CN202734154U - 中央空调自寻优智能模糊控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，通过采集中央空调系统各控制点工艺参数和室内外环境参数，根据系统实际负荷量和末端冷热源需要，实时跟踪控制末端和循环系统运行效率，优化调整主机的运行周期，对系统各个环节实现运行能效的全面控制，使系统始终保持在高能效比的工况下运行。同时，本实用新型把中央空调系统的工艺数据、能耗数据及设备运行数据进行汇总，形成智能控制库，通过中央空调自寻优智能模糊控制器进行分析、运算等技术处理，产生新的控制策略，实现在线升级控制算法，节能潜力挖掘，优化系统能耗，简化操作，以此调整系统各设备的运行效率，达到高效节能、智能控制的目的。

Description

中央空调自寻优智能模糊控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，属于能效智能控制技术领域。

背景技术

作为大型公共建筑内部重点耗能设备，中央空调系统的耗电一般要占整座建筑耗电的40%以上。而中央空调机组是以满足使用场所的最大冷热量来进行设计的，而在实际应用中，消耗的冷热负荷是变化的，一般与最大设计供冷热量存在着很大的差异，系统设备运行约90%以上时间运行在非满载额定状态。传统的中央空调水、风系统均一般采用调节阀门或风门开度的方式来调节水量和风量，这种调节方式的缺点不仅消耗大量能源，而且调节品质难以达到理想状态而导致空调的舒适度不良；即使现有的部分中央空调系统采用变频器调节泵或风机转速的方式来调节水量和风量，由于中央空调负荷的随动性和控制系统工作模式单一、控制算法简单、控制策略不能实时更新，也不能最大限度的节约能源，同时不同程度的造成空调的舒适度不良。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，通过调整系统各设备的运行效率，能够达到高效节能、智能控制的目的。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，包括模糊控制器、数据采集装置、触摸显示屏和上位机，所述数据采集装置、触摸显示屏和上位机分别与模糊控制器连接，所述模糊控制器与中央空调系统的执行机构装置连接，其特征是，还包括远程控制计算机，所述远程控制计算机与模糊控制器连接；所述数据采集装置包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器和冷热量表；所述中央空调系统的执行机构装置包括冷温泵、冷却泵、风机、调节阀和中央空调系统主机。

进一步地，所述模糊控制器包括工艺参数采集滤波处理模块、协调解析控制模块、中央空调寻优算法模块、逻辑信号输出模块、调节信号输出模块和反馈信号采集处理模块；所述协调解析控制模块分别与工艺参数采集滤波处理模块、中央空调寻优算法模块和反馈信号采集处理模块连接，所述逻辑信号输出模块和调节信号输出模块分别与中央空调寻优算法模块连接；所述工艺参数采集滤波处理模块与数据采集装置连接，用以实时处理数据采集装置采集的数据信息并发送给协调解析控制模块；所述反馈信号采集处理模块与中央空调系统的执行机构装置连接，用于实时采集中央空调系统的温度、压力、流量和开关量信号并发送给所述协调解析控制模块，所述协调解析控制模块与触摸显示屏、上位机和远程控制计算机连接，用以接收数据和控制指令，并根据控制指令向中央空调寻优算法模块发送工作指令并转发接收的数据采集信息，所述中央空调寻优算法模块根据数据采集信息进行寻优数据处理，并通过逻辑信号输出模块和调节信号输出模块向中央空调系统的执行机构装置发送相关操作指令。

进一步地，所述工艺参数采集滤波处理模块包括微处理器、信号调理单元、数模转换器、滤波器和第一CAN通信模块，所述信号调理单元与温度传感器、湿度传感器、压力传感器和冷热量表连接，用以实时采集数据信息，并依此经过数模转换器和滤波器对采集的数据信息进行模数转换和滤波后发送给微处理器，所述微处理器通过第一CAN通信模块将处理后的数据信息发送给协调解析控制模块。

进一步地，所述协调解析控制模块包括ARM微处理器以及分别与ARM微处理器连接的第一数据存储器、第一FLASH存储器、RS485通信模块、以太网单元、无线监控模块和第二CAN通信模块；所述ARM微处理器通过SPI总线分别与第一数据存储器和第一FLASH存储器连接；所述ARM微处理器通过RS485通信模块与远程控制计算机连接；所述ARM微处理器通过以太网单元分别与上位机和触摸显示屏连接；所述ARM微处理器通过无线监控模块与无线监控系统连接；所述ARM微处理器通过第二CAN通信模块与工艺参数采集滤波处理模块连接。

进一步地，所述中央空调寻优算法模块包括数字信号处理器以及分别与数字信号处理器连接的第二数据存储器、第二FLASH存储器、第三CAN通信模块、双口RAM模块和时钟模块；所述数字信号处理器通过SPI总线分别与第二数据存储器和第二FLASH存储器接；所述数字信号处理器通过双口RAM模块与协调解析控制模块连接；所述数字信号处理器通过第三CAN通信模块分别与逻辑信号输出模块和调节信号输出模块连接；所述时钟模块通过IIC总线与数字信号处理器连接。

进一步地，所述逻辑信号输出模块包括微处理器、信号隔离单元、驱动单元、继电器和并行缓冲器，所述微处理器通过并行缓冲器与中央空调寻优算法模块连接；所述微处理器通过信号隔离单元与驱动单元连接，所述驱动单元与中央空调系统的执行机构装置的继电器连接。

进一步地，所述调节信号输出模块包括微处理器、信号隔离单元、电流输出单元、并行缓冲器，所述微处理器通过并行缓冲器与中央空调寻优算法模块连接；所述微处理器通过信号隔离单元与电流输出单元连接，所述电流输出单元与中央空调系统的执行机构装置连接。

进一步地，所述反馈信号采集处理模块包括信号隔离单元、微处理器和CAN通信模块，所述微处理器通过信号隔离单元分别与设置在中央空调系统的执行机构装置上的温度传感器、电压传感器和电流传感器连接，微处理器通过CAN通信模块与协调解析控制模块连接。

一种中央空调自寻优智能模糊控制方法，用以中央空调自寻优智能模糊控制器装置对中央空调的冷温水系统、冷却水系统、冷却塔风机和主机系统进行全面控制，所述中央空调自寻优智能模糊控制装置通过以太网单元接受远程控制计算机发出的控制指令与数据或通过通信模块接受现场上位机和触摸屏发出的控制指令与数据进行自寻优智能模糊控制工作，其特征是，所述中央空调自寻优智能模糊控制方法包括工频模式下自寻优智能模糊控制过程和节能模式下自寻优智能模糊控制过程，所述节能模式下自寻优智能模糊控制过程包括舒适度模式下自寻优智能模糊控制过程和自动模式下自寻优智能模糊控制过程；

所述工频模式下自寻优智能模糊控制过程包括以下过程：

采集中央空调系统的冷温水的供、回水温度、压力、流量和冷热量，

采集中央空调系统的冷却水的供、回水温度、压力、流量和冷热量，

采集中央空调系统的中央空调系统主机运行参数、泵的运行状态和能耗信息，中央空调自寻优智能模糊控制器装置对采集的数据信息进行分析处理，并将分析处理结果进行显示，以便进行监视；

所述舒适度模式下自寻优智能模糊控制过程需要进行确认中央空调系统所需的实际负荷、分析驱动系统的输出特性、采集工艺数据和内外环境参数、遗传计算、寻优处理、输出并采集反馈信息并形成历史数据库，最后调整运行工作策略，具体包括以下过程：

1）确认系统所需的实际负荷

将舒适度的感念引入到对中央空调的控制中，选用的三个参数为温度，相对湿度和风速；根据当地的气候条件，利用长期的统计数据总结的经验公式，如式（1）：

$F=1.8t-0.55(1.8t-26)(1-r_h)-3.2\sqrt{v}+32---\left(1\right)$

式中，F为舒适度指数；t为被控房间内温度；rh为被控房间内相对湿度；v为被控房间内风速；

一般舒适环境的F值在51-78之间，最佳舒适度值在60；在影响舒适度的温度、相对湿度和风速三个参数中，最重要的是温度，其次是湿度，最后是风速；一般在室内开启空调时的风速为1m/s-2m/s,取均值1.5m/s，简化后得到式（2）：

F＝1.8t-0.55(1.8t-26)(1-r_h)+28.08  （2）

通过式（2）得出系统控制舒适温度和舒适湿度，再根据建筑物的有效面积和室外温湿度计算出系统的实际负荷量需求；

2）分析驱动系统的运行系统输出特性

在中央空调系统中，驱动系统主要为水泵和风机，中央空调自寻优智能模糊控制器对水泵和风机的驱动能力进行分析，以工艺参数采集模块识别的泵信息和用户输入信息做为基础，用下列式（3）、式（4）和式（5）三个公式为计算依据：

$\frac{Q_1}{Q_0}=\frac{n_1}{n_0}---\left(3\right)$

$\frac{H_1}{H_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^2---\left(4\right)$

$\frac{N_1}{N_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^3---\left(5\right)$

式(3)～式(5)中Q0,H0,n0,N0分别为水泵在额定工况下的流量、扬程、转速、功率,Q1,H1,n1,N1分别为水泵在实际工况下的流量、扬程、转速、功率；

由式(3)～式(5)可得出式（6）：

$\mathrm{\ΔQ}=Q_0[1-(N_1/N_0)]\frac{H_1}{H_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^2={\left(\frac{Q_1}{Q_0}\right)}^2---\left(6\right)$

因此，所有的相似工况点必须满足式（7）:

根据上述的控制方法，实时计算泵的高效率转速区间的工作范围为35HZ～45HZ；

3）采集工艺数据和内外环境参数、遗传计算、寻优处理

由上述步骤1）和步骤2）的计算，得出在维持舒适度情况下的高效率的转速区间，对采集的工艺数据、内外环境参数以及计算得到的需求量进行模糊处理，从而快速得到最优解；

4）输出并采集反馈信息，形成历史数据库，调整运行工作策略

通过上述步骤1）至步骤3）计算得出冷温泵、冷却泵、风机、主机的运行要求频率和运行状态，然后经信号输出单元进行输出到中央空调系统的执行机构装置，并采集中央空调系统的执行机构装置的反馈信息；最后对数据进行压缩存储，形成历史数据库；如果发现信号输出与反馈信息不相符时及时调整工作策略满足运行条件；当选择关机或掉电后，系统自动存储数据；

所述自动模式下自寻优智能模糊控制过程需要进行确认系统所需的实际负荷、分析驱动系统的输出特性、采集工艺数据和内外环境参数、遗传计算、寻优处理、输出并采集反馈信息并形成历史数据库，最后调整运行工作策略，具体包括以下过程：

1）确认系统所需的实际负荷

该模式适用于人员流动比较大的场合，该模式采用分段调节，该模式用户输入人员高峰信息，中央空调自寻优智能模糊控制器进行自动调节；在人员高峰阶段采用舒适度模式，其处理方法如下：

将舒适度的感念引入到对中央空调的控制中，选用的三个参数为温度，相对湿度和风速；根据当地的气候条件，利用长期的统计数据总结的经验公式，如式（1）：

$F=1.8t-0.55(1.8t-26)(1-r_h)-3.2\sqrt{v}+32---\left(1\right)$

式中，F为舒适度指数；t为被控房间内温度；rh为被控房间内相对湿度；v为被控房间内风速；

一般舒适环境的F值在51-78之间，最佳舒适度值在60；在影响舒适度的温度、相对湿度和风速三个参数中，最重要的是温度，其次是湿度，最后是风速；一般在室内开启空调时的风速为1m/s-2m/s,取均值1.5m/s，简化后得到式（2）：

F＝1.8t-0.55(1.8t-26)(1-r_h)+28.08  （2）

通过式（2）得出系统控制舒适温度和舒适湿度，再根据建筑物的有效面积和室外温湿度计算出系统的实际负荷量需求；

当人员未处于高峰时期，采用气象参数决定系统的负荷，定义满负荷量为100%，当制冷季节，温度越高、湿度越低，中央空调所需的负荷较大，反之较小；当制热季节，温度越高、湿度越高，中央空调所需的负荷较小，反之较大；采集的空气质量参数，作为偏差，计算出系统的实际负荷量需求；

2）分析驱动系统的运行系统输出特性

在中央空调系统中，驱动系统主要为水泵和风机，中央空调自寻优智能模糊控制器对水泵和风机的驱动能力进行分析，以工艺参数采集模块识别的泵信息和用户输入信息做为基础，用下列式（3）、式（4）和式（5）三个公式为计算依据：

$\frac{Q_1}{Q_0}=\frac{n_1}{n_0}---\left(3\right)$

$\frac{H_1}{H_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^2---\left(4\right)$

$\frac{N_1}{N_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^3---\left(5\right)$

式(3)～式(5)中Q0,H0,n0,N0分别为水泵在额定工况下的流量、扬程、转速、功率,Q1,H1,n1,N1分别为水泵在实际工况下的流量、扬程、转速、功率；

由式(3)～式(5)可得出式（6）：

$\mathrm{\ΔQ}=Q_0[1-(N_1/N_0)]\frac{H_1}{H_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^2={\left(\frac{Q_1}{Q_0}\right)}^2---\left(6\right)$

因此，所有的相似工况点必须满足式（7）:

根据上述的控制方法，实时计算泵的高效率转速区间的工作范围为35HZ～45HZ；

3）采集工艺数据和内外环境参数、遗传计算、寻优处理

由上述步骤1）和步骤2）的计算，得出在维持舒适度情况下的高效率的转速区间，对采集的工艺数据、内外环境参数以及计算得到的需求量进行模糊处理，从而快速得到最优解；

4）输出并采集反馈信息、形成历史数据库、调整运行的工作策略

通过上述步骤1）至步骤3）计算得出冷温泵、冷却泵、风机、主机的运行要求频率和运行状态，然后经信号输出单元进行输出到中央空调系统的执行机构装置，并采集中央空调系统的执行机构装置的反馈信息；最后对数据进行压缩存储，形成历史数据库；如果发现信号输出与反馈信息不相符时及时调整工作策略满足运行条件；当选择关机或掉电后，系统自动存储数据。

上述控制方法中，所述寻优处理过程包括对冷温水系统采用自寻优能效跟踪控制过程、冷却水系统和风机系统采用最佳转换效率控制过程和对主机采用能效跟踪控制过程，

所述对冷温水系统采用自寻优能效跟踪控制过程如下：当环境温度、中央空调末端负荷发生变化时，各路冷温水的供、回水温度、温差和流量亦随之变化，流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至中央空调自寻优智能模糊控制装置，中央空调自寻优智能模糊控制装置依据所采集的实时数据、历史运行数据、实时计算出空调负荷所需的制冷量以及各路冷温水供、回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在自寻优智能模糊控制器给出的最优值；

所述对冷却水系统和风机系统采用最佳转换效率控制过程如下：当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器的最佳热转换温度也随之变化；自寻优智能模糊控制装置依据所采集的冷却水的供、回水温度、温差和流量及历史运行数据，计算出主机冷凝器的最佳热转换温度及冷却水最佳出、入口温度，并以此调节冷却水泵和冷却塔风机变频器的输出频率，控制冷却水泵和冷却塔风机转速，动态调节冷却水的流量和冷却塔风机的风量，使冷却水的进、出口温度逼近模糊控制器给出的最优值；

所述对主机能效跟踪控制过程如下：对中央空调主机运行环境系统全面采集中央空调的各种工艺数据和内外环境参数参数，利用能效跟踪控制，对这些相互关联、相互影响的主机运行进行动态优化控制，以满足中央空调系统非线性和时变性的要求，使空调主机始终运行在最佳工况，以保持最高的能效效率，从而减少主机的能耗；所述工艺数据和内外环境参数参数包括环境温度、湿度、空气质量，冷温水的供、回水温度、压力、流量、冷热量，冷却水的供回水温度、压力、流量、冷热量，主机运行参数。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过采集中央空调系统各控制点工艺参数和室内外环境参数，根据系统实际负荷量和末端冷热源需要，实时跟踪控制末端和循环系统运行效率，优化调整主机的运行周期，对系统各个环节实现运行能效的全面控制，使系统始终保持在高能效比的工况下运行。同时，本实用新型把中央空调系统的工艺数据、能耗数据及设备运行数据进行汇总，形成智能控制库，通过中央空调自寻优智能模糊控制器进行分析、运算等技术处理，产生新的控制策略，实现在线升级控制算法，节能潜力挖掘，优化系统能耗，简化操作，以此调整系统各设备的运行效率，达到高效节能、智能控制的目的。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型所述工艺参数采集滤波处理模块的结构框图；

图3是本实用新型所述协调解析控制模块的结构框图；

图4是本实用新型所述中央空调寻优算法模块的结构框图；

图5是本实用新型一种中央空调自寻优智能模糊控制方法的流程图；

图6是本实用新型所述寻优处理的流程图；

图7是本实用新型所述采集工艺参数的流程示意图；

图8是本实用新型所述冷温水的模糊控制流程示意图；

其中，1工艺参数采集滤波处理模块、2协调解析控制模块、3中央空调寻优算法模块、4逻辑信号输出模块、5调节信号输出模块、6反馈信号采集处理模块、7冷温泵、8冷却泵、9风机、10调节阀、11主机、12触摸显示屏、13上位机、14远程控制计算机、15温度传感器、16湿度传感器、17压力传感器、18冷热量表、101微处理器、102信号调理单元、103数模转换器、104滤波器、105第一CAN通信模块、201ARM处理器、202第一数据存储器、203第一FLASH存储器、204RS485通信模块、205以太网单元、206无线监控模块、207第二CAN通信模块、301数字信号处理器、302第二数据存储器、303第二FLASH存储器、304第三CAN通信模块、3055双口RAM模块、306时钟模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型的系统结构框图。如图1所示，本实用新型的一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，包括模糊控制器、数据采集装置、触摸显示屏12、上位机13和远程控制计算机14，所述数据采集装置、触摸显示屏12和上位机13分别与模糊控制器连接，所述模糊控制器与中央空调系统的执行机构装置连接，所述远程控制计算机14与模糊控制器连接；

所述数据采集装置包括温度传感器15、湿度传感器16、压力传感器17和冷热量表18；

所述中央空调系统的执行机构装置包括冷温泵7、冷却泵8、风机9、调节阀10和中央空调系统主机11；

所述模糊控制器包括工艺参数采集滤波处理模块1、协调解析控制模块2、中央空调寻优算法模块3、逻辑信号输出模块4、调节信号输出模块5和反馈信号采集处理模块6；所述协调解析控制模块2分别与工艺参数采集滤波处理模块1、中央空调寻优算法模块3和反馈信号采集处理模块6连接，所述逻辑信号输出模块4和调节信号输出模块5分别与中央空调寻优算法模块3连接；所述工艺参数采集滤波处理模块1与数据采集装置连接，用以实时处理数据采集装置采集的数据信息并发送给协调解析控制模块2；所述反馈信号采集处理模块6与中央空调系统的执行机构装置连接，用于实时采集中央空调系统的温度、压力、流量和开关量信号并发送给所述协调解析控制模块2，所述协调解析控制模块2与触摸显示屏、上位机和远程控制计算机连接，用以接收数据和控制指令，并根据控制指令向中央空调寻优算法模块3发送工作指令并转发接收的数据采集信息，所述中央空调寻优算法模块3根据数据采集信息进行寻优数据处理，并通过逻辑信号输出模块4和调节信号输出模块5向中央空调系统的执行机构装置发送相关操作指令。

图2是本实用新型所述工艺参数采集滤波处理模块的结构框图。如图2所示，所述工艺参数采集滤波处理模块1包括微处理器101、信号调理单元102、数模转换器103、滤波器104和第一CAN通信模块105，所述信号调理单元102与温度传感器15、湿度传感器16、压力传感器17和冷热量表18连接，用以实时采集数据信息，并依此经过数模转换器103和滤波器104对采集的数据信息进行模数转换和滤波后发送给微处理器101，所述微处理器101通过第一CAN通信模块105将处理后的数据信息发送给协调解析控制模块2。

图3是本实用新型所述协调解析控制模块的结构框图。如图3所示，所述协调解析控制模块2包括ARM微处理器201以及分别与ARM微处理器201连接的第一数据存储器202、第一FLASH存储器203、RS485通信模块204、以太网单元205、无线监控模块206和第二CAN通信模块207；所述ARM微处理器201通过SPI总线分别与第一数据存储器202和第一FLASH存储器203连接；所述ARM微处理器201通过RS485通信模块204与远程控制计算机连接；所述ARM微处理器201通过以太网单元205分别与上位机和触摸显示屏12连接；所述ARM微处理器201通过无线监控模块206与无线监控系统连接；所述ARM微处理器201通过第二CAN通信模块207与工艺参数采集滤波处理模块1连接。

图4是本实用新型所述中央空调寻优算法模块的结构框图。如图4所示，所述中央空调寻优算法模块3包括数字信号处理器301以及分别与数字信号处理器301连接的第二数据存储器302、第二FLASH存储器303、第三CAN通信模块304、双口RAM模块305和时钟模块306；所述数字信号处理器301通过SPI总线分别与第二数据存储器302和第二FLASH存储器303连接；所述数字信号处理器301通过双口RAM模块305与协调解析控制模块2连接；所述数字信号处理器301通过第三CAN通信模块304分别与逻辑信号输出模块4和调节信号输出模块5连接；所述时钟模块306通过IIC总线与数字信号处理器301连接。

进一步地，所述逻辑信号输出模块4包括微处理器、信号隔离单元、驱动单元、继电器和并行缓冲器，所述微处理器通过并行缓冲器与中央空调寻优算法模块3连接；所述微处理器22通过信号隔离单元与驱动单元连接，所述驱动单元与中央空调系统的执行机构装置的继电器连接。

进一步地，所述调节信号输出模块5包括微处理器、信号隔离单元、电流输出单元、并行缓冲器，所述微处理器通过并行缓冲器与中央空调寻优算法模块3连接；所述微处理器通过信号隔离单元与电流输出单元连接，所述电流输出单元与中央空调系统的执行机构装置连接。

进一步地，所述反馈信号采集处理模块6包括信号隔离单元、微处理器和CAN通信模块，所述微处理器通过信号隔离单元分别与设置在中央空调系统的执行机构装置上的温度传感器、电压传感器和电流传感器连接，微处理器通过CAN通信模块与协调解析控制模块2连接。

本实用新型的一种中央空调自寻优智能模糊控制方法，用以中央空调自寻优智能模糊控制器装置对中央空调的冷温水系统、冷却水系统、冷却塔风机和主机系统进行全面控制，所述中央空调自寻优智能模糊控制装置通过以太网单元接受远程控制计算机发出的控制指令与数据或通过通信模块接受现场上位机和触摸屏发出的控制指令与数据进行自寻优智能模糊控制工作。所述中央空调自寻优智能模糊控制方法包括工频模式下自寻优智能模糊控制过程和节能模式下自寻优智能模糊控制过程，所述节能模式下自寻优智能模糊控制过程包括舒适度模式下自寻优智能模糊控制过程和自动模式下自寻优智能模糊控制过程；

所述工频模式下自寻优智能模糊控制过程包括以下过程：

采集中央空调系统的冷温水的供、回水温度、压力、流量和冷热量，

采集中央空调系统的冷却水的供、回水温度、压力、流量和冷热量，

采集中央空调系统的中央空调系统主机运行参数、泵的运行状态和能耗信息，中央空调自寻优智能模糊控制器装置对采集的数据信息进行分析处理，并将分析处理结果进行显示，以便进行监视；

所述舒适度模式下自寻优智能模糊控制过程需要进行确认中央空调系统所需的实际负荷、分析驱动系统的输出特性、采集工艺数据和内外环境参数、遗传计算、寻优处理、输出并采集反馈信息并形成历史数据库，最后调整运行工作策略，具体包括以下过程：

1）确认系统所需的实际负荷

将舒适度的感念引入到对中央空调的控制中，选用的三个参数为温度，相对湿度和风速；根据当地的气候条件，利用长期的统计数据总结的经验公式，如式（1）：

$F=1.8t-0.55(1.8t-26)(1-r_h)-3.2\sqrt{v}+32---\left(1\right)$

式中，F为舒适度指数；t为被控房间内温度；rh为被控房间内相对湿度；v为被控房间内风速；

一般舒适环境的F值在51-78之间，最佳舒适度值在60；在影响舒适度的温度、相对湿度和风速三个参数中，最重要的是温度，其次是湿度，最后是风速；一般在室内开启空调时的风速为1m/s-2m/s,取均值1.5m/s，简化后得到式（2）：

F＝1.8t-0.55(1.8t-26)(1-r_h)+28.08  （2）

通过式（2）得出系统控制舒适温度和舒适湿度，再根据建筑物的有效面积和室外温湿度计算出系统的实际负荷量需求；

2）分析驱动系统的运行系统输出特性

在中央空调系统中，驱动系统主要为水泵和风机，中央空调自寻优智能模糊控制器对水泵和风机的驱动能力进行分析，以工艺参数采集模块识别的泵信息和用户输入信息做为基础，用下列式（3）、式（4）和式（5）三个公式为计算依据：

$\frac{Q_1}{Q_0}=\frac{n_1}{n_0}---\left(3\right)$

$\frac{H_1}{H_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^2---\left(4\right)$

$\frac{N_1}{N_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^3---\left(5\right)$

式(3)～式(5)中Q0,H0,n0,N0分别为水泵在额定工况下的流量、扬程、转速、功率,Q1,H1,n1,N1分别为水泵在实际工况下的流量、扬程、转速、功率；

由式(3)～式(5)可得出式（6）：

$\mathrm{\ΔQ}=Q_0[1-(N_1/N_0)]\frac{H_1}{H_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^2={\left(\frac{Q_1}{Q_0}\right)}^2---\left(6\right)$

因此，所有的相似工况点必须满足式（7）:

根据上述的控制方法，实时计算泵的高效率转速区间的工作范围为35HZ～45HZ；

3）采集工艺数据和内外环境参数、遗传计算、寻优处理

由上述步骤1）和步骤2）的计算，得出在维持舒适度情况下的高效率的转速区间，对采集的工艺数据、内外环境参数以及计算得到的需求量进行模糊处理，从而快速得到最优解；

4）输出并采集反馈信息，形成历史数据库，调整运行工作策略

通过上述步骤1）至步骤3）计算得出冷温泵、冷却泵、风机、主机的运行要求频率和运行状态，然后经信号输出单元进行输出到中央空调系统的执行机构装置，并采集中央空调系统的执行机构装置的反馈信息；最后对数据进行压缩存储，形成历史数据库；如果发现信号输出与反馈信息不相符时及时调整工作策略满足运行条件；当选择关机或掉电后，系统自动存储数据；

所述自动模式下自寻优智能模糊控制过程需要进行确认系统所需的实际负荷、分析驱动系统的输出特性、采集工艺数据和内外环境参数、遗传计算、寻优处理、输出并采集反馈信息并形成历史数据库，最后调整运行工作策略，具体包括以下过程：

1）确认系统所需的实际负荷

该模式适用于人员流动比较大的场合，该模式采用分段调节，该模式用户输入人员高峰信息，中央空调自寻优智能模糊控制器进行自动调节；在人员高峰阶段采用舒适度模式，其处理方法如下：

将舒适度的感念引入到对中央空调的控制中，选用的三个参数为温度，相对湿度和风速；根据当地的气候条件，利用长期的统计数据总结的经验公式，如式（1）：

$F=1.8t-0.55(1.8t-26)(1-r_h)-3.2\sqrt{v}+32---\left(1\right)$

式中，F为舒适度指数；t为被控房间内温度；rh为被控房间内相对湿度；v为被控房间内风速；

一般舒适环境的F值在51-78之间，最佳舒适度值在60；在影响舒适度的温度、相对湿度和风速三个参数中，最重要的是温度，其次是湿度，最后是风速；一般在室内开启空调时的风速为1m/s-2m/s,取均值1.5m/s，简化后得到式（2）：

F＝1.8t-0.55(1.8t-26)(1-r_h)+28.08  （2）

通过式（2）得出系统控制舒适温度和舒适湿度，再根据建筑物的有效面积和室外温湿度计算出系统的实际负荷量需求；

当人员未处于高峰时期，采用气象参数决定系统的负荷，定义满负荷量为100%，当制冷季节，温度越高、湿度越低，中央空调所需的负荷较大，反之较小；当制热季节，温度越高、湿度越高，中央空调所需的负荷较小，反之较大；采集的空气质量参数，作为偏差，计算出系统的实际负荷量需求；

2）分析驱动系统的运行系统输出特性

在中央空调系统中，驱动系统主要为水泵和风机，中央空调自寻优智能模糊控制器对水泵和风机的驱动能力进行分析，以工艺参数采集模块识别的泵信息和用户输入信息做为基础，用下列式（3）、式（4）和式（5）三个公式为计算依据：

$\frac{Q_1}{Q_0}=\frac{n_1}{n_0}---\left(3\right)$

$\frac{H_1}{H_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^2---\left(4\right)$

$\frac{N_1}{N_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^3---\left(5\right)$

式(3)～式(5)中Q0,H0,n0,N0分别为水泵在额定工况下的流量、扬程、转速、功率,Q1,H1,n1,N1分别为水泵在实际工况下的流量、扬程、转速、功率；

由式(3)～式(5)可得出式（6）：

$\mathrm{\ΔQ}=Q_0[1-(N_1/N_0)]\frac{H_1}{H_0}={\left(\frac{n_1}{n_0}\right)}^2={\left(\frac{Q_1}{Q_0}\right)}^2---\left(6\right)$

因此，所有的相似工况点必须满足式（7）:

根据上述的控制方法，实时计算泵的高效率转速区间的工作范围为35HZ～45HZ；

3）采集工艺数据和内外环境参数、遗传计算、寻优处理

由上述步骤1）和步骤2）的计算，得出在维持舒适度情况下的高效率的转速区间，对采集的工艺数据、内外环境参数以及计算得到的需求量进行模糊处理，从而快速得到最优解；

4）输出并采集反馈信息、形成历史数据库、调整运行的工作策略

通过上述步骤1）至步骤3）计算得出冷温泵、冷却泵、风机、主机的运行要求频率和运行状态，然后经信号输出单元进行输出到中央空调系统的执行机构装置，并采集中央空调系统的执行机构装置的反馈信息；最后对数据进行压缩存储，形成历史数据库；如果发现信号输出与反馈信息不相符时及时调整工作策略满足运行条件；当选择关机或掉电后，系统自动存储数据。

上述控制方法中，所述寻优处理过程包括对冷温水系统采用自寻优能效跟踪控制过程、冷却水系统和风机系统采用最佳转换效率控制过程和对主机采用能效跟踪控制过程，

所述对冷温水系统采用自寻优能效跟踪控制过程如下：当环境温度、中央空调末端负荷发生变化时，各路冷温水的供、回水温度、温差和流量亦随之变化，流量计、压差传感器和温度传感器将检测到的这些参数送至中央空调自寻优智能模糊控制装置，中央空调自寻优智能模糊控制装置依据所采集的实时数据、历史运行数据、实时计算出空调负荷所需的制冷量以及各路冷温水供、回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在自寻优智能模糊控制器给出的最优值；

所述对冷却水系统和风机系统采用最佳转换效率控制过程如下：当环境温度、空调末端负荷发生变化时，中央空调主机的负荷率将随之变化，主机冷凝器的最佳热转换温度也随之变化；自寻优智能模糊控制装置依据所采集的冷却水的供、回水温度、温差和流量及历史运行数据，计算出主机冷凝器的最佳热转换温度及冷却水最佳出、入口温度，并以此调节冷却水泵和冷却塔风机变频器的输出频率，控制冷却水泵和冷却塔风机转速，动态调节冷却水的流量和冷却塔风机的风量，使冷却水的进、出口温度逼近模糊控制器给出的最优值；

所述对主机能效跟踪控制过程如下：对中央空调主机运行环境系统全面采集中央空调的各种工艺数据和内外环境参数参数，利用能效跟踪控制，对这些相互关联、相互影响的主机运行进行动态优化控制，以满足中央空调系统非线性和时变性的要求，使空调主机始终运行在最佳工况，以保持最高的能效效率，从而减少主机的能耗；所述工艺数据和内外环境参数参数包括环境温度、湿度、空气质量，冷温水的供、回水温度、压力、流量、冷热量，冷却水的供回水温度、压力、流量、冷热量，主机运行参数。

图5是本实用新型一种中央空调自寻优智能模糊控制方法的流程图。如图5所示，本实用新型的一种中央空调自寻优智能模糊控制方法流程如下：

开始运行，初始化数据，根据输入信号判断节能选择，如果否，则进入手动模式，手动控制启动，然后采集工况参数，再采集环境参数，最后控制输出；

如果节能选择“是”，则计算系统需要的负荷，根据工况参数判断是否正确，如果不正确，则重新计算工况参数，如果正确，则进行遗传计算，判断控制模式，如果是自动模式，则根据遗传计算结果，判断是否符合舒适度模糊控制，如果是，则控制输出；如果否，则重新进入计算系统需要负荷，进入循环。

如果选择舒适度模式，则根据遗传计算结果，判断是否符合舒适度模糊控制，如果是，则控制输出，如果否，则重新进入计算系统需要负荷，进入循环。

控制输出后，并保存参数，再重新进入节能选择，进入循环。

图6是本实用新型所述寻优处理的流程图。如图6所示，本实用新型所述寻优处理的流程如下：流程开始，然后输入当前空调负荷、初始量变化范围及精度，再输入种群数、交叉率、变异率、γ和最大遗传代，通过对参数进行二进制编码，得到种群信息，然后解码，对适应度计算，判断是否达到遗传代数gmax，如果否，则基于BEGA的种群进化，得到一个新种群，再重新解码。如果是，则输出当前最佳个体及对应的系统运行状态，最后结束。

图7是本实用新型所述采集工艺参数的流程示意图。如图7所示，本实用新型所述采集工艺参数的流程如下：

所述工艺参数包括冷温水出水工况参数（温度、压力、流量等）、冷温水回水工况参数（温度、压力、流量等）、冷却水出水工况参数（温度、压力、流量等）、冷却水回水工况参数（温度、压力、流量等）、外环境参数（温度、压力、湿度、空气质量等）、内环境参数（温度、压力、湿度、空气质量等）、用户参数输入、模糊专家控制库、其他相关参数、主机工况信息。中央空调节能智能控制器通过计算这些现场采集的工艺参数，控制冷温水控制子系统、冷却水控制子系统、冷却风机控制子系统、空调主机等。

图8是本实用新型所述冷温水的模糊控制流程示意图。如图8所示，本实用新型所述冷温水的模糊控制流程为：根据设定输入的数据，以及系统反馈的温度返回值、电参数采集值、工艺参数采集值，调节控制器，发送指令给执行器，执行器控制多个循环泵，空调主机根据循环泵的运行参数进行调节；空调主机、蒸发器和用户组成一个空调系统；所述蒸发器进出水温度经过温度反馈系统，反馈到控制器；电参数采集器采集循环泵的电参数，反馈到控制器；工艺参数采集器采集空调系统的温度、压力等参数，反馈到控制器。

本实用新型通过采集中央空调系统各控制点工艺参数和室内外环境参数，根据系统实际负荷量和末端冷热源需要，实时跟踪控制末端和循环系统运行效率，优化调整主机的运行周期，对系统各个环节实现运行能效的全面控制，使系统始终保持在高能效比的工况下运行。同时，本实用新型把中央空调系统的工艺数据、能耗数据及设备运行数据进行汇总，形成智能控制库，通过中央空调自寻优智能模糊控制器进行分析、运算等技术处理，产生新的控制策略，实现在线升级控制算法，节能潜力挖掘，优化系统能耗，简化操作，以此调整系统各设备的运行效率，达到高效节能、智能控制的目的。

该中央空调自寻优智能模糊控制装置具备采集能耗统计功能，用户可随时计算年平均节电率，用户可以对照数据记录存储的节电率和电能表记录的节电率进行对照比较，以保证节电率检测的科学性和实用性，综合分析后采用中央空调自寻优智能模糊控制器后空调系统平均节电率在25%～45%，节电效果明显，对用户受益较大，适于大力推广应用。

Claims (8)

1.一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，包括模糊控制器、数据采集装置、触摸显示屏（12）和上位机（13），所述数据采集装置、触摸显示屏（12）和上位机（13）分别与模糊控制器连接，所述模糊控制器与中央空调系统的执行机构装置连接，其特征是，还包括远程控制计算机（14），所述远程控制计算机（14）与模糊控制器连接；所述数据采集装置包括温度传感器(15)、湿度传感器(16)、压力传感器(17)和冷热量表(18)；所述中央空调系统的执行机构装置包括冷温泵(7)、冷却泵(8)、风机(9)、调节阀(10)和中央空调系统主机(11)。

2.如权利要求1所述的一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，其特征是，所述模糊控制器包括工艺参数采集滤波处理模块(1)、协调解析控制模块(2)、中央空调寻优算法模块(3)、逻辑信号输出模块(4)、调节信号输出模块(5)和反馈信号采集处理模块(6)；所述协调解析控制模块(2)分别与工艺参数采集滤波处理模块(1)、中央空调寻优算法模块(3)和反馈信号采集处理模块(6)连接，所述逻辑信号输出模块(4)和调节信号输出模块(5)分别与中央空调寻优算法模块(3)连接；所述工艺参数采集滤波处理模块(1)与数据采集装置连接，用以实时处理数据采集装置采集的数据信息并发送给协调解析控制模块(2)；所述反馈信号采集处理模块(6)与中央空调系统的执行机构装置连接，用于实时采集中央空调系统的温度、压力、流量和开关量信号并发送给所述协调解析控制模块(2)，所述协调解析控制模块(2)与触摸显示屏、上位机和远程控制计算机连接，用以接收数据和控制指令，并根据控制指令向中央空调寻优算法模块(3)发送工作指令并转发接收的数据采集信息，所述中央空调寻优算法模块(3)根据数据采集信息进行寻优数据处理，并通过逻辑信号输出模块(4)和调节信号输出模块(5)向中央空调系统的执行机构装置发送相关操作指令。

3.如权利要求2所述的一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，其特征是，所述的工艺参数采集滤波处理模块(1)包括微处理器(101)、信号调理单元(102)、数模转换器(103)、滤波器(104)和第一CAN通信模块(105)，所述信号调理单元(102)与温度传感器(15)、湿度传感器(16)、压力传感器(17)和冷热量表(18)连接，用以实时采集数据信息，并依此经过数模转换器(103)和滤波器(104)对采集的数据信息进行模数转换和滤波后发送给微处理器(101)，所述微处理器(101)通过第一CAN通信模块(105)将处理后的数据信息发送给协调解析控制模块(2)。

4.如权利要求2所述的一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，其特征是，所述协调解析控制模块(2)包括ARM微处理器(201)以及分别与ARM微处理器(201)连接的第一数据存储器(202)、第一FLASH存储器(203)、RS485通信模块(204)、以太网单元(205)、无线监控模块(206)和第二CAN通信模块(207)；所述ARM微处理器(201)通过SPI总线分别与第一数据存储器(202)和第一FLASH存储器(203)连接；所述ARM微处理器(201)通过通信模块(204)与远程控制计算机连接；所述ARM微处理器(201)通过以太网单元(205)分别与上位机和触摸显示屏（12）连接；所述ARM微处理器(201)通过无线监控模块(206)与无线监控系统连接；所述ARM微处理器(201)通过第二CAN通信模块(207)与工艺参数采集滤波处理模块(1)连接。

5.如权利要求2所述的一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，其特征是，所述中央空调寻优算法模块(3)包括数字信号处理器(301)以及分别与数字信号处理器(301)连接的第二数据存储器(302)、第二FLASH存储器(303)、第三CAN通信模块(304)、双口RAM模块(305)和时钟模块(306)；所述数字信号处理器(301)通过SPI总线分别与第二数据存储器(302)和第二FLASH存储器(303)连接；所述数字信号处理器(301)通过双口RAM模块(305)与协调解析控制模块(2)连接；所述数字信号处理器(301)通过第三CAN通信模块(304)分别与逻辑信号输出模块(4)和调节信号输出模块(5)连接；所述时钟模块(306)通过IIC总线与数字信号处理器(301)连接。

6.如权利要求2所述的一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，其特征是，所述逻辑信号输出模块(4)包括微处理器、信号隔离单元、驱动单元、继电器和并行缓冲器，所述微处理器通过并行缓冲器与中央空调寻优算法模块(3)连接；所述微处理器(22)通过信号隔离单元与驱动单元连接，所述驱动单元与中央空调系统的执行机构装置的继电器连接。

7.如权利要求2所述的一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，其特征是，所述调节信号输出模块(5)包括微处理器、信号隔离单元、电流输出单元、并行缓冲器，所述微处理器通过并行缓冲器与中央空调寻优算法模块(3)连接；所述微处理器通过信号隔离单元与电流输出单元连接，所述电流输出单元与中央空调系统的执行机构装置连接。

8.如权利要求2所述的一种中央空调自寻优智能模糊控制装置，其特征是，所述反馈信号采集处理模块(6)包括信号隔离单元、微处理器和CAN通信模块，所述微处理器通过信号隔离单元分别与设置在中央空调系统的执行机构装置上的温度传感器、电压传感器和电流传感器连接，微处理器通过CAN通信模块与协调解析控制模块(2)连接。

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