侧系统300可以包括HVAC系统100中的HVAC装置的子集(例如，AHU 106、VAV单元116、管道112至114、风扇、气闸等)并且可以定位在建筑物10之中或周围。空气侧系统300可以运行以使用由水侧系统200提供的加热流体或冷却流体来加热或冷却提供给建筑物10的气流。
在图3中，空气侧系统300被示出为包括节能器型空气处理单元(AHU)302。节能器型AHU改变空气处理单元用于加热或冷却的外部空气和回流空气的量。例如，AHU 302可以经由回流空气管道308从建筑物区域306接收回流空气304并且可以经由供应空气管道312将供应空气310递送至建筑物区域306。在一些实施例中，AHU 302是定位在建筑物10的屋顶上(例如，如图1所示的AHU 106)或者以其他方式被定位成接收回流空气304和外部空气314两者的屋顶单元。AHU 302可以被配置用于操作排气闸316、混合气闸318、以及外部空气闸320，以控制组合形成供应空气310的外部空气314和回流空气304的量。未通过混合气闸318的任何回流空气304可以作为废气322通过排气闸316从AHU 302排出。
气闸316至320中的每一个可以由致动器操作。例如，排气闸316可以由致动器324操作，混合气闸318可以由致动器326操作，并且外部空气闸320可以由致动器328操作。致动器324至328可以经由通信链路332与AHU控制器330通信。致动器324至328可以从AHU控制器330接收控制信号并且可以向AHU控制器330提供反馈信号。反馈信号可以包括例如对当前致动器或气闸位置的指示、致动器施加的转矩或力的量、诊断信息(例如，由致动器324至328执行的诊断测试的结果)、状态信息、调试信息、配置设置、校准数据和/或可以由致动器324至328收集、存储或使用的其他类型的信息或数据。AHU控制器330可以是被配置用于使用一个或多个控制算法(例如，基于状态的算法、极值搜索控制(ESC)算法、比例-积分(PI)控制算法、比例-积分-微分(PID)控制算法、模型预测控制(MPC)算法、反馈控制算法等)来控制致动器324至328的节能器控制器。
仍然参照图3，AHU 302被示出为包括定位在供应空气管道312内的冷却盘管334、加热盘管336和风扇338。风扇338可以被配置用于迫使供应空气310通过冷却盘管334和/或加热盘管336并且向建筑物区域306提供供应空气310。AHU控制器330可以经由通信链路340与风扇338通信以控制供应空气310的流率。在一些实施例中，AHU控制器330通过调节风扇338的速度来控制施加到供应空气310的加热量或冷却量。
冷却盘管334可以经由管路342从水侧系统200(例如，从冷水环路216)接收冷却流体并且可以经由管路344将冷却流体回流至水侧系统200。可以沿着管路342或管路344来定位阀346以便控制通过冷却盘管334的冷却流体的流率。在一些实施例中，冷却盘管334包括可以被独立地激活和去激活(例如，由AHU控制器330、由BMS控制器366等)以调节施加到供应空气310的冷却量的多级冷却盘管。
加热盘管336可以经由管路348从水侧系统200(例如，从热水环路214)接收加热流体并且可以经由管路350将加热流体回流至水侧系统200。可以沿着管路348或管路350来定位阀352以便控制通过加热盘管336的加热流体的流率。在一些实施例中，加热盘管336包括可以被独立地激活和去激活(例如，由AHU控制器330、由BMS控制器366等)以调节施加到供应空气310的加热量的多级加热盘管。
阀346和352中的每一个可以由致动器控制。例如，阀346可以由致动器354控制，并且阀352可以由致动器356控制。致动器354至356可以经由通信链路358至360与AHU控制器330通信。致动器354至356可以从AHU控制器330接收控制信号并且可以向控制器330提供反馈信号。在一些实施例中，AHU控制器330从定位在供应空气管道312中(例如，冷却盘管334和/或加热盘管336的下游)的温度传感器362接收供应空气温度的测量结果。AHU控制器330还可以从定位在建筑物区域306中的温度传感器364接收建筑物区域306的温度测量结果。
在一些实施例中，AHU控制器330经由致动器354至356操作阀346和352以调节提供至供应空气310的加热量或冷却量(例如，从而达到供应空气310的设定值温度或者将供应空气310的温度维持在设定值温度范围内)。阀346和352的位置影响由冷却盘管334或加热盘管336提供至供应空气310的加热量或冷却量，并且可以与被消耗以达到期望供应空气温度的能源量相关。AHU控制器330可以通过对盘管334至336进行激活或去激活、调整风扇338的速度或两者的组合来控制供应空气310和/或建筑物区域306的温度。
仍然参照图3，空气侧系统300被示出为包括建筑物管理系统(BMS)控制器366和客户端装置368。BMS控制器366可以包括一个或多个计算机系统(例如，服务器、监控控制器、子系统控制器等)，所述计算机系统充当空气侧系统300、水侧系统200、HVAC系统100和/或服务于建筑物10的其他可控系统的系统级控制器、应用或数据服务器、头节点或主控制器。BMS控制器366可以根据相似或不同协议(例如，LON、BACnet等)经由通信链路370与多个下游建筑物系统或子系统(例如，HVAC系统100、安全系统、照明系统、水侧系统200等)通信。在各实施例中，AHU控制器330和BMS控制器366可以是分开的(如图3中所示出的)或集成的。在集成式实施方式中，AHU控制器330可以是被配置用于由BMS控制器366的处理器执行的软件模块。
在一些实施例中，AHU控制器330从BMS控制器366接收信息(例如，命令、设定值、操作边界等)并且向BMS控制器366提供信息(例如，温度测量结果、阀或致动器位置、运行状态、诊断等)。例如，AHU控制器330可以向BMS控制器366提供来自温度传感器362至364的温度测量结果、设备开/关状态、设备运行能力和/或可以由BMS控制器366用来监测或控制建筑物区域306内的可变状态或条件的任何其他信息。
客户端装置368可以包括用于控制、查看HVAC系统100、其子系统和/或装置或以其他方式与其交互的一个或多个人机接口或客户端接口(例如，图形用户接口、报告接口、基于文本的计算机接口、面向客户端的web服务、向web客户端提供页面的web服务器等)。客户端装置368可以是计算机工作站、客户端终端、远程或本地接口或任何其他类型的用户接口装置。客户端装置368可以是固定终端或移动装置。例如，客户端装置368可以是台式计算机、具有用户接口的计算机服务器、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、PDA、或任何其他类型的移动或非移动装置。客户端装置368可以经由通信链路372与BMS控制器366和/或AHU控制器330通信。
现在参照图4，根据一些实施例，示出了建筑物管理系统(BMS)400的框图。可以在建筑物10中实施BMS 400以自动地监测和控制各种建筑物功能。BMS 400被示出为包括BMS控制器366和多个建筑物子系统428。建筑物子系统428被示出为包括建筑物电气子系统434、信息通信技术(ICT)子系统436、安全子系统438、HVAC子系统440、照明子系统442、电梯/自动扶梯子系统432和防火安全子系统430。在各实施例中，建筑物子系统428可以包括更少的、附加的、或替代的子系统。例如，建筑物子系统428还可以包括或可替代地包括制冷子系统、广告或引导标示子系统、烹饪子系统、售货子系统、打印机或拷贝服务子系统、或者使用可控的设备和/或传感器来监测或控制建筑物10的任何其他类型的建筑物子系统。在一些实施例中，如参照图2和图3所描述的，建筑物子系统428包括水侧系统200和/或空气侧系统300。
建筑物子系统428中的每一个可以包括用于完成其单独功能和控制活动的任何数量的装置、控制器和连接。如参照图1至图3所描述的，HVAC子系统440可以包括许多与HVAC系统100相同的部件。例如，HVAC子系统440可以包括任何数量的冷却器、加热器、处理单元、节能器、现场控制器、监控控制器、致动器、温度传感器和/或用于控制建筑物10内的温度、湿度、气流或其他可变条件的其他装置。照明子系统442可以包括任何数量的灯具、镇流器、照明传感器、调光器或被配置用于可控制地调整提供给建筑物空间的光量的其他装置。安全子系统438可以包括占用传感器、视频监控摄像机、数字视频录像机、视频处理服务器、入侵检测装置、访问控制装置和服务器或其他与安全相关的装置。
仍然参照图4，BMS控制器366被示出为包括通信接口407和BMS接口409。接口407可以促进BMS控制器366与外部应用(例如，监测和报告应用422、企业控制应用426、远程系统和应用444、驻留在客户端装置448上的应用等)之间的通信，以允许用户对BMS控制器366和/或子系统428进行控制、监测和调整。接口407还可以促进BMS控制器366与客户端装置448之间的通信。BMS接口409可以促进BMS控制器366与建筑物子系统428(例如，HVAC、照明安全、电梯、配电、业务等)之间的通信。
接口407、409可以是或包括用于与建筑物子系统428或其他外部系统或装置进行数据通信的有线或无线通信接口(例如，插座、天线、发射器、接收器、收发器、电线端子等)。在各实施例中，经由接口407、409进行的通信可以是直接的(例如，本地有线或无线通信)或经由通信网络446(例如，WAN、互联网、蜂窝网等)。例如，接口407、409可以包括用于经由基于以太网的通信链路或网络发送和接收数据的以太网卡和端口。在另一个示例中，接口407、409可以包括用于经由无线通信网络进行通信的WiFi收发器。在另一个示例中，接口407、409中的一者或两者可以包括蜂窝或移动电话通信收发器。在一个实施例中，通信接口407为电力线通信接口，并且BMS接口409为以太网接口。在其他实施例中，通信接口407和BMS接口409两者都为以太网接口或为同一个以太网接口。
仍然参照图4，BMS控制器366被示出为包括处理电路404，所述处理电路包括处理器406和存储器408。处理电路404可以可通信地连接至BMS接口409和/或通信接口407，从而使得处理电路404及其各个部件可以经由接口407、409发送和接收数据。处理器406可以被实施为通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一组处理部件、或其他合适的电子处理部件。
存储器408(例如，存储器、存储器单元、存储装置等)可以包括用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个装置(例如，RAM、ROM、闪存、硬盘存储装置等)，所述数据和/或计算机代码用于完成或促进本申请中所描述的各个过程、层和模块。存储器408可以是或包括易失性存储器或非易失性存储器。存储器408可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支持本申请中所描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。根据一些实施例，存储器408经由处理电路404可通信地连接至处理器406并且包括用于(例如，由处理电路404和/或处理器406)执行本文所描述的一个或多个过程的计算机代码。
在一些实施例中，在单一计算机(例如，一个服务器、一个外壳等)内实施BMS控制器366。在各个其他实施例中，BMS控制器366可以跨多个服务器或计算机(例如，其可以存在于分布式位置中)分布。进一步地，虽然图4示出了如存在于BMS控制器366外的应用422和426，但在一些实施例中，应用422和426可以托管在BMS控制器366内(例如，在存储器408内)。
仍然参照图4，存储器408被示出为包括企业集成层410、自动测量与验证(AM&V)层412、需求响应(DR)层414、故障检测与诊断(FDD)层416、集成控制层418、以及建筑物子系统集成层420。层410至420可以被配置用于从建筑物子系统428和其他数据源接收输入、基于所述输入确定建筑物子系统428的最佳控制动作、基于所述最佳控制动作生成控制信号、并且将所生成的控制信号提供给建筑物子系统428。以下段落描述了由BMS 400中的层410至420中的每一个层执行的通用功能中的一些通用功能。
企业集成层410可以被配置用于向客户端或本地应用提供信息和服务以支持各种企业级应用。例如，企业控制应用426可以被配置用于向图形用户接口(GUI)或向任意数量的企业级业务应用(例如，会计系统、用户识别系统等)提供跨子系统控制。企业控制应用426还可以或可替代地被配置用于提供用于配置BMS控制器366的配置GUI。在又其他实施例中，企业控制应用426可以与层410至420一起工作以基于在接口407和/或BMS接口409接收到的输入来优化建筑物性能(例如，效率、能量使用、舒适度或安全性)。
建筑物子系统集成层420可以被配置用于管理BMS控制器366与建筑物子系统428之间的通信。例如，建筑物子系统集成层420可以从建筑物子系统428接收传感器数据和输入信号并且向建筑物子系统428提供输出数据和控制信号。建筑物子系统集成层420还可以被配置用于管理建筑物子系统428之间的通信。建筑物子系统集成层420跨多个多供应商/多协议系统转译通信(例如，传感器数据、输入信号、输出信号等)。
需求响应层414可以被配置用于响应于满足建筑物10的需求而优化资源使用(例如，电的使用、天然气的使用、水的使用等)和/或这种资源使用的货币成本。优化可以基于分时电价、缩减信号、能量可用性或者从公共设施提供商、分布式能量生成系统424、能量储存装置427(例如，热TES 242、冷TES 244等)或其他来源接收到的其他数据。需求响应层414可以从BMS控制器366的其他层(例如，建筑物子系统集成层420、集成控制层418等)接收输入。从其他层接收到的输入可以包括环境或传感器输入，比如温度、二氧化碳水平、相对湿度水平、空气品质传感器输出、占用传感器输出、房间安排等。输入还可以包括比如电使用(例如，以kWh表示)、热负荷测量结果、定价信息、预计的定价、平滑定价、来自公共设施的缩减信号等的输入。
根据一些实施例，需求响应层414包括用于对其接收到的数据和信号进行响应的控制逻辑。这些响应可以包括与集成控制层418中的控制算法进行通信、更改控制策略、更改设定值或者以受控方式激活/去激活建筑物设备或子系统。需求响应层414还可以包括被配置用于确定何时利用所储存的能量的控制逻辑。例如，需求响应层414可以确定刚好在高峰使用时间开始之前开始使用来自能量储存装置427的能量。
在一些实施例中，需求响应层414包括控制模块，所述控制模块被配置用于主动发起控制动作(例如，自动更改设定值)，所述控制动作基于表示或基于需求(例如，价格、缩减信号、需求等级等)的一个或多个输入来使能量成本最小化。在一些实施例中，需求响应层414使用设备模型来确定最佳控制动作集合。设备模型可以包括例如描述输入、输出和/或由各个建筑物设备组执行的功能的热力学模型。设备模型可以表示建筑物设备集合(例如，子设施、冷却器阵列等)或单独的装置(例如，单独的冷却器、加热器、泵等)。
需求响应层414可以进一步包括或利用一个或多个需求响应策略定义(例如，数据库、XML文件等)。政策定义可以由用户(例如，经由图形用户接口)编辑或调整，从而使得可以针对用户的应用、期望的舒适度、具体建筑物设备或者基于其他关注点来定制响应于需求输入而发起的控制动作。例如，需求响应政策定义可以响应于特定需求输入而指定可以开启或关掉哪些设备、系统或一件设备应当关掉多久、可以更改什么设定值、可允许的设定值调整范围是什么、在返回到正常安排的设定值之前保持高需求设定值多久、接近容量限制有多近、要利用哪种设备模式、进入和离开能量储存装置(例如，热储存罐、电池组等)的能量传递速率(例如，最大速率、报警率、其他速率边界信息等)以及何时分派现场能量生成(例如，经由燃料电池、电动发电机组等)。
集成控制层418可以被配置用于使用建筑物子系统集成层420和/或需求响应层414的数据输入或输出来作出控制决策。由于子系统集成由建筑物子系统集成层420提供，集成控制层418可以集成子系统428的控制活动，使得子系统428表现为单个集成式超系统。在一些实施例中，集成控制层418包括控制逻辑，所述控制逻辑使用来自多个建筑物子系统的输入和输出以相对于单独的子系统可以单独提供的舒适度和节能而提供更大的舒适度和节能。例如，集成控制层418可以被配置用于使用来自第一子系统的输入来为第二子系统作出节能控制决策。这些决策的结果可以被传送回建筑物子系统集成层420。
集成控制层418被示出为在逻辑上低于需求响应层414。集成控制层418可以被配置用于通过配合需求响应层414而使建筑物子系统428和其对应控制环路能够被控制来增强需求响应层414的有效性。这种配置可以减少相对于常规系统的破坏性需求响应行为。例如，集成控制层418可以被配置用于确保对冷水温度的设定值(或者直接或间接影响温度的另一个部件)进行需求响应驱动的向上调整不会导致风扇能量(或用于冷却空间的其他能量)的增加，所述风扇能量增加将导致建筑物能量使用总量比在冷却器处节省得更多。
集成控制层418可以被配置用于向需求响应层414提供反馈，从而使得需求响应层414检查即使正在进行所要求的减载时也适当地维持约束(例如，温度、照明水平等)。约束还可以包括与安全性、设备操作限制和性能、舒适度、防火规范、电气规范、能量规范等相关的设定值或感测边界。集成控制层418还在逻辑上低于故障检测与诊断层416以及自动测量与验证层412。集成控制层418可以被配置用于基于来自多于一个建筑物子系统的输出而向这些更高层提供所计算的输入(例如，汇总)。
自动测量与验证(AM&V)层412可以被配置用于验证由集成控制层418或需求响应层414命令的控制策略正适当地工作(例如，使用由AM&V层412、集成控制层418、建筑物子系统集成层420、FDD层416或其他方式汇总的数据)。由AM&V层412进行的计算可以基于用于单独的BMS装置或子系统的建筑物系统能量模型和/或设备模型。例如，AM&V层412可以将模型预测的输出与来自建筑物子系统428的实际输出进行比较以确定模型的准确度。
故障检测与诊断(FDD)层416可以被配置用于为建筑物子系统428、建筑物子系统装置(即，建筑物设备)以及由需求响应层414和集成控制层418使用的控制算法提供持续故障检测。FDD层416可以从集成控制层418、直接从一个或多个建筑物子系统或装置或者从另一个数据源接收数据输入。FDD层416可以自动地诊断检测到的故障并对其作出响应。对检测到的或诊断到的故障的响应可以包括向用户、检修调度系统或被配置用于试图修复故障或解决故障的控制算法提供警报消息。
FDD层416可以被配置用于使用在建筑物子系统集成层420处可用的详细子系统输入来输出故障部件的特定标识或故障原因(例如，松动的气闸联接)。在其他示例性实施例中，FDD层416被配置用于向集成控制层418提供“故障”事件，所述集成控制层响应于接收到的故障事件而执行控制策略和政策。根据一些实施例，FDD层416(或由集成控制引擎或业务规则引擎执行的政策)可以在故障装置或系统周围关闭系统或直接控制活动，以减少能量浪费、延长设备寿命或确保适当的控制响应。
FDD层416可以被配置用于存储或访问各种不同的系统数据存储装置(或实时数据的数据点)。FDD层416可以使用数据存储装置的一些内容来识别设备级(例如，特定冷却器、特定AHU、特定终端单元等)故障并使用其他内容来识别部件或子系统级故障。例如，建筑物子系统428可以生成指示BMS 400及其各个部件的性能的时间(即，时间序列)数据。由建筑物子系统428生成的数据可以包括测得或计算出的值，所述测得或计算出的值展现统计特性并且提供关于相应系统或过程(例如，温度控制过程、流量控制过程等)在其设定值误差方面如何表现的信息。FDD层416可以检查这些过程，以暴露系统何时开始性能降低并警告用户在故障变得更严重之前修复故障。
智能致动器装置
现在转到图5，根据一些实施例，示出了智能致动器装置500的框图。智能致动器装置500可以是执行控制环路功能的致动器。智能致动器装置500可以在HVAC系统100、水侧系统200、空气侧系统300、或BMS 400中使用，如参照图1至图4所描述的。例如，智能致动器500的应用可以包括致动器控制、风扇盘管控制、液体循环系统控制、用于冷却梁的6通球形阀控制、分布式空气处理单元(AHU)控制、可变水流量(VWF)控制和水系统(BEWS)控制中的压力扰动抑制。致动器502可以被配置用于操作设备504。设备504可以包括可以由致动器操作的任何类型的装置。在示例性实施例中，致动器502和设备504(例如，阀)被封装在共用集成式装置机箱内。在其他实施例中，致动器502和设备504被封装为单独的部件。
致动器502被示出为包括可通信地耦合到无刷DC(BLDC)电机528的处理电路506。处理电路506被示出为包括处理器508、存储器510、以及主致动器控制器532。处理器508可以是通用或专用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一组处理部件或其他合适的处理部件。处理器508可以被配置用于执行存储在存储器510中或从其他计算机可读介质(例如，CDROM、网络存储装置、远程服务器等)接收到的计算机代码或指令。
存储器510可以包括用于存储数据和/或计算机代码以完成和/或促进本披露内容中所描述的各个过程的一个或多个装置(例如，存储器单元、存储器装置、存储装置等)。存储器510可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器存储设备、临时存储设备、非易失性存储器、闪存、光学存储器、或用于存储软件对象和/或计算机指令的任何其他合适的存储器。存储器510可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件、或用于支持本披露内容中所描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。存储器510可以经由处理电路506可通信地连接至处理器508并且可以包括用于(例如，由处理器508)执行本文中所描述的一个或多个过程的计算机代码。当处理器508执行存储在存储器510中的指令时，处理器508通常配置致动器502(并且更具体地处理电路506)来完成这种活动。
主致动器控制器532可以被配置用于接收来自通信电路512的外部控制数据516(例如，位置设定值、速度设定值等)以及来自位置传感器522的位置信号524。主致动器控制器532可以被配置用于基于位置信号524来确定BLDC电机528和/或驱动装置530的位置。在一些实施例中，主致动器控制器532从额外的源接收数据。例如，电机电流传感器518可以被配置用于测量提供至BLDC电机528的电流。电机电流传感器518可以生成指示电机电流520的反馈信号，并且可以将此信号提供至处理电路508内的主致动器控制器532。
仍然参照图5，处理电路508可以被配置用于输出脉宽调制(PWM)DC电机命令534以控制BLDC电机的速度。BLDC电机528可以被配置用于接收来自电机驱动逆变器526的三相PWM电压输出(例如，A相、B相、C相)。PWM电压输出的占空比可以限定BLDC电机528的转速，并且可以由处理电路506(例如，微控制器)来确定。处理电路506可以增大PWM电压输出的占空比以提高BLDC电机528的速度，并且可以减小PWM电压输出的占空比以降低BLDC电机528的速度。
BLDC电机528可以联接至驱动装置530。驱动装置530可以是驱动机构、轮毂、或者被配置用于驱动或实现HVAC系统部件(例如，设备504)的移动的其他装置。例如，驱动装置可以被配置用于接纳气闸、阀、或任何其他可移动HVAC系统部件的轴以驱动(例如，旋转)所述轴。在一些实施例中，致动器502包括被配置用于辅助将驱动装置530联接至可移动HVAC系统部件的联接装置。例如，联接装置可以有助于将驱动装置530附接至阀轴或气闸轴。在一些实施例中，设备504是270°旋转的6通阀。下面参照图7A至图7D包括270°阀的进一步细节。
位置传感器522可以包括霍尔效应传感器、电位计、光学传感器、或者被配置用于测量BLDC电机528和/或驱动装置530的旋转位置的其他类型的传感器。位置传感器522可以向处理电路506提供位置信号524。主致动器控制器532可以使用位置信号524来判定是否操作BLDC电机528。例如，主致动器控制器532可以将驱动装置530的当前位置与经由外部数据输入端516接收到的位置设定值进行比较，并且可以操作BLDC电机528以到达所述位置设定值。
致动器502被进一步示出为包括通信电路512。通信电路512可以是有线或无线通信链路，并且可以使用各种不同的通信协议(例如，BACnet、LON、WiFi、蓝牙、NFC、TCP/IP等)中的任何一种。在一些实施例中，通信电路512是被配置用于桥接通信致动器502和外部系统或装置的集成电路、芯片或微控制器单元(MCU)。在一些实施例中，通信电路512是片上江森自控BACnet(Johnson Controls BACnet on a Chip，JBOC)产品。例如，通信电路512可以是能够使用主/从令牌传递(MSTP)协议在建筑物自动化和控制网络(BACnet)上通信的预认证BACnet通信模块。可以将通信电路512添加到任何现有产品中以便以最低限度的软件和硬件设计努力来实现BACnet通信。换言之，通信电路512为智能致动器阀装置500提供了BACnet接口。于2016年7月11日提交的美国专利申请号15/207,431披露了关于JBOC产品的进一步细节，所述美国专利申请的全部披露内容通过引用并入本文。
通信电路512还可以被配置用于支持致动器502内的数据通信。在一些实施例中，通信电路512可以从主致动器控制器532接收内部致动器数据514。例如，内部致动器数据514可以包括所感测到的电机电流520、所测量或计算出的电机转矩、致动器位置或速度、配置参数、端部止动件位置、行程长度参数、调试数据、设备型号数据、固件版本、软件版本、时间序列数据、停止/启动命令的累计数量、行进的总距离、打开/关闭设备504(例如，阀)所需的时间量、或者在致动器502内部使用或存储的任何其他类型的数据。在一些实施例中，通信电路512可以将外部数据516传输到主致动器控制器532。外部数据516可以包括例如位置设定值、速度设定值、控制信号、配置参数、端部止动件位置、行程长度参数、调试数据、设备模型数据、致动器固件、致动器软件、或致动器502可用于操作BLDC电机528和/或驱动装置530的任何其他类型的数据。
在一些实施例中，外部数据516是DC电压控制信号。致动器502可以是被配置用于根据所接收到的DC电压的值来控制驱动装置530的位置的线性比例致动器。例如，最小输入电压(例如，0.0VDC)可以对应于驱动装置530的最小旋转位置(例如，0度、-5度等)，而最大输入电压(例如，10.0VDC)可以对应于驱动装置530的最大旋转位置(例如，90度、95度等)。最小输入电压与最大输入电压之间的输入电压可以使致动器502将驱动装置530移动到最小旋转位置与最大旋转位置之间的中间位置中。在其他实施例中，致动器502可以是非线性致动器，或者可以使用不同的输入电压范围或不同类型的输入控制信号(例如，AC电压或电流)来控制驱动装置530的位置和/或转速。
在一些实施例中，外部数据516是AC电压控制信号。通信电路512可以被配置用于传输具有标准电力线电压(例如，50/60Hz的120VAC或230VAC)的AC电压信号。电压信号的频率可以被调制(例如，由主致动器控制器532)以调整驱动装置530的旋转位置和/或速度。在一些实施例中，致动器502使用电压信号来为致动器502的各个部件供电。致动器502可以将经由通信电路512接收到的AC电压信号用作控制信号、电源或两者。在一些实施例中，从电源线接收电压信号，所述电源线为致动器502提供具有恒定或基本上恒定频率的AC电压(例如，50Hz或60Hz的120VAC或230VAC)。通信电路612可以包括一个或多个数据连接(与电源线分开)，通过所述数据连接，致动器602接收来自控制器或另一个致动器的控制信号(例如，0至10VDC的控制信号)。
现在转到图6，根据一些实施例，示出了智能致动器和阀组件600的视图。组件600被示出为包括联接至六通阀604的智能致动器602。在一些实施例中，智能致动器602与上面参照图5所描述的致动器502相同或基本相似。智能致动器602可以被配置用于致动六通阀604的阀构件并且控制通过阀体的流体流动。
现在参照图7A，根据示例性实施例，示出了六通阀700。在一些实施例中，六通阀700与六通阀604相同或基本相似。六通阀700被示出为包括六通阀体712和阀构件716。六通阀体712可以以堆叠取向组合两个三通阀体。在堆叠取向中，单个阀构件716可以用于控制通过这两个三通阀体的流体流动。有利地，六通阀体700可以由作用在阀构件716上的单个致动器控制。
六通阀700可以用于在两个流体供应和两个流体回流之间切换。例如，六通阀700可以被构型成在第一供应端口706处接收第一流体供应702并且在第二供应端口708处接收第二流体供应704。如图所示，第一端口706和第二端口708可以是内嵌端口(例如，与公共轴线对准)并且可以位于阀室的相反侧。阀构件716可以包括球形构件和阀杆，并且可以旋转以选择性地控制从第一供应端口706或第二供应端口708到出口端口710的流体流动(例如，在不混合的情况下)。因为这样的六通阀700可以与四管系统一起使用，以使得能够选择性地将热流体和冷流体递送至流体回路。例如，冷流体供应管线和回流管线可以连接至端口706和728，热流体供应管线和回流管线可以连接至端口704和730，并且流体回路可以连接至端口710和726。
出口端口710可以是横向端口(例如，不与端口706和708在一条直线上)。如图所示，出口端口710基本垂直于端口706和708并且与端口706和708在同一平面中。在其他实施例中，出口端口710可以相对于端口706和708以各种不同的角度定向，并且可以不与端口706和708在同一平面中。出口端口710可以连接至风扇盘管单元(例如，经由盘管供应管线)。来自出口端口710的流体可以通过风扇盘管单元并且在回流端口726处回流至阀700。阀构件716可以旋转以选择性地将流体从回流端口726转向到第一回流端口728或第二回流端口730。回流端口728和730可以分别流体连接至回流722和724。
在各实施例中，所述多个端口706至730可以包括任何数量的端口(例如，两个端口、三个端口、四个端口、六个端口、二十个端口等)。端口706至730可以被构型成连接至管道、管或其他流体控制部件。端口706至730可以被构型成使用螺纹、压力接头、胶水、胶合剂、凸缘、焊接或其他紧固件与流体管道连接。
仍然参照图7，阀700被示出为包括阀构件716。阀构件716可以包括球形构件和阀杆。球形构件可以是基本上球形的。基本上球形的球形构件可能导致阀700被表征为球形阀。在各实施例中，球形构件可以固定地附接至阀杆或者与阀杆组合成单个部件。阀杆可以延伸穿过阀体712并连接至手柄或致动器(例如，智能致动器602)，以控制球形构件的旋转。
在操作中，阀构件716可以至少部分地位于内部阀室内。阀构件716可以相对于阀体712可控制地移动(例如，旋转、线性移动等)，以调节通过阀700的流体流动。通过相对于阀体712旋转阀构件716，可以在所述多个端口706至730之间选择性地控制(例如，转向、调整、增加、减小等)流体流动。
球形构件可以包括允许流体流过球形构件的通道。在一些实施例中，通道是L形的(例如，具有两个开口和单个90度弯曲)。可以通过将两个孔以相对于彼此大约90度钻到球形构件中来形成通道。孔可以连接以形成穿过球形构件的通道。常规的球形阀可以具有基本上为圆形截面的孔。在其他实施例中，孔可以具有基本上椭圆形的截面。在各实施例中，孔通道可以是T形的(例如，具有直通球形构件的主孔和从主孔的一侧垂直延伸的第二孔)、X形的(例如，具有延伸穿过球形构件并以90度角交叉的两个孔)、或具有任何其他形状。
穿过球形构件的通道可以与端口706至730可控地对准(例如，部分对准、完全对准等)，以在端口对之间形成流体连接。例如，通道可以旋转成与第一端口706和第三端口710、或者第二端口708和第三端口710对准。在阀700的六通阀配置下，通道可以另外旋转成与回流端口726和第一回流端口728、或者回流端口726和第二回流端口730对准。
现在参照图7B至图7D，根据一些实施例，描绘了联接至270°旋转六通阀700的智能致动器装置732的视图。如图所示，为了从冷水流(参见图7B)切换到热水流(参见图7D)，智能致动器732装置使阀构件716从其原始取向旋转270°。当从冷流切换到热流时，常规致动器通常利用阀构件的90°旋转，这可能导致冷流与热流的不期望混合。通过将阀构件716旋转整个270°，在热流开始打开之前完全切断冷流(参见图7C)，并且避免了这两种流体供应的任何混合。由于这两种流体供应不被混合，因此270°阀具有比类似的270°阀更高的流量。
在一些实施例中，智能致动器装置包括电容器，所述电容器允许当智能致动器装置的外部电源被移除时，无论270°六通阀是在冷流位置运行还是在热流位置运行，阀在关闭位置都失效。电容器可以在满电时储存能量，并且在外部电源被移除时向致动器电机提供电力以驱动所述致动器。当电源被移除时，致动器固件将阀构件旋转到中间行程位置，所述中间行程位置对应于阀关闭位置。在其他实施例中，致动器固件可以被配置用于将阀构件旋转到打开位置。在各实施例中，致动器可以顺时针或逆时针驱动阀构件以到达失效安全位置，这取决于阀在电源被移除时是在冷流位置运行还是在热流位置运行。
在建筑物管理系统中实施智能致动器装置
现在转到图8，根据一些实施例，示出了智能致动器阀装置在建筑物管理系统800中的实施方式。在各实施例中，BMS 800是上面参照图4描述的BMS 400的子部件。BMS 800被示出为包括智能模块化组件(SMA)装置802、网络传感器826、移动接入点(MAP)装置828、移动装置830和网络自动化引擎(NAE)834。
SMA装置802被示出为包括致动器804和智能模块化控制器(SMC)806。致动器804可以是被配置用于操作HVAC部件(例如，阀、气闸)的任何类型的致动器。例如，在一些实施例中，致动器804是由江森自控有限公司(Johnson Controls,Inc.)制造的9310系列非弹簧回位阀致动器。SMC 806被示出为包括微控制器808以及具有输入信号812至814和输出信号816至822的风扇盘管应用810。在各实施例中，致动器804使用通用异步接收器/发射器(UART)协议来与SMC 806通信。
微控制器808可以是具有存储器和被配置用于执行应用的处理器的集成电路。存储器可以包括用于存储数据和/或计算机代码以完成和/或促进本披露内容中所描述的各个过程的一个或多个装置(例如，存储器单元、存储器装置、存储装置等)。存储器可以是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器存储设备、临时存储设备、非易失性存储器、闪存、光学存储器、或用于存储软件对象和/或计算机指令的任何其他合适的存储器。在一些实施例中，微控制器808是由瑞萨电子(Renesas Electronics)制造的RX111组微控制器。
SMC 806可以被配置用于执行风扇盘管应用810以实现对风扇盘管的闭环控制。风扇盘管应用810可以被配置用于接收输入信号(例如，关于排风温度和冷凝特性的通用输入(UI)信号912至914)。风扇盘管应用810可以进一步被配置用于输出用于风扇盘管单元的控制信号(例如，模拟输出(AO)信号816至818、控制输出(CO)信号820、和继电器822)。在各实施例中，应用810可以被配置用于控制其他HVAC部件(例如，鼓风机盘管、空气处理单元(AHU))。
SMC 806被示出为经由传感器致动器(SA)总线824可通信地耦合到网络传感器826。SA总线824可以根据主从令牌传递(MSTP)协议来运行。网络传感器826可以被配置用于测量各种特性(例如，空气温度、区域湿度、局部温度设定值调整)并且将测得的数据与SMA装置802通信。在一些实施例中，网络传感器826是由江森自控有限公司制造的NS系列传感器。网络传感器826可以联接至MAP装置828(例如，经由RJ插座)。MAP装置828可以允许经由移动装置(例如，移动装置830)对SMA装置802进行无线配置。在一些实施例中，MAP装置828是由江森自控有限公司制造的。MAP装置的进一步细节可以在2016年9月9日提交的美国专利申请号15/261,843中找到。美国专利申请号15/261,843的全部披露内容通过引用并入本文。
BMS 800还被示出为包括移动装置830和NAE 834。移动装置830可以被配置用于接收关于SMA装置802的配置的用户输入。在各实施例中，移动装置830可以是移动电话、智能电话、PDA、膝上型计算机或被配置用于从用户接收输入的任何其他移动装置。NAE 834可以通过如调度、警报和事件管理、能量管理、数据交换、数据趋势分析和数据存储等功能提供综合的设备监测和控制。NAE 834可以使用MSTP协议经由现场总线832与SMA装置802通信。在一些实施例中，NAE 834由江森自控有限公司制造，并且可以被实施为如由江森自控有限公司售卖的品牌建筑物自动化系统的一部分。
现在参照图9，根据一些实施例，示出了智能致动器装置在建筑物管理系统900内的另一实施方式。BMS 900被示出为包括SMA装置902、网络传感器926、移动装置930和NAE934。在各实施例中，网络传感器926、移动装置930和NAE 934与上面参照图8所描述的网络传感器826、移动装置830和NAE 834相同或基本相似。
SMA装置902被示出为包括致动器904和SMC 906。在一些实施例中，致动器904与致动器804相同或基本相似，而具有输入信号912至914和输出信号916至922的风扇盘管应用910与具有输入信号812至814和输出信号816至822的风扇盘管应用810相同或基本相似。然而，SMC 906被另外示出为包括微处理器908。与上述微处理器808类似，微处理器908可以是具有存储器和被配置用于执行应用(例如，风扇盘管应用910)的处理器的集成电路。然而，微处理器908可以包括允许SMA装置902经由无线网络(例如，WiFi)与其他装置通信的功能。由于无线功能嵌入在SMC 906内，因此SMA装置902不需要经由网络传感器926连接至MAP装置，并且SMA装置902可以直接与NAE 934通信(例如，经由WiFi)。在一些实施例中，微处理器908是由德州仪器(Texas Instruments)制造的TI3220微处理器。
现在转到图10，根据一些实施例，示出了智能致动器阀装置在建筑物管理系统1000中的另一实施方式。在一些实施例中，BMS 1000是上面参照图4描述的BMS 400的子部件。在其他实施例中，BMS 1000可以是基于液体的模块化冷却系统的部件。基于液体的模块化冷却系统的进一步细节可以在2014年3月4日提交的美国专利申请号14/771,325和14/771,341中找到。美国专利申请号14/771,325和14/771,341的全部披露内容通过引用并入本文。BMS 1000被示出为包括SMA装置1002、SMA输入/输出信号1004、风扇1006、气闸1008、冷却盘管1010、加热盘管1012、加热阀1014以及其他部件。在一些实施例中，SMA装置1002控制通过冷却盘管1010的液体流动，而加热阀1014控制通过加热盘管1012的液体流动。在各实施例中，SMA装置1002和/或加热阀1014可以联接至或者可以是270°阀(例如，上面参照图7A至图7D所描述的阀700)。所述一个或多个270°阀可以控制通过冷却盘管1010和加热盘管1012的流量。在替代性实施例中，BMS 1000包括电加热器装置1016以代替加热盘管1012和加热阀1014。
SMA装置1002可以与上面参照图8和图9所描述的SMA装置802和902相同或基本相似。SMA装置1002的嵌入式处理能力使SMA装置1002接收和发射SMA输入/输出信号1004。SMA输入/输出信号1004可以包括表示排风特性和冷凝特性的两个通用输入。SMA输入/输出信号1004可以进一步包括以下输出：风扇1006的模拟输出信号(取决于风扇电机，为电子整流电机(ECM)或三速信号)、风扇断路继电器、气闸1008的模拟输出、以及加热阀1014或电加热器1016的CO。
仍然参照图10，BMS 1000被进一步示出为包括恒温器1018、无线恒温器1020和移动装置1022。恒温器1018和/或无线恒温器1020都可以被配置用于接收关于用户控制和/或偏好的用户输入，比如期望的室温、期望的房间湿度、风扇速度和占用状态。恒温器1018可以经由有线连接与SMA 1002通信，而无线恒温器1020可以经由无线网络(例如，WiFi)与SMA1002通信。移动装置1022可以被配置用于接收关于SMA装置1002的配置的用户输入。在各实施例中，移动装置1022可以是移动电话、智能电话、PDA、膝上型计算机或被配置用于从用户接收输入的任何其他移动装置。
现在参照图11，根据一些实施例，描绘了在空气处理单元(AHU)1100中实施智能致动器装置的框图。AHU 1100被示出为包括连接至接线板(junction board)1104的智能致动器装置1102。接线板1104可以是穿过AHU 1100的电气柜的侧面突出的小的双侧接线板。除了智能致动器装置1102之外，接线板1104可以连接至网络传感器1106和由从动致动器1108驱动的热水阀。网络传感器1106可以连接至MAP装置1110，并且在一些实施例中，网络传感器可以是恒温器。在各实施例中，接线板1104可以包括利用MSTP协议提供与SA总线上的装置的连接的其他连接器。在一些实施例中，接线板1104的所有部件都包括在智能致动器装置1102内。
AHU 1100被进一步示出为包括AHU电气柜内的过滤器1112、冷水盘管1114、热水盘管1116和风扇1118。冷水盘管1114可以由智能致动器装置1102控制，而热水盘管1116可以由热水阀1108控制。在一些实施例中，AHU 1100可以由经由室外空气闸1120控制的室外空气供应。在经由风扇1118离开AHU排放之前，室外空气可以通过过滤器1112并经过冷水盘管1114和热水盘管1116。在一些实施例中，AHU1100包括排风温度传感器1122。可以将来自排风温度传感器1122的测量结果提供给智能致动器装置1102，并且可以由智能致动器装置1102和热水阀1108基于来自传感器1122的排放温度反馈来调整冷水盘管1114和热水盘管1116的操作。
现在转到图12A至图12C，根据一些实施例，示出了可以包括在智能致动器装置中的电路卡组件。例如，图12A描绘了致动器电路卡组件1202。致动器电路卡组件1202可以包含驱动致动器的机械部件所需的所有功能。如图12B所示，智能模块化控制器(SMC)电路卡组件1204可以堆叠在致动器电路卡组件1202的上方。SMC电路卡组件1204可以包含智能致动器装置执行处理和控制环路功能所需的所有功能。最后，如图12C所示，IO电路卡组件1206可以堆叠在SMC电路卡组件1204的上方。IO电路卡组件1206可以包含允许智能致动器装置与其他装置(例如，网络传感器、MAP装置等)接口连接所需的所有功能。
致动器电路卡组件1202、SMC电路卡组件1204和IO电路卡组件1206中的每一个可以经由板对板连接器彼此联接。如上所述，智能致动器装置可以是模块化的，并且可以利用致动器电路卡组件1202、SMC电路卡组件1204和IO电路卡组件1206的不同版本来确保智能致动器装置可以执行所有期望的功能。例如，如果智能致动器装置需要在不使用MAP装置的情况下的无线通信功能，则可以在智能致动器装置中安装包含(上面参照图9所描述的)TI3220微处理器的SMC电路卡组件1204的版本，所述版本与包含(上面参照图8所描述的)RX111微处理器的SMC电路卡组件1204的版本相反。
现在参照图13，根据示例性实施例，示出了用于操作智能致动器装置的过程1300的流程图。在各实施例中，过程1300可以由智能致动器装置的控制器(例如，SMA装置802的SMC 806、SMA装置902的SMC 906)执行。在步骤1302处，控制器从移动装置接收输入控制信号，并且在步骤1304处，控制器从网络传感器装置(例如，NS 826、NS 926)接收测得的环境特性。在各实施例中，测得的环境特性可以是空气温度、区域湿度或局部温度。
继续步骤1306，控制器基于输入控制信号和测得的环境特性来确定致动器位置设定值。在各实施例中，由控制器确定的致动器位置设定值可以以各种方式表达，包括驱动装置相对于固定位置(例如，零位置、机械端部止动件等)的旋转度数、电机的转数、霍尔传感器计数的数值等。过程1300可以以步骤1308结束，在所述步骤中，控制器将驱动装置驱动到致动器位置设定值。在各实施例中，驱动装置可以联接至阀组件或气闸，并且致动器驱动装置的位置的变化可以导致通过阀组件或气闸的流率的变化。
示例性实施例的配置
描述了许多具体细节以提供对本披露内容的透彻理解。然而，在某些情况下，为了避免混淆描述，没有描述众所周知的或常规的细节。本披露内容中对“一些实施例”、“一个实施例”、“示例性实施例”、和/或“各个实施例”的引用可以是但并非必须是对同一实施例的引用，并且这样的引用是指所述实施例中的至少一个实施例。
对于本文所讨论的任何一个或多个术语，可以使用替代性语言和同义词。无论本文中是否阐述或讨论了某一术语，都不应予以其特别的意义。提供了某些术语的同义词。一个或多个同义词的叙述并不排除使用其他同义词。在本说明书中任何地方的示例、包括本文所讨论的任何术语的示例的使用都仅是说明性的，并且不旨在进一步限制本披露内容或任何示例性术语的范围和含义。同样地，本披露内容不限于本说明书中给出的各个实施例。
元件和组件可以由提供足够的强度或耐久性的各种各样的材料中的任何一种材料构成，可以呈各种颜色、纹理及其组合中的任何一种。此外，示出为一体形成的元件可以由多个部分或元件构成。
如本文所使用的，词语“示例性”用来意指充当示例、实例或例示。本文所描述的“示例性”的任何实施方式或设计不必被解释为相对于其他实施方式或设计是优选的或有利的。相反，词语“示例性”的使用旨在以具体的方式呈现构思。因此，所有这种修改旨在被包括在本披露内容的范围内。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以在优选的和其他的示例性实施方式的设计、操作条件和布置方面作出其他替代、修改、改变、和省略。
如本文所使用的，术语“大致”、“约”、“基本上”和类似的术语旨在具有广泛的含义，与本披露内容的主题所属于的领域普通技术人员的普遍且可接受的用法相一致。阅读本披露内容的本领域技术人员应理解，这些术语旨在允许对所描述和要求保护的某些特征进行描述，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应被解释为表示对所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变被认为是在所附权利要求所述的本发明的范围内。
如本文所使用的，术语“联接”是指两个构件彼此直接或间接地连结。这样的连结可以是在本质上固定的或者是在本质上可移动的，和/或这样的连结可以允许两个构件之间的流体、电力、电信号、或其他类型的信号的流动或通信。这样的连结可以通过两个构件或两个构件和另外的任何中间构件彼此一体形成为单一整体来实现，或者通过两个构件或两个构件和另外的任何中间构件彼此附接来实现。这样的连结本质上可以是永久性的，或者本质上可以是可移除或可释放的。
尽管本披露内容中仅详细描述了几个实施例，但是许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、材料的使用、颜色、定向等的变化)。例如，可以颠倒或以其他方式改变元件的位置，并且可以更改或改变分立元件或位置的性质或数量。因此，所有这种修改旨在被包括在本披露内容的范围内。在不脱离本披露内容的范围的情况下，可以在示例性实施例的设计、操作条件和布置方面作出其他替代、修改、改变和省略。
本披露内容设想了用于完成各种操作的方法、系统和任何机器可读介质上的程序产品。可以使用现有计算机处理器或由结合用于此目的或另一目的的适当系统的专用计算机处理器或由硬接线系统来实施本披露内容的实施例。本披露内容的范围内的实施例包括程序产品，所述程序产品包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来讲，这类机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或者可以用来以机器可执行指令或数据结构的形式承载或存储期望程序代码并且可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。当在网络或另一通信连接(硬接线、无线或者硬接线或无线的组合)上将信息传递或提供至机器时，所述机器适当地将所述连接视为机器可读介质。因此，任何这种连接都被适当地称为机器可读介质。上述内容的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或一组功能的指令和数据。
尽管附图可以示出指定顺序的方法步骤，但是步骤的顺序可以不同于所描绘的。还可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这种变型都处于本披露内容的范围内。同样，可以用具有基于规则的逻辑和用于实现各个连接步骤、处理步骤、比较步骤和判定步骤的其他逻辑的标准编程技术来实现软件实施方式。

Claims (20)

1.一种建筑物管理系统，被配置用于修改建筑物的环境条件，所述建筑物管理系统包括：
阀组件；
致动器装置，所述致动器装置包括：
电机和驱动装置，所述驱动装置由所述电机驱动并且联接至所述阀组件；以及
控制器，所述控制器联接至所述电机并且包括：
微控制器，所述微控制器包括存储器和被配置用于执行控制应用的处理器；以及
控制应用，所述控制应用被配置用于实现对所述阀组件的闭环控制；
网络传感器装置，所述网络传感器装置可通信地耦合到所述致动器装置并且被配置用于测量环境特性；其中，所述控制应用被配置用于至少部分地基于来自移动装置的输入控制信号和来自所述网络传感器装置的所测得环境特性来执行对所述阀组件的所述闭环控制。
2.如权利要求1所述的建筑物管理系统，进一步包括移动接入点装置，所述移动接入点装置被配置用于可通信地耦合到所述网络传感器装置并从所述移动装置接收所述输入控制信号。
3.如权利要求1所述的建筑物管理系统，其中，所述控制器进一步被配置用于无线地耦合到所述移动装置以接收所述输入控制信号。
4.如权利要求1所述的建筑物管理系统，其中，所述阀组件包括可沿大约270度的角行程在第一端部位置与第二端部位置之间旋转的阀构件，在所述第一端部位置，第一端口与第三端口流体连接并且第二端口闭合，在所述第二端部位置，所述第二端口与所述第三端口流体连接并且所述第一端口闭合。
5.如权利要求4所述的建筑物管理系统，其中，所述驱动装置被配置用于沿大约270度的所述角行程来驱动所述阀构件。
6.如权利要求1所述的建筑物管理系统，进一步包括网络自动化引擎装置，所述网络自动化引擎装置可通信地耦合到所述致动器装置并且被配置用于执行设备监测和控制功能，包括调度功能、警报管理功能、事件管理功能、能量管理功能、数据交换功能、数据趋势分析功能和数据存储功能中的至少一个。
7.如权利要求1所述的建筑物管理系统，其中，所述阀组件被配置用于控制通过加热盘管和冷却盘管中的至少一个的水流。
8.如权利要求1所述的建筑物管理系统，其中，所述控制器可通信地耦合到多个输入信号和输出信号。
9.如权利要求8所述的建筑物管理系统，其中，所述多个输入信号和输出信号包括排风输入信号、冷凝输入信号、模拟风扇输出信号、风扇断路继电器输出信号和模拟气闸输出信号中的至少一个。
10.一种用于控制建筑物管理系统的方法，所述建筑物管理系统包括阀组件、致动器装置和网络传感器装置，所述方法包括：
从移动装置接收输入控制信号；
从所述网络传感器装置接收测得的环境特性；
基于所述输入控制信号和所测得环境特性来确定致动器位置设定值；以及
将所述致动器装置驱动到所述致动器位置设定值，其中，所述致动器装置联接至所述阀组件，以便在多个位置之间驱动所述阀组件。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述阀组件包括：
阀体，所述阀体具有阀室和进入所述阀室的多个端口；以及
位于所述阀室内的阀构件，其中，所述阀构件可绕旋转轴线可控制地旋转。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述阀构件可沿大约270度的角行程在第一端部位置与第二端部位置之间旋转，在所述第一端部位置，第一端口与第三端口流体连接并且第二端口闭合，在所述第二端部位置，所述第二端口与所述第三端口流体连接并且所述第一端口闭合。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述方法至少部分地由所述致动器装置的控制器执行。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述致动器装置的所述控制器包括：
微控制器，所述微控制器包括存储器和被配置用于执行控制应用的处理器；以及
控制应用，所述控制应用被配置用于实现对所述阀组件的闭环控制。
15.一种用于建筑物管理系统中的被配置用于修改建筑物的环境条件的模块化致动器装置，所述模块化致动器装置包括：
致动器电路卡组件，所述致动器电路卡组件包括被配置用于驱动致动器电机的多个部件；
处理器电路卡组件，所述处理器电路卡组件包括被配置用于执行闭环控制功能的多个部件；以及
输入输出电路卡组件，所述输入输出电路卡组件包括被配置用于将所述模块化致动器装置可通信地耦合到多个输入信号和输出信号的多个部件；
其中，所述致动器电路卡组件、所述处理器电路卡组件和所述输入输出电路卡组件中的每一个都被配置成可单独更换，以实现所述模块化致动器装置的一个或多个期望功能。
16.如权利要求15所述的模块化致动器装置，其中，所述多个输入信号和输出信号包括排风输入信号、冷凝输入信号、模拟风扇输出信号、风扇断路继电器输出信号和模拟气闸输出信号中的至少一个。
17.如权利要求15所述的模块化致动器装置，其中，被配置用于驱动所述致动器电机的所述多个部件使所述致动器电机沿大约270度的角行程来驱动驱动装置。
18.如权利要求15所述的模块化致动器装置，其中，被配置用于执行闭环控制功能的所述多个部件包括微处理器。
19.如权利要求18所述的模块化致动器装置，其中，所述微处理器被配置用于无线地耦合到移动装置以接收输入控制信号。
20.如权利要求18所述的模块化致动器装置，其中，所述微处理器被配置用于无线耦合到网络自动化引擎装置，所述网络自动化引擎装置被配置用于执行设备监测和控制功能，包括调度功能、警报管理功能、事件管理功能、能量管理功能、数据交换功能、数据趋势分析功能和数据存储功能中的至少一个。
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