CN201348336Y - 多功能空调控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种控制装置，旨在提供一种应用于中央空调、集中供热管网水系统输配过程平衡节流、室内温度控制、冷热量计量和远程监测、控制的空调控制器。该控制器包括微处理器模块，还包括分别与微处理器模块相连的网络通讯模块、显示模块、按键设置模块、数据存储模块、后备电池模块、电源模块、输出模块和输入模块；后备电池模块还分别与电源模块、数据存储模块连接，数据存储模块中内置控制程序和设置参数。本实用新型将管网水系统输配过程平衡节流、室内温度控制、冷热量计量和远程监测、控制等功能结合；通过控制方法的一体化整合；提高能效比，完成远程监测、控制功能。

Description

多功能空调控制器

技术领域

本实用新型涉及一种控制装置，更具体地说，本实用新型涉及一种应用于中央空调、集中供热管网水系统输配过程平衡节流、室内温度控制、冷热量计量和远程监测、控制的空调控制器。

背景技术

在中央空调水系统输配管网中普遍存在着水力失调现象，管网水力不平衡造成了系统能源的浪费和设备运行噪声的增加，动态平衡调节阀技术是解决空调末端设备水系统输配的水力平衡和节能控制的最佳手段。

楼宇系统中暖通空调耗能占建筑总耗能的65％左右，如何贯彻执行节能环保、高效自然的中央空调技术，已日益引起人们的重视。在我国北方，采暖能耗指标是同类气候条件下发达国家的3～5倍，能耗大量浪费的原因中固然有用户节能意识淡薄、收费体制不能刺激节能等因素，但主要的原因还是因为我们的设计、施工与运行管理规范的落后。如果不提高系统的技术水平、而一味地追求空调冷热量的计量收费，这是将自身技术水平落后造成的浪费转嫁给消费者，这样显然不合理，并违背了公平与公正的原则。为了可持续发展的需要，必须将中央空调的末端温控技术、冷热量计量技术和水力平衡技术保持整体协调、一致发展。

实用新型內容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种应用于中央空调、集中供热管网水系统输配过程平衡节流、室内温度控制、冷热量计量和远程监测、控制的控制器。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种多功能空调控制器，包括微处理器模块700，还包括分别与微处理器模块700相连的网络通讯模块100、显示模块200、按键设置模块300、数据存储模块400、后备电池模块500、电源模块600、输出模块800和输入模块900；后备电池模块500还分别与电源模块600、数据存储模块400连接，数据存储模块400中内置控制程序和设置参数。

作为一种改进，所述输出模块800包含供电接线端子801、模拟量输出端子802和开关量输出端子803。

作为一种改进，所述输入模块900包含第一信号输入通道901、第二信号输入通道902、第三信号输入通道903和第四信号输入通道904。

作为一种改进，所述网络通讯模块100包含RS485通讯线101和无线网络通讯接口102。

数据存储模块400中设置参数由按键设置模块300就地设置或者通过网络通讯模块100远程设置。

电源模块600同时对后备电池模块500和微处理器模块700供电。

多功能空调控制装置在电源模块600工作正常时微处理器模块700由电源模块600直接供电，当电源模块600断电时微处理器模块700由后备电池模块500供电。

本实用新型的主要工作过程包括以下几个步骤：

(1)空调控制器开启后自动进行初始化参数读取和硬件自检；

(2)通过按键设置模块300手动设置数据，包括相应功能的控制程序的设置，相应参数的设置，这些数据的设置均被保存于数据存储模块400；

(3)微处理器模块700读取数据存储模块400调入相应的控制方法和设置参数；

(4)微处理器模块700根据读入的控制程序的需要，从输入模块900读入相应的参数；

(5)控制程序根据读入的相应参数，经过计算或对比方式获得相应的目标控制值；

(6)微处理器模块700根据控制程序的目标控制值，通过数据输出模块800对目标进行控制，以达到控制目标。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型将管网水系统输配过程平衡节流、室内温度控制、冷热量计量和远程监测、控制等功能结合，形成一套统一的空调控制器工作方法。

2、通过控制方法的一体化整合，空调控制器可以完成多种功能，在工程选型、设计、更改等方面提供了极大的方便。

3、运用本控制器内的控制方法，在实际工程应用中能够确实有效的起到管网水系统输配过程的平衡节流功能，提高能效比；有效的实现室内温度控制提高房间的热舒适性；完成冷热量的计量，能够正确、客观的反映出用户的能源实际使用量，便于计费；完成远程监测、控制功能，方便对空调管网系统的各个节点的监测，实现时时更改控制，提高了能效的利用，降低了暖通维护人员的工作量。

4、本实用新型的空调控制器和控制方法具有计量准确、控制可靠、体积小巧、设计新颖、操作方便、安装简单、适应性好、价格低廉、运行稳定等优点。

附图说明

图1是本实用新型的空调控制器总体结构示意图；

图2是本实用新型的控制方法流程图。

具体实施方式

参照上述附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

本实施例提供了一种应用于中央空调、集中供热管网水系统输配过程平衡节流、室内温度控制、冷热量计量和远程监测、控制的空调控制器。该空调控制器由网络通讯模块100、显示模块200、按键设置模块300、数据存储模块400、后备电池模块500、电源模块600、微处理器模块700、输出模块800、输入模块900等组成。微处理器模块700分别与网络通讯模块100、显示模块200、按键设置模块300、数据存储模块400、后备电池模块500、电源模块600、输出模块800和输入模块900相连接；电源模块600与电池模块500和微处理器模块700相连接；后备电池模块500连接数据存储模块400和微处理器模块700；输出模块800包含有供电接线端子801(输出24V直流电源、可用于传感器等的供电)、模拟量输出端子802(可输出0-20mA或者4-20mA电流，如果用于DC0-10V控制信号的执行器可并入500欧姆的电阻)、开关量输出端子803；输入模块900包含有第一信号输入通道901、第二信号输入通道902、第三信号输入通道903和第四信号输入通道904(可输入：NI1000、Pt 1000、0-10V DC、1-5V DC、0-20mA、4-20mA等)；网络通讯模块100包含有RS485通讯线101(用于有线网络)、无线网络通讯接口102。

网络通讯模块100包含有RS485通讯线101(用于有线网络)、无线网络通讯接口102，RS485通讯线101可以用于组建有线控制网络，无线网络通讯接口102可以外接一个无线发射器用于组建无线控制网络，也可以在网络通讯模块100中内置无线发射器。通过网络通讯模块100，用户可以远程对空调控制器进行监测和控制：空调控制器通过网络通讯模块100将控制器上的信息反映给用户，用户可以通过网络通讯模块100对空调控制器进行远程的参数设置。

显示模块200主要由一块显示屏组成，用于就地观察信息，以及配合按键设置模块300进行就地的参数设置；数据存储模块400主要用于保存各种不同功能的控制方法以及设置参数；后备电池模块500主要用于断电时对数据存储模块400和微处理器模块700的供电，使数据存储模块400内的当前信息能够得到保存；电源模块600主要是对空调控制器工作时的供电以及对后备电池模块500充电；微处理器模块700主要用于数据的处理，是空调控制器硬件核心。

输出模块800包含有供电接线端子801、模拟量输出端子802、开关量输出端子803。供电接线端子801输出24V直流电源，可以对一些传感器供电，方便在实际工程中接线。模拟量输出端子802、开关量输出端子803主要用于对被控目标输出控制值，可以分别控制模拟量和开关量控制信号的执行机构。

输入模块900包含有第一信号输入通道901、第二信号输入通道902、第三信号输入通道903和第四信号输入通道904，输入模块900是控制方法参数的输入口，控制方法中所需要的用于计算、对比的参数均来自于输入模块900的4个型号输入通道。第一、第二信号输入通道可以接入被控目标入口出的压强和出口处的压强信号，主要是为了获得压差信号，第三、第四信号输入通道可接入水温度传感器、空气温度传感器、房间温度控制器、远程设定设备等输出的信号，根据不同控制方法的需要，可在不同的信号输入通道接入不同的输入信号。

在数据存储模块400中包含有各种不同功能的控制程序，如下所述：

控制程序一：根据外部房间温度控制器输入的信号X，同时采集阀两端的压强信号和数据存储模块400的参数，运行高级算法实现电动动态流量平衡功能，并根据水温信号实现冬夏季自动转换，其主要步骤如下所述：

(1)在电动调节阀的空调控制器数据存储模块400中设定阀门两端的动态平衡压差设定值ΔP_S；

(2)通过输入模块900读取中央空调水系统输配管网中水温传感器的测量值，根据设置的标准确定智能控制器的工作状态为制热模式或制冷模式；制冷模式下智能控制器执行PID正作用算法，制热模式下智能控制器执行PID反作用算法；

(3)通过输入模块900读取测量的阀门两端的动态压差ΔP_P；

(4)根据房间温度控制器输入的信号获得单位化的电子阀门开度X值；根据公式

$K_V^P\left(\mathrm{\ξ}\right)=K_V^S\left(X\right)\·\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_S/\mathrm{\Δ}{P}_P}$

或

$F\left(\mathrm{\ξ}\right)=\frac{R^X-1}{R-1}\·\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_S/\mathrm{\Δ}{P}_P}$

K_V ^S(X)：调节阀理想流量特性；

K_V ^P(ξ)：调节阀实际流量特性；

配合数据存储模块400中的数据库，通过反函数或者查表等方式计算出无量纲的阀门机械开度ξ，并利用输出模块800的模拟量输出端子802直接调节控制驱动模拟量电动执行器的机械开度ξ。

控制程序二：将电动动态流量平衡功能和中央空调末端舒适性控制进行一体化集成控制，提高中央空调输配能效比，其主要步骤如下所述：

(1)在电动阀门的空调控制器数据存储模块400中设定阀门两端的动态平衡压差设定值ΔP_S和目标空气温度设定值ΔT_S；

(2)通过输入模块900读取中央空调水系统输配管网中水温传感器的测量值，根据设置的标准确定智能控制器的工作状态为制热模式或制冷模式；制冷模式下智能控制器执行PID正作用算法，制热模式下智能控制器执行PID反作用算法；

(3)通过输入模块900读取测量的空气温度和阀门两端的动态压差ΔP_P；

(4)通过输入模块900读取空气测量温度ΔT_P，比较目标空气温度设定值ΔT_S和空气测量温度ΔT_P，执行PID算法输出单位化的电子阀门开度X值；根据公式

$K_V^P\left(\mathrm{\ξ}\right)=K_V^S\left(X\right)\·\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_S/\mathrm{\Δ}{P}_P}$

或

$F\left(\mathrm{\ξ}\right)=\frac{R^X-1}{R-1}\·\sqrt{\mathrm{\Δ}{P}_S/\mathrm{\Δ}{P}_P}$

K_V ^S(X)：调节阀理想流量特性；

K_V ^P(ξ)：调节阀实际流量特性；

配合数据存储模块400中的数据库，通过反函数或者查表等方式计算出无量纲的阀门机械开度ξ，并利用输出模块800的模拟量输出端子802直接调节控制驱动模拟量电动执行器的机械开度ξ。

控制程序三：采集被控目标两端压差信号，运行APID高级算法，实现动态平衡压差的调节与控制。根据水温信号实现冬夏季模式的自动转换，可进行远程和就地的参数设定，其主要步骤如下所述：

(1)通过输入模块900的信号通道就地或者远程设定数据存储模块400中被控目标两端的动态压差ΔP_S；

(2)通过输入模块900读取测量被控目标两端的动态压差ΔP_P；

(3)空调控制器根据动态压差测量值ΔP_P与动态平衡压差设定值ΔP_S，执行PID算法输出单位化的调节阀ξ值；并利用输出模块800的模拟量输出端子802直接调节控制驱动模拟量电动执行器的机械开度ξ。

控制程序四：采集电动调节阀两端的压差信号，计算动态平衡流量测量值；或者直接采集由其他流量设备测得的流量信号，运行高级算法，实现动态平衡流量的调节与控制。根据水温信号实现冬夏季模式的自动转换，可进行远程和就地的参数设定，其主要步骤如下所述：

(1)在空调控制器数据存数模块400中设定动态平衡流量设定值Q_S；

(2)通过输入模块900测量读取调节阀两端的动态压差和调节阀机械开度ξ，根据数据存储模块400中已有的数据库计算动态平衡流量测量值Q_P；或者直接采集由其他流量设备测量的流量值信号获得Q_P；

(3)智能控制器根据动态流量测量值Q_P与动态流量设定值Q_S，执行PID算法输出单位化的调节阀ξ值；并利用输出模块800的模拟量输出端子802直接调节控制驱动模拟量电动执行器的机械开度ξ。

控制程序五：根据流量和温差的乘积，获得冷热量的计量，其主要步骤如下所述：

(1)从数据存储模块400中获得当前多功能空调控制器控制流量值Q_S；

(2)通过输入模块900获得测量的供水温度和回水温度，计算供水温度和回水温度的温差ΔT；

(3)根据冷热量计量公式，计算冷热量：

${\mathrm{EN}}_{\mathrm{FCU}}={\∫}_{t0}^t{C}_w\·{\mathrm{\ρ}}_w\·Q_w\·\left|\mathrm{\ΔT}\right|\·\mathrm{dt}$

其中各个符号的意义表示如下：

EN_FCU：盘管在从t₀时刻到时刻t能量积分累计，单位为KwH；

C_w：单位转换换算系数(程序给定值)；

ρ_w：冷/热水的密度(程序给定值)；

Q_S：空调控制器流量设定值；

|ΔT|：供水温度、回水温度的温差测量值，取绝对值；

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1、一种多功能空调控制器，包括微处理器模块(700)，其特征在于，还包括分别与微处理器模块(700)相连的网络通讯模块(100)、显示模块(200)、按键设置模块(300)、数据存储模块(400)、后备电池模块(500)、电源模块(600)、输出模块(800)和输入模块(900)；后备电池模块(500)还分别与电源模块(600)、数据存储模块(400)连接，数据存储模块(400)中内置控制程序和设置参数。

2、根据权利要求1所述的多功能空调控制器，其特征在于，所述输出模块(800)包含供电接线端子(801)、模拟量输出端子(802)和开关量输出端子(803)。

3、根据权利要求1所述的多功能空调控制器，其特征在于，所述输入模块(900)包含第一信号输入通道(901)、第二信号输入通道(902)、第三信号输入通道(903)和第四信号输入通道(904)。

4、根据权利要求1所述的多功能空调控制器，其特征在于，所述网络通讯模块(100)包含RS485通讯线(101)和无线网络通讯接口(102)。

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