CN201129823Y - 基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置 - Google Patents

Abstract

基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，涉及一种中央空调系统节能控制装置。提供一种可明显节能的基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，设室外温度、室外相对湿度、冷冻水送水温度、冷冻水回水温度、冷却水入口温度、冷却水出口温度和冷冻机负荷传感器，冷冻水流量计、冷冻水送回水主管压差计，以及通信接口电路、微计算机，冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机变频器。室外温度、室外相对湿度、冷冻水送水温度、冷冻水回水温度、冷却水入口温度和冷却水出口温度传感器以及冷冻水流量计、冷冻水送回水主管压差计接通信接口电路的模拟量输入模块，通信接口接微计算机，冷冻、冷却水泵，冷却塔风机变频器和冷冻机负荷传感器。

Description

基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种中央空调系统节能控制装置，尤其是涉及一种基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置。

背景技术

全球能源日益短缺，中央空调能耗大，其节能控制装置的创新和应用，得到了社会广泛的支持。

人工神经网络(Artificial Neural Network，简称ANN)是通过模拟人脑神经元的特性以及脑的大规模并行结构、信息的分布式和并行处理等机制建立的一种数学模型，对信息并行处理及并行推理的能力比传统的方法要快得多，并且具有高度的非线性、模拟并行性、高度容错性、鲁棒性、自联想自学习和自适应等许多特点。随着近年来对人工神经网络的研究的进一步加深，人工神经网络已经逐步应用到工程技术的各个领域，如模式识别、自动控制、信号处理、辅助决策、人工智能和求组合优化问题的最佳解的近似解等方面有较好的应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可明显节能的基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置。

本实用新型设有室外温度传感器、室外相对湿度传感器、冷冻水送水温度传感器、冷冻水回水温度传感器、冷冻水流量计、冷冻水送回水主管压差计、冷却水入口温度传感器、冷却水出口温度传感器、冷冻机负荷传感器、通信接口电路、微计算机、冷冻水泵变频器、冷却水泵变频器和冷却塔风机变频器。

室外温度传感器、室外相对湿度传感器、冷冻水送水温度传感器、冷冻水回水温度传感器、冷冻水流量计、冷冻水送回水主管压差计、冷却水入口温度传感器和冷却水出口温度传感器分别与通信接口电路的模拟量输入模块相接，通信接口电路中的485全双工串行通信接口接至微计算机，微计算机内固化有控制程序，通信接口电路的485全双工串行通信接口接冷冻水泵变频器、冷却水泵变频器和冷却塔风机变频器和冷冻机负荷传感器。

室外温度传感器、冷冻水送水温度传感器、冷冻水回水温度传感器、冷却水入口温度传感器和冷却水出口温度传感器均可采用PT100型或贴片电阻传感器。室外相对湿度传感器可采用湿敏电阻或湿敏电容式传感器。冷冻水流量计可采用外夹式超声波流量计或涡街流量计。冷冻水送回水主管压差计可采用数字电容压差计。冷冻机负荷传感器可采用电力仪表型的传感器，例如北京爱博精电科技有限公司出品的ACUVIM型冷冻机负荷传感器。

通信接口电路中的485全双工串行通信接口是采用符合国际标准的485全双工串行通信接口。

通信接口电路可采用通用的各种数模转换电路或模块和符合国际标准的485全双工串行通信接口组成，通信接口电路的各种数模转换电路或模块接收室外温度传感器、室外相对湿度传感器、冷冻水送水温度传感器、冷冻水回水温度传感器、冷冻水流量计、冷冻水送回水主管压差计、冷却水入口温度传感器、冷却水出口温度传感器，把它们转换为微计算机可以识别的信息，并由符合国际标准的485全双工串行通信接口传输给微计算机进行处理。冷冻机负荷传感器与485全双工串行通信接口总线相接，与微计算机通信传输信息。

冷却水泵变频器、冷却塔风机变频器和冷冻机负荷传感器可采用安川电机株式会社出品的CIMR-E7B型产品。

微计算机及固化在微计算机中的控制程序接收通信接口电路传输过来的各种信息，经过其人工神经网络系统自动预测出冷冻水泵变频器、冷却水泵变频器、冷却塔风机变频器的运行频率，并由微计算机发出指令通过通信接口电路对变频器进行调整，实现中央空调系统各设备能跟随负荷自动进行调整，从而达到节约能源的目的。

本实用新型在自动检测室外温度传感器、室外相对湿度传感器、中央空调系统中冷冻水送水温度传感器、冷冻水回水温度传感器、冷冻水流量计、冷冻水送回水主管压差计、冷却水入口温度传感器、冷却水出口温度传感器和冷冻机负荷传感器等各种传感器的信号后，由基于微计算机及固化在微计算机中的控制程序组成的人工神经网络系统自动预测出冷冻水泵变频器、冷却水泵变频器和冷却塔风机变频器的运行频率，并由微计算机发出指令对其进行调整，实现中央空调系统各设备能跟随负荷自动进行调整，从而达到节约能源的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的通信接口电路组成原理图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型设有室外温度传感器1、室外相对湿度传感器2、冷冻水送水温度传感器3、冷冻水回水温度传感器4、冷冻水流量计5、冷冻水送回水主管压差计6、冷却水入口温度传感器7、冷却水出口温度传感器8、冷冻机负荷传感器9、通信接口电路10、微计算机11、冷冻水泵变频器12、冷却水泵变频器13和冷却塔风机变频器14。

室外温度传感器1、室外相对湿度传感器2、冷冻水送水温度传感器3、冷冻水回水温度传感器4、冷冻水流量计5、冷冻水送回水主管压差计6、冷却水入口温度传感器7、冷却水出口温度传感器8均与通信接口电路10的模拟量输入模块相接，通信接口电路10的符合国际标准的485全双工串行通信接口接至微计算机11，微计算机11内固化有控制程序；通信接口电路的485全双工串行通信接口总线外接冷冻水泵变频器12、冷却水泵变频器13和冷却塔风机变频器14和冷冻机负荷传感器9。

室外温度传感器1、冷冻水送水温度传感器3、冷冻水回水温度传感器4、冷却水入口温度传感器7和冷却水出口温度传感器8均采用PT100型或贴片电阻传感器。室外相对湿度传感器2采用湿敏电阻或湿敏电容式传感器。冷冻水流量计5采用外夹式超声波流量计或涡街流量计。冷冻水送回水主管压差计6采用数字电容压差计。冷冻机负荷传感器9采用北京爱博精电科技有限公司出产的ACUVIM型产品。

通信接口电路10接收室外温度传感器1、室外相对湿度传感器2、冷冻水送水温度传感器3、冷冻水回水温度传感器4、冷冻水流量计5、冷冻水送回水主管压差计6、冷却水入口温度传感器7、冷却水出口温度传感器8和冷冻机负荷传感器9的信号，把它们转换为微计算机可以识别的信息，并传输给微计算机11进行处理。

通信接口电路10采用通用的各种数模转换电路或模块，其电路组成参见图2，以下给出通信接口电路的具体组成。通信接口电路10采用4只接收4～20mA模拟量信号的模拟量输入模块A1～A4和4只接收PT100电阻模拟量信号的模拟量输入模块B1～B4及1只符合国际标准的485全双工串行通信接口模块C组成，其中4只接收4～20mA模拟量信号的模拟量输入模块A1～A4分别接收室外温度传感器1、室外相对湿度传感器2、冷冻水流量计5、冷冻水送回水主管压差计6；4只接收PT100电阻模拟量信号的模拟量输入模块B1～B4分别接收冷冻水送水温度传感器3、冷冻水回水温度传感器4、冷却水入口温度传感器7、冷却水出口温度传感器8；通信接口电路的485全双工串行通信接口模块C总线接冷冻水泵变频器、冷却水泵变频器和冷却塔风机变频器和冷冻机负荷传感器9及4只接收4～20mA模拟量信号的模拟量输入模块A1～A4和4只接收PT100电阻模拟量信号的模拟量输入模块B1～B4。

微计算机11及固化在微计算机中的控制程序接收通信接口电路10传输过来的各种信息，经过其人工神经网络系统自动预测出冷冻水泵变频器12、冷却水泵变频器13和冷却塔风机变频器14的运行频率，并由微计算机11发出指令通过通信接口电路对其进行调整，实现中央空调系统各设备能跟随负荷自动进行调整，从而达到节约能源的目的。

人工神经网络系统可采用计算机语言编制而成，神经网络模型分为3层，分别为输入层、隐含层和输出层。利用通用BP算法，其输入层为9个，分别为室外温度传感器1、室外相对湿度传感器2、冷冻水送水温度传感器3、冷冻水回水温度传感器4、冷冻水流量计5、冷冻水送回水主管压差计6、冷却水入口温度传感器7、冷却水出口温度传感器8和冷冻机负荷传感器9。输出层有3个，分别为冷冻水泵运行频率、冷却水泵运行频率和冷却塔风机运行频率。训练样本采用专家根据经验和计算所得的数据库，训练完成后，人工神经网络系统可根据输入层信号的变化，自动预测出中央空调系统各设备(冷冻机、冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔风机)最低总能耗的最佳解的近似解，输出一组经过优化组合后的冷冻水运行频率、冷却水运行频率和冷却塔风机运行频率，实现中央空调系统各设备能跟随负荷自动进行调整，从而达到节约能源的目的。

以下给出本实用新型的1个工程实例，在原有的中央空调系统中增设以下设备，并用电缆连接组成一套完整的控制装置。

室外温度传感器：采用北京昆仑海岸传感技术中心生产的JWSL-2AT型温湿度传感器(此设备内设有温度传感器和相对湿度传感器，输出信号为4～20mA)。

室外相对湿度传感器：采用北京昆仑海岸传感技术中心生产的JWSL-2AT温湿度传感器(此设备内设有温度传感器和相对湿度传感器，输出信号为4～20mA)。

冷冻水送水温度传感器：采用百特工控企业集团生产的WZP-231型温度传感器PT100。

冷冻水回水温度传感器：采用百特工控企业集团生产的WZP-231型温度传感器PT100。

冷冻水流量计：采用大连计测机器有限公司生产的TDS-100F型超声波流量计(输出信号为4～20mA)。

冷冻水送回水主管压差计：采用百特工控企业集团生产的FB1151DP6E22BM3型压差计(输出信号为4～20mA)。

冷却水入口温度传感器：采用百特工控企业集团生产的WZP-231型温度传感器PT100。

冷却水出口温度传感器：采用百特工控企业集团生产的WZP-231型温度传感器PT100。

冷冻机负荷传感器：采用北京爱博精电科技有限公司生产的ACUVIM型电力仪表。

通信接口电路：①接受4～20mA信号的模拟量输入模块采用厦门宇电自动化科技有限公司生产的AI-706ME5J5J5J5S型模块；③接受各种水温传感器PT100电阻信号的模拟量输入模块采用厦门宇电自动化科技有限公司生产的AI-706ME5J0J0J0S型模块；③符合国际标准的485全双工串行通信接口采用厦门宇电自动化科技有限公司生产的485G型模块。

微计算机：采用研华科技股份有限公司生产的AWS-8259型工业控制计算机。

冷冻水泵变频器：采用安川电机株式会社生产的CIMR-E7B型变频器。

冷却水泵变频器：采用安川电机株式会社生产的CIMR-E7B型变频器。

冷却塔风机变频器：采用安川电机株式会社生产的CIMR-E7B型变频器。

该控制装置安装调试完成后，运行稳定，节能效果明显，满足工厂车间所需的空调参数的控制精度。采用对比测试节能率的方法，即在外界大气参数基本一致和工厂生产车间产量不变的情况下，原传统工况运行24H与节能工况运行24H，根据所记录的有功电表读数来进行分析计算，实现中央空调系统整体节能22％，每年约为客户节省电量400万KWH，创造了良好的经济效益和社会环境效益。

Claims (7)

1.基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，其特征在于设有室外温度传感器、室外相对湿度传感器、冷冻水送水温度传感器、冷冻水回水温度传感器、冷冻水流量计、冷冻水送回水主管压差计、冷却水入口温度传感器、冷却水出口温度传感器、冷冻机负荷传感器、通信接口电路、微计算机、冷冻水泵变频器、冷却水泵变频器和冷却塔风机变频器；

室外温度传感器、室外相对湿度传感器、冷冻水送水温度传感器、冷冻水回水温度传感器、冷冻水流量计、冷冻水送回水主管压差计、冷却水入口温度传感器和冷却水出口温度传感器分别与通信接口电路的模拟量输入模块相接，通信接口电路中的485全双工串行通信接口接至微计算机，微计算机内固化有控制程序，通信接口电路的485全双工串行通信接口接冷冻水泵变频器、冷却水泵变频器和冷却塔风机变频器和冷冻机负荷传感器。

2.如权利要求1所述的基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，其特征在于室外温度传感器、冷冻水送水温度传感器、冷冻水回水温度传感器、冷却水入口温度传感器和冷却水出口温度传感器为PT100型或贴片电阻传感器。

3.如权利要求1所述的基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，其特征在于室外相对湿度传感器为湿敏电阻或湿敏电容式传感器。

4.如权利要求1所述的基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，其特征在于冷冻水流量计为外夹式超声波流量计或涡街流量计。

5.如权利要求1所述的基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，其特征在于冷冻水送回水主管压差计为数字电容压差计。

6.如权利要求1所述的基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，其特征在于冷冻机负荷传感器为电力仪表型的传感器。

7.如权利要求1所述的基于人工神经网络技术的中央空调节能控制装置，其特征在于通信接口电路由数模转换电路或模块和485全双工串行通信接口模块组成。

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