CN202675541U - 一种风机盘管控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风机盘管控制器，该控制器包括由DSP控制器、三相桥式逆变电源组成的风机调速电路、人机通信单元和冷水阀驱动单元，其特征在于，还包括网络通信单元，该单元的内部通信端口与所述DSP控制器通过串行通信I/O口连接，外部传输端口连接至上位管理机；所述DSP控制器根据上位管理机输入的系统温度目标值和当前环境温度值，控制风机的转速和冷水阀开启或关闭。

Description

一种风机盘管控制器

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，具体涉及中央空调系统中风机盘管的控制器。

背景技术

中央空调系统的运行能耗在建筑总能耗中占高达60%的比例，因此为了能够节能减排，降低中央空调系统的运行能耗具有非常重要的意义。据中国建筑节能年度发展研究报告（2009）的统计，中央空调系统能耗构成中，采用水系统的中央空调系统，末端设备（风机盘管）的能耗占整个中央空调能耗的25%～30%，因此能够降低风机盘管的能耗则具有显著的节能效果。而现有技术中，风机盘管电机基本采用单相交流电驱动，只具备固定的几个档位转速选择，运行过程中，用户需自行根据需求人工选择档位调节电机转速，这种方式不仅不能自动根据环境温度变化、运行时间等因素实现远程网络控制，调节电机转速，降低能耗，另外，单相交流电机的性能和运行效率均不如三相交流电机，若想直接采用三相交流电机，则又需要提供三相交流工业配电系统，大大增加了系统成本。因此，如能够提供一种网络控制型无级调速且性能和效率皆优，成本低廉的风机盘管控制器，就能够大大降低中央空调的总能耗。

发明内容

鉴于现有技术之不足，本实用新型所要解决的技术问题提供一种风机盘管控制器，该控制器可通过网络上位管理机经网络输入的系统温度目标值，利用PI调节算法调节风机盘管转速，提高系统性能，降低系统成本，并实现节能减排。

本实用新型解决上述问题的技术方案如下：

一种风机盘管控制器，该控制器包括由DSP控制器、三相桥式逆变电源组成的风机调速电路、人机通信单元和冷水阀驱动单元，其特征在于，还包括网络通信单元，该单元为一高速隔离串行收发器，其内部通信端口与所述DSP控制器通过串行通信I/O口连接，其外部传输端口连接至上位管理机；所述DSP控制器根据上位管理机输入的系统温度目标值和当前环境温度值，控制风机的转速和冷水阀开启或关闭。

本实用新型所述的风机盘管控制器，其中，

所述的DSP控制器由数字信号处理芯片及其外围电路组成，其中所述数字信号处理芯片的一串行通信I/O口与人机通信单元的内部通信端口连接，一通用I/O口连接冷水阀驱动单元的控制端；

所述的三相桥式逆变电源包括三相桥式逆变电路，该电路由内置3对IGBT功率开关管的智能电源芯片及其外围电路组成，其中，智能电源芯片的电压输入端与外部整流后的单相交流电源连接，PWM三相驱动信号输入端分别连接至所述数字信号处理芯片3对具有PWM输出功能的I/O口，三相交流电压输出端分别连接三相交流电机，故障信号输出端与数字信号处理芯片的I/O口连接；所述数字信号处理芯片按照相序依次驱动所述智能电源芯片内各IGBT功率开关管，将单相交流电转换为三相交流电。

本实用新型所述的风机盘管控制器，其中，所述的三相桥式逆变电源还包括输出检测电路，该电路由检流电阻、或门电路、同相比例放大电路和RC滤波电路组成，其中，所述检流电阻串接与三相桥式逆变电路的三相桥臂与整流地之间；所述同相比例放大电路的同相输入端经或门电路与检流电阻的正电压端连接，输出端经RC滤波电路连接至数字信号处理芯片的具有A/D转换功能的I/O口；当数字信号处理芯片检测到检流电阻两端电压过高或故障信号输出端口输出信号翻转，三相桥式逆变电路便停止工作。

本实用新型所述的风机盘管控制器由网络通信单元中的DSP控制器根据上位管理机输入的系统温度目标值和当前环境温度值，控制风机的转速和冷水阀开启或关闭，显著提高了节能减排力度。此外，本实用新型所述的风机盘管控制器的改进方案由三相桥式逆变电路将单相交流电转换为三相交流电，进一步提升了风机盘管的性能和效率，并保证了中央空调系统稳定性。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种风机盘管控制器的结构框图。

图2为本实用新型所述的一种风机盘管控制器的控制流程图。

图3～8为本实用新型所述的一种风机盘管控制器的一个具体实施例的电原理图，其中，图3为网络通信单元，图4为DSP控制器，图5为三相桥式逆变电源中的三相桥式逆变电路，图6为三相桥式逆变电源中的输出检测电路，图7为人机通信单元的电路，图8为冷水阀驱动单元。

具体实施方式

参见图1，本实施例所述一种风机盘管控制器包括DSP控制器和三相桥式逆变电源组成的风机调速电路、网通通信单元、人机通信单元及冷水阀驱动单元。其中，DSP控制器由MICROCHIP公司生产的DSPIC30F4011及其外围电路组成，三相桥式逆变电源中的三相桥式逆变电路由FAIRCHILD公司生产的FSBB20CH60智能逆变电源芯片及其外围电路组成，网络通信单元由广州致远电子有限公司生产的型号为CTM1050D的CAN协议通信芯片及其外围电路组成，人机通信单元由MAXIM公司生产的型号为MAX485及其外围电路组成。其中，

参见图3，所述的网络通信单元由广州致远电子有限公司生产的型号为CTM1050D的CAN协议通信芯片U6及其外围电路组成的CAN协议通信电路。芯片U5的TXD和RXD引脚分别连接至单片机U1的CAN协议通信I/O口RF1和RF0，芯片U5的CANH和CANL引脚连接至上位管理机，芯片U5的CANG引脚经并联的电阻R14和电容C6连接至上位管理机。

参见图4，所述的DSP控制器为MICROCHIP公司生产的型号为DSPIC30F4011内嵌数字信号处理器引擎的16位单片机U1及其外围电路组成的单片机最小系统电路，该单片机具有6路PWM输出通道、9路10位A/D转换器、1路CAN协议通信模块、1路SPI总线模块、1路I2C总线模块。

图5所示为所述的三相桥式逆变电源中的三相桥式逆变电路的原理图，该电路采用FAIRCHILD公司生产的内嵌3对IGBT功率开关管的FSBB20CH60智能逆变电源芯片U9及其外围电路组成一电压和频率可调的三相桥式逆变电路，该芯片的UL、VL、WL低端PWM输入口和UH、VH、WH高端PWM输入口经电阻R37、R36、R35、R33、R31和R29分别与数字信号处理器U1的6个具有PWM输出功能的I/O口PWM3L、PWM2L、PWM1L、PWM3H、PWM2H和PWM1H连接，芯片的高电压输入脚P与市电整流滤波后的正电压端相连，芯片的三相负电压端经检流电阻R41、R42、R43接整流电源地，芯片U9的故障信号输出端口VFO与数字信号处理芯片的I/O口FLTA连接。

图6所示为所述的三相桥式逆变电源中的三相桥式逆变电路的输出检测电路原理图，该电路由检流电阻、二极管组成的三或门电路、同相比例放大电路、RC滤波电路依次连接组成，其中检流电阻由连接于芯片U9的三相负电压端与整流电源地之间的功率电阻R41、R42、R43组成，三或门电路由图5所示阳极连接于U9的三相负电压端的二极管D13、D14、D15组成，二极管D13~D15的阴极经输入电阻R44分别连接至同相比例放大器的同相输入端和芯片U9的短路电流检测端口CSC，同相比例放大器由型号为LM358AN集成运算放大器A1A及电阻R49和R48组成，集成运算放大器A1A的反相输入端经电阻R49接地，反相输入端和输出端之间跨接电阻R48，输出端经由电阻R50和电容C55构成的RC滤波电路连接至数字信号处理器U9的具有A/D转换功能的I/O口AN2。

参见图7，所述的人机通信单元由光电耦合器U3、U4、G1和美信公司生产的型号为MX485RS-485协议通信芯片U5及其外围电路组成的带光电隔离的RS485协议串行通信电路，其中，单片机U1的串行通信I/O口U2RX连接至该电路中光电耦合器U3的光电三极管的集电极，单片机U1的串行通信I/O口U2TX经电阻R10连接至该电路中光电耦合器U4的光电二极管的阴极，单片机的串行通信I/O口经电阻R8连接至该电路中光电耦合器G1的光电二极管的阴极，芯片U5的A、B通信口分别连接至外围人机交互设备。

参见图8，所述的冷水阀驱动单元由NPN型三极管Q2，电阻R0、R2、R3、R4、R5，变阻器YM2，发光二极管LED1、光电耦合双向可控硅U2和双向可控硅Q4组成，其中，NPN型三极管Q2的基极经电阻R0连接至单片机U1的I/O口RB5，Q2的基极与电源地之间跨接电阻R2，Q2的射极接地，供电电源与Q2的集电极间依次顺向连接光电耦合双向可控硅U2的光电二极管、发光二极管LED1和电阻R3，光电耦合双向可控硅U2的光电双向可控硅的两端经电阻R4和R5连接至冷水阀的执行机构，冷水阀的执行机构分别跨接变阻器YM2和双向可控硅Q4的第一阳极和第二阳极，电阻R5跨接于双向可控硅的第二阳极和控制极之间。

参见图2，该控制器可通过人机交互设备和上位管理机实现手动和管理两种控制模式，当操作人员未通过人机交互设备向控制器输入目标温度和风机转速信息，则控制器进入管理控制模式，由上位管理机通过网络通信单元向控制器输入目标温度，再通过网络通信单元读取当前环境温度，若当前环境温度未达到目标温度，则控制器根据当前环境温度与目标温度之差，采用PI比例积分调节方式计算所需风机转速，再保持风机电压与频率比恒定的方式按相序输出PWM信号依次导通智能电源芯片内置的3对IGBT功率开关管，从而改变三相桥式逆变电路输出的电压和频率，调节风机转速，若环境温度低于目标温度，则由单片机输出高电平，NPN型三极管饱和导通，光电耦合双向可控硅U2导通，打开冷水阀执行机构，关闭冷水阀，当单片机U1检测到智能逆变电源芯片U9的故障信号输出端口输出低电平或当单片机U1的A/D转换I/O口检测到三相桥式逆变电路的输出检测电路输入的电压高于程序设定电压，则判定系统过载，单片机U1停止输出PWM信号，三相桥式逆变电路则停止工作，使风机停转，同时通过上位管理机或人机交互设备发出告警信号。

当操作人员通过人机交互设备想控制器输入目标温度和风机转速信息，则控制器进入手动控制模式，通过人机通信单元读取目标温度和风机转速，并以保持风机电压与频率比恒定的方式按相序输出PWM信号依次导通智能电源芯片内置的3对IGBT功率开关管，从而改变三相桥式逆变电路输出的电压和频率，调节风机转速至给定值，当控制器通过网络通信单元读取当前环境温度低于目标温度，则由单片机输出高电平，NPN型三极管饱和导通，光电耦合双向可控硅U2导通，打开冷水阀执行机构，关闭冷水阀，当单片机U1检测到智能逆变电源芯片U9的故障信号输出端口输出低电平或当单片机U1的A/D转换I/O口检测到三相桥式逆变电路的输出检测电路输入的电压高于程序设定电压，则判定系统过载，单片机U1停止输出PWM信号，三相桥式逆变电路则停止工作，使风机停转，同时通过上位管理机或人机交互设备发出告警信号。

Claims (3)

1.一种风机盘管控制器，该控制器包括由DSP控制器、三相桥式逆变电源组成的风机调速电路、人机通信单元和冷水阀驱动单元，其特征在于，

还包括网络通信单元，该单元的内部通信端口与所述DSP控制器通过串行通信I/O口连接，外部传输端口连接至上位管理机；所述DSP控制器根据上位管理机输入的系统温度目标值和当前环境温度值，控制风机的转速和冷水阀开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的一种风机盘管控制器，其特征在于，

所述的DSP控制器由数字信号处理芯片及其外围电路组成，其中所述数字信号处理芯片的一串行通信I/O口与人机通信单元的内部通信端口连接，一通用I/O口连接冷水阀驱动单元的控制端；

所述的三相桥式逆变电源包括三相桥式逆变电路，该电路由内置3对IGBT功率开关管的智能电源芯片及其外围电路组成，其中，智能电源芯片的电压输入端与外部整流后的单相交流电源连接，PWM三相驱动信号输入端分别连接至所述数字信号处理芯片3对具有PWM输出功能的I/O口，三相交流电压输出端分别连接三相交流电机，故障信号输出端与数字信号处理芯片的I/O口连接；所述数字信号处理芯片按照相序依次驱动所述智能电源芯片内各IGBT功率开关管，将单相交流电转换为三相交流电。

3.根据权利要求2所述的一种风机盘管控制器，其特征在于，所述的三相桥式逆变电源还包括输出检测电路，该电路由检流电阻、或门电路、同相比例放大电路和RC滤波电路组成，其中，所述检流电阻串接与三相桥式逆变电路的三相桥臂与整流地之间；所述同相比例放大电路的同相输入端经或门电路与检流电阻的正电压端连接，输出端经RC滤波电路连接至数字信号处理芯片的具有A/D转换功能的I/O口；当数字信号处理芯片检测到检流电阻两端电压过高或故障信号输出端口输出信号翻转，三相桥式逆变电路便停止工作。

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