CN1601193A - 中央空调变频节能控制系统 - Google Patents

Abstract

中央空调变频节能控制系统，由主控制器I和温度采样控制器A组成，主控制器I的输入端分别接入485通讯电路、存贮器、模拟量输入电路和开关量输入电路，主控制器I的输出端分别接有继电器输出电路和变频器输出控制电路；温度采样控制器A的输入端分别接采样芯片a、b和c，温度采样控制A的输出端由485通讯口与主控制器I的485通讯接口相连接。主控制器根据温度信号和中央空调蒸发器和冷凝器的压力信号，根据制冷系统特点对冷却水和冷冻水流量实施复合控制，由变频器和继电器输出控制三相交流电机实现转速变化，可实现两台变频器控制三台电机的变频切换，为变频控制系统提供最佳工作状态，达到最好节能效果。

Description

中央空调变频节能控制系统

技术领域

本发明涉及中央空调系统的变频节能控制器。

背景技术

由中央空调系统的使用效率的年变化及日变化得知，中央空调绝大部份时间都在低效率运转。而热交换器最佳转换效率在冷冻水设计温差为5～7℃，冷却水的设计温差为4～6℃，目前在系统流量固定的情况下，全年绝大部份运行时间温差仅为1～3℃，即在低温差、大流量的情况下工作，不但增加了管路系统的能量损失，而且热交换率大大降低。

传统节能控制是通过单独控制冷却水泵或者冷冻水泵进行节能控制，但是由于离心泵输出功率具有最佳工作点的特性，单独的变频调试使得水泵的工作点经常远离效率最佳工作点，浪费相当严重，空调水泵的耗电量占空调系统耗电的20～30％，因此在低负载时节约水泵系统供水输出能量具有很重要意义。CN01107645.3提出一种中央空调智能节能系统，其采用可编程控制器PLC，由专家经验知识库控制，只检测水温和空气温度变化，模拟量设置产生偏差以及单独变频调试使得泵的工作点远离最佳状态等影响节能效果。

发明内容

本发明通过提出一种中央空调变频节能控制系统以实现对中央空调系统运行参数进行监测和优化，提高中央空调的工作效率，以达到节能目的。

本发明采用的技术方案是，中央空调变频节能控制系统，它包括CPU芯片、存贮器、输入键盘和显示器，其特征在于变频节能控制系统由主控制器I和温度采样控制器A组成，主控制器I的输入端分别接入485通讯、存贮器、模拟量输入和开关量输入，主控制器I输出端分别接有继电器输出控制和变频器输出控制；温度采样控制器A的输入端分别接采样芯片a、采样芯片b和采样芯片c，温度采样控制器A的输出端由485通讯口与主控制器I的485通讯接口相连接。

主控制器I是根据不同的中央空调系统，通过键盘4输入控制参数，输入的数据可以在显示模块3中监测：通讯模块5接受到温度采样模块传来的温度信号、送入主控制处理器1通过模拟量输入6与中央空调蒸发器、冷凝器中的压力传感器相连接，信号送入主控制处理器1。

主控制器I根据温度信号和压力信号由专家控制系统计算器计算出控制输出量，经变频输出控制电路7转换成电流信号输给变频器，再由变频器转化成输出频率三相交流至电动机，实现对电机转速的控制。

主控制器I通过开关量输入模块11输入检测信号从而监测系统的运行情况。

主控制器I通过继电器输出模块8输出控制信号，实现系统保护或报警以及控制继电器工作。

主控制器I通过继电器输出模块8输出控制信号，控制交流接触器工作，交流接触器KM通过与变频器的并联或串联，使本发明只使用两台变频器控制三台电机，可以实现其中任意两台电机的变频控制，另一台做备用或者检修。

温度采样控制器A，既控制各采样芯片的工作，又控制采样信号传输到主控制器I，根据系统实际情况将温度采样模块安装在中央空调冷却系统的冷却水入出水口、冷冻水的入出水口。温度采样芯片为高性能数字温度传感器，与采样点紧贴放置，能够最大程度的实现现场温度快速准确记录，温度采样控制器A与主控制器I之间采用485标准通讯，既能实现即时传输温度数据至主控制系统，又能够防止现场强电及电磁场干扰，而且避免了采样信号长距离传输造成的衰减，为变频节能控制系统提供了良好的控制基础。

本发明与传统的中央空调节能系统相比，温度控制效果良好节能效果显著。主要优点有可实现多台电机的变频切换，而不需要重新接线，从而合理的分配电机的使用时间，降低电机磨损，延长电机平均使用寿命，可以在变频控制装置故障的时候，工频切换到备用电机，不影响系统的正常运转；在变频输出50HZ但系统流量仍然不足时，可以自动开启第二台水泵工频运转，对第一台水泵继续进行变频控制，若此时第一台水泵的控制频率又达50HZ，则再开启第三台水泵工频运转，第一台水泵的继续变频控制。以此类推从而保证系统所需流量，工作在最佳状态，对温度采样采点布置紧邻采样点用485通讯传输温度采样精度高，采样数据传输可靠。根据制冷系统的特点对冷却水和冷冻水流量实施复合控制使制冷系统达到最佳工作效率，从而避免了在泵上节能，却在制冷机上浪费能量的现象。

附图说明

图1为主控制器I结构框图。

图2为温度采样控制器A结构框图。

图3为主控制器I电路图。

图4为温度采样控制器A电路图。

图5为两台变频器控制三台电动机的控制回路结构图。

图6为两台变频器控制三台电动机系统结构图。

S1、S2、S3分别表示电动机M1、M2、M3工频或变频的选择开关；

KM1～KM33分别表示电动机的工频或变频切换的交流接触器；

KA1～KA8分别表示控制回路的控制继电器；

BP1～BP2分别表示变频器1和变频器2的故障输出开关。

具体实施方式

主控制器1：参看图1和图3，主控制芯片为华邦W78E51，无源晶振M1和电容C11，C12构成振荡电路，为控制器提供时钟基准。

存储器电路2：存储器为24c02。

数码管显示电路3：每一路数码管显示电路由一片74HC164和一个数码管组成，74HC164为数码管提供驱动电流；

键盘输入电路4：由键盘、反相器、上拉电阻R43、滤波电容C41、限流电阻R42、下拉电阻R41组成；

通讯接口5：由光耦N1、N2、N3及上拉电阻R51、R55、R56，限流电阻R52、R53、R54，通讯芯片SN75LBC184以及电容C51、C52、C53电阻R57组成；

模拟量输入电路6：由A/D转换电路ADC0809芯片和运放LF353、LM358及其外围电阻电容和二极管组成，电阻R65、R66、R67、R68，电容C63、C64和放大器LF353组成第一级放大电路；由电阻R62、R63、R64和电容C62以及放大器LF353组成第二级放大电路；R41、C61组成滤波电路，D61、D62组成输入保护电路；由LM358和电阻R69、R691、R692、R693电容C65、E61二极管D63组成电压基准电路；信号进入芯片ADC0809后转换成数字信号；

变频器控制输出电路7由D/A转换电路DA0832和运放U71及其外围的电阻电容和电感线圈组成，E701、R702、R703和U71构成第一级信号放大；R704、R705、R706和U72构成第二级信号放大；反馈电阻R712将输出的电流信号转化成电压信号，输入到U73，由R709、R710、R708、C72构成负反馈电路；

继电器控制输出电路8：由TLP512、三极管Q81、电阻83、84和二极管D81组成，R83、R84构成分压电路，三极管Q81最为驱动元件，其输出为继电器提供开启电流，二极管D81为放电二极管；从接口电路8155接出14个输出单元驱动每只继电器工作。

复位电路9：复位电路采用MAX813；

电源电路10：由C101～C108并联后再与C109串联组成；

开关量输入电路11：由集在芯片521与电阻R91和电容C91组成，R91为限流电阻，C91构成滤波电容；

温度采样控制器A：参看图2和图4主控制芯片为2051，无源晶振M2和电容C4，C5构成振荡电路，为控制器提供时钟基准。

传感器信号输入电路B：采用3个传感器18B20同时采样温度，R3、R4、R5为上拉电阻；

数码管显示电路C：数码管直接与控制器的总线相连；

通讯接口D：由通讯芯片SN75LBC184以及电容C6、C7、C8电阻R2组成；

复位电路E：复位电路采用MAX813；

电源电路F：78L05将输入的+12V转化成+5V给各芯片供电；R1为限流电阻，L1指示12电源的工作情况；

温度采样控制器A接收到温度传感器B采样的到数字信号，经过处理后，在数码管C上显示并通过通过接口D与控制系统I相连。

温度采样控制器A采用数字芯片代替传统的铂电阻采样模拟电路。电路包括数字温度采样芯片18B20三片(采样芯片a、b和c)，主控制器A由一片2051，通讯芯片SN75LBC184一片，以及滤波电容、匹配电路等相应的输助元件。三路温度采样芯片紧贴温度采样点放置，控制器发出指令接收数字芯片18B20采集到的温度信号，对三路采样温度进行处理，剔除过大值和过小值后，取剩下数值的平均值作为采样到的温度信号。温度采样电路临近采样点放置，并通过485标准通讯协议与主控制器通讯，通讯距离可以达1000m，而且温度精度不受导线影响，温度精度高，现场布线简单。

主控制器I控制各模块的工作过程为：单片机接收由温度采样控制装置传来的4路温度数据(冷却水输入输出口温度，冷冻水输入输出口温度)，接收模拟量输入部分采集的蒸发器压力信号，液体高度信号，经过专家控制算法运算后输出4～20mA电流信号来控制两路变频器，产生相应的频率来分别控制冷却水循环泵和冷冻水循环泵。同时，通过8路开关量输入判断各个输入动作与故障情况进行紧急切换等处理。电机接触器切换动作，报警动作通过继电器输出端控制强电切换。

二台变频器控制三台电机的控制回路由变频器1和变频器2，电机M1、M2、M3，变频选择开关S1、S2、S3，交流接触器KM1～KM7，继电器KA1～KA8组成，三台电动机M1、M2、M3通过交流接触器KM1～KM7串并联网络分别与三相电源或变换器相连接。其中电机M1由KM1与三相电源相连接，通过KM2与变频器1相连；电机M2通过KM4与三相电源连接，通过KM3与变频1相连或通过KM5与变频器2相连接；电机M3由KM7与三相电源相连接，通过KM6与变频器2相连接。

工作原理参见图5、图6描述如下：

电机M1工、变频选择

当S1开关打到s1_1，通过KA4常闭触点，KA1吸合。通过KA1、KA7、KM1、KM3各触点，则交流接触器KM2吸合，电机M1选择为变频工作状态(变频器1)；

当S1开关打到s1_2，通过KA1常闭触点，KA4吸合。通过KA4、KM2各触点，则交流接触器KM1吸合，电机M1选择为工频工作状态；

在此二次控制回路中，实现了KA1、KA4互锁，实现了KM1、KM2互锁，且通过KA7触点实现当变频器一故障时，电机M1只能运转于工频模式。

电机M2工、变频选择

当S2开关打到s2_1，通过KA5常闭触点，KA2吸合。通过KA2、KA1、KA7、KM2、KM4各触点，则交流接触器KM3吸合，电机M2选择为变频工作状态(变频器1)；

当S1开关打到s2_1，通过KA5常闭触点，KA2吸合。通过KA2、KA1、KA8、KM3、KM4、KM6各触点，则交流接触器KM5吸合，电机M2选择为变频工作状态(变频器2)；

当S2开关打到s2_2，通过KA2常闭触点，KA5吸合。通过KA5、KM3各触点，则交流接触器KM4吸合，电机M2选择为工频工作状态

在此二次控制回路中，实现了KA2、KA5互锁，实现了KM3、KM4、KM5互锁，且通过KA7、KA8触点实现当变频器一、二故障时，电机M2只能运转于工频模式。

电机M3工、变频选择

当S3开关打到s3_1，通过KA6常闭触点，KA3吸合。通过KA3、KA8、KM5、KM7各触点，则交流接触器KM6吸合，电机M3选择为变频工作状态(变频器2)；

当S3开关打到s3_2，通过KA3常闭触点，KA6吸合。通过KA6、KM6各触点，则交流接触器KM7吸合，电机M3选择为工频工作状态；

在此二次控制回路中，实现KA3、KA6互锁，实现KM6、KM7互锁，且通过KA8触点实现当变频器二故障时，电机M3只能运转于工频模式。

Claims (10)

1、中央空调变频节能控制系统，它包括CPU芯片、存贮器、输入键盘和显示器，其特征在于变频节能控制系统由主控制器I和温度采样控制器A组成，主控制器I的输入端分别接入485通讯(5)、存贮器(2)、模拟量输入(6)和开关量输入(11)，主控制器I输出端分别接有继电器输出控制(8)和变频器输出控制(7)；温度采样控制器A的输入端分别接采样芯片a、采样芯片b和采样芯片c，温度采样控制器A的输出端由485通讯口与主控制器I的485通讯接口(5)相连接。

2、根据权利要求1所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是主控制器I通过模拟量输入(6)与中央空调的蒸发器、冷凝器的压力传感器相连接。

3、根据权利要求1所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是模拟量输入电路(6)由A/D转换电路ADC0809芯片和运放LF353、LM358及其外围的电阻电容和二极管组成。

4、根据权利要求1所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是开关量输入电路(11)由集成芯片521与电阻R91和电容C91组成

5、根据权利要求1所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是485通讯接口电路(5)由光耦N1、N2、N3及上拉电阻R51、R55、R56，限流电阻R52、R53、R54，通讯芯片SN75LBC184以及电容C51、C52、C53电阻R57组成。

6、根据权利要求1所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是继电器控制输出电路(8)由TLP512芯片、三极管Q81、电阻83、84和二极管D81组成。

7、根据权利要求1所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是变频器输出控制电路(7)由D/A转换电路DA0832和运放U71及其外围的电阻电容和电感线圈组成。

8、根据权利要求6和7所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是二台变频器控制三台电机的控制回路由变频器(1)和变频器(2)，电机M1、M2、M3，变频选择开关S1、S2、S3，交流接触器KM1～KM7，继电器KA1～KA8组成。

9、根据权利要求7所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是三台电动机M1、M2、M3由交流接触器KM1～KM7串并联网络分别与三相电源或变换器相连接。

10、根据权利要求7所述的中央空调变频节能控制系统，其特征是电机M1由KM1与三相电源相连接，通过KM2与变频器1相连；电机M2通过KM4与三相电源连接，通过KM3与变频器1相连或通过KM5与变频器2相连接；电机M3由KM7与三相电源相连接，通过KM6与变频器2相连接。

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