CN203024341U - 一种自校正变参量风机盘管温控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种自校正变参量风机盘管温控装置，包括盘管风机回路、盘管水阀回路、控制面板和控制器，控制面板中设有温度设定电路、显示电路，所述温度设定电路、显示电路的输入/输出端口直接或通过RS485通讯接口与控制器的I/O端口连接，盘管风机回路设置直流无刷风机和回风温度传感器，直流无刷风机的控制输入端通过串行接口与控制器的控制输出端之一连接，回风温度传感器的信号输出端与控制器信号输入端之一连接；盘管水阀回路设置浮点阀，该浮点阀的控制输入端与控制器输出端之二连接。该温控装置提高了对风机盘管控制的精确度，并具有良好的稳定性，实现了对分机盘管的智能化调控管理并且节约了能源。

Description

一种自校正变参量风机盘管温控装置

技术领域

本实用新型涉及一种风机盘管温控装置，具体涉及一种自校正变参量风机盘管温控装置。

背景技术

随着城市经济的不断发展，人们对生活品质的追求越来越高，在一些宾馆、写字楼、办公楼、医院、公寓以及一些娱乐场所等各种高低层建筑中都使用了中央空调。空调系统末端设有风机盘管设备，而该设备对于整个空调系统的能源消耗有一定的影响，控制好该设备对于节约能源也具有一定积极的意义。根据对现在建筑空调系统末端设备的使用情况的调查结果显示，当前应用的中央空调风机盘管的控制器大多数是通过水侧的控制和风侧的控制两个途径实现对风机盘管的控制，即采用简单的二通阀或通断电磁阀和三档风速调节方式，且两者分别单独控制。对于传统的风机盘管的水阀控制，主要以二通阀和电磁阀为主，只有开、关两种状态调节，无法实现对冷、热媒介质流量的自动调节，且在工程运用中存在着的使用稳定性、开闭运行产生的噪声与水击噪声等缺点；对盘管风机的控制，只有高、中、低三档风速调节，来实现对目标区域环境温度的调节。然而由于控制区域内热惯性很大，对风机盘管的水阀通断控制和盘管风机的三档风速调节控制就会造成较大的温度波动。

在系统管理节能方面，由于缺乏完善、有效的管理控制手段，公共建筑室内温度设置不合理、室内无人或门窗长期打开时仍然保持空调运行等现象十分普遍；室内环境参数由用户自行手工设定，风速由手动选择，即风机盘管的运行控制完全取决于用户的手工操作。由于中央空调系统末端风机盘管基本是独立运行，现有的盘管风机不具备信息传输功能，因此导致系统缺乏相应的有效信息，使得控制系统只能通过简单的关断控制方式控制风机盘管的运行，不能进行有效的智能控制与管理。

另外，现有技术的温控器只是简单地控制盘管风机三档风速和水阀的开、关状态，不能根据实际参数的变化自动调节，易造成室内温度在控制目标温度不稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自校正变参量风机盘管温控装置，该装置能根据实际参数的变换自动调节温度，实现智能化控制与管理。

本实用新型的目的可以通过如下技术方案实现：

一种自校正变参量风机盘管温控装置，包括盘管风机回路、盘管水阀回路、控制面板和控制器，其结构特点是：控制面板中设有温度设定电路、显示电路，所述温度设定电路、显示电路的输入/输出端口直接或通过RS485通讯接口与控制器的I/O端口连接，盘管风机回路设置直流无刷风机和回风温度传感器，直流无刷风机的控制输入端通过串行接口与控制器的控制输出端之一连接，回风温度传感器的信号输出端与控制器信号输入端之一连接；盘管水阀回路设置浮点阀，该浮点阀的控制输入端与控制器输出端之二连接；温控器中设有温度输入模块、数据处理及温度校正模块和输出及控制模块，温度输入模块接收温度设定电路的输出信号和回风温度传感器的信号，数据处理及温度校正模块通过检测回风温度与设定温度的温差设定温度变化、控制回风温度与设定温度的温差，输出及控制模块输出信号同步控制直流无刷风机和浮点阀。

本实用新型控制器通过RS485总线（或CAN总线，或Modem总线）将主要参数上传到网络控制器（或集中管理器或直接到网络服务器），该温控器的主要参数包括控制参数（风量PID控制参数），状态参数（盘管状态、温控制开闭状态、水阀开/关状态、窗门磁信号状态、红外双元线或红外微波双鉴探测器检测状态信号），设定温度参数，实现信息共享与联动控制。

本实用新型的目的还可以通过如下技术方案实现：

本实用新型的一种技术改进方案是：盘管风机回路中还设置红外探测器，该红外探测器的信号输出端与控制器信号输入端之三连接，该红外探测器的探测头对准室内空间；该红外探测器由双元传感器或红外微波双鉴探测器构成。

当红外双元传感器或红外微波双鉴探测器检测风机盘管所属区域无人状态时，可以即时或延时（时间可调、可以远程设定）断开风机盘管的电源。

本实用新型的一种技术改进方案是：盘管风机回路中还设置门、窗磁传感器，门、窗磁传感器信号输出端与控制器信号输入端之四连接。

当检测到开门或开窗状态信号，可以即时或延时（时间可调并可远程设定，每次时间可以不同）断开风机盘管的电源。

本实用新型的一种技术改进方案是：数据处理及温度校正模块中设有PID自校正单元，该PID自校正单元设定温度和回风温度传感器检测的温度变化，自动调节控制参数，即自校正比例、积分参数，将输入的温度信号数据进行相应PID运算处理后将运算结果作为控制信号发送给直流无刷风机；浮点阀同时与直流无刷风机进行同步自动控制。

如果检测回风温度处于设定的温度范围内，关闭盘管水阀，否则保持盘管水阀开启状态。

本实用新型的一种技术改进方案是：所述回风温度传感器为PT100热敏电阻传感器。使温度传感器的测量数据准确、稳定性好、性能可靠。

本实用新型的一种技术改进方案是：所述串行接口为UART串行接口，由UART串行接口、光电耦合器Ud1～Ud4和电阻Rd1～Rd4构成光耦隔离输入电路。

本实用新型的一种技术改进方案是：所述控制面板包括显示板、操作按钮接口和对外连接接口。

本实用新型的一种技术改进方案是：所述控制器采用STC12C5A60S2系列单片机。该单片机具有高速、低功耗、超强抗干扰性。

本实用新型的一种技术改进方案是：所述控制器中设置电源，该电源上设有降压型稳压器。通过降压型稳压器实现掉电保护。

本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型通过回风温度传感器采集回风温度信号，其原理是利用Pt阻值与温度变化的线性关系，传感器将检查到的信号输入控制器模拟量数量端口，设定温度通过控制面板输入控制器中，控制器将输入的温度信号数据进行相应PID运算处理后，再将运算结果作为控制信号发送给直流无刷风机和浮点阀执行机构，使其进行同步动作。通过自校正比例积分四点中心差分PID控制算法对直流无刷风机和浮点阀进行同步控制后，不仅超调量最小，而且稳定时间也较快，使得室内温度较快地到达目标值，达到稳定状态，避免在目标温度值上下浮动，产生振荡；同时也不再像传统风机盘管对风机的控制和盘管水阀的控制单独分开控制，控制效果较好。

2、本实用新型提高了对风机盘管控制的精确度，并具有良好的稳定性，实现了自动或手动调节风量，自动控制直流无刷电机及水阀的通/断，并且节约了能源。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型连接控制器与控制面板的RS485通讯接口的电路原理图。

图3为本实用新型连接控制器与网络控制器的RS485通讯接口的电路原理图。

图4为本实用新型耦隔离输入的电路原理图。

图5为本实用新型连接控制器与直流无刷风机的UART串行接口的电路原理图。

图6为本实用新型回风温度传感器的电路原理图。

图7为本实用新型浮点阀的控制电路原理图。

图8为本实用新型电源及控制器的电路原理图。

图9为本实用新型控制面板的电路原理图。

图10为本实用新型温控器的流程图。

具体设施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

具体实施例1：

参照图1-图10，本实施例包括盘管风机回路、盘管水阀回路、控制面板52和控制器51，控制面板52中设有温度设定电路、显示电路，所述温度设定电路、显示电路的输入/输出端口直接或通过RS485通讯接口与控制器51的I/O端口连接，盘管风机回路设置直流无刷风机53和回风温度传感器54，直流无刷风机53的控制输入端通过串行接口与控制器51的控制输出端之一连接，回风温度传感器54的信号输出端与控制器51信号输入端之一连接；盘管水阀回路设置浮点阀56，该浮点阀56的控制输入端与控制器51输出端之二连接；温控器中设有温度输入模块、数据处理及温度校正模块和输出及控制模块，温度输入模块接收温度设定电路的输出信号和回风温度传感器的信号，数据处理及温度校正模块通过检测回风温度与设定温度的温差设定温度变化、控制回风温度与设定温度的温差，输出及控制模块输出信号同步控制直流无刷风机53和浮点阀56。

盘管风机回路中还设置红外探测器55，该红外探测器55的信号输出端与控制器51信号输入端之三连接，该红外探测器55的探测头对准室内空间；该红外探测器55由双元传感器或红外微波双鉴探测器构成。盘管风机回路中还设置门、窗磁传感器57，门、窗磁传感器57信号输出端与控制器51信号输入端之四连接。数据处理及温度校正模块中设有PID自校正单元，该PID自校正单元设定温度和回风温度传感器检测的温度变化，自动调节控制参数，即自校正比例、积分参数，将输入的温度信号数据进行相应PID运算处理后将运算结果作为控制信号发送给直流无刷风机；浮点阀56同时与直流无刷风机进行同步自动控制。

温控器通过RS485总线（或CAN总线，或Modem总线）将主要参数上传到网络控制器（或集中管理器或直接到网络服务器），该温控器的主要参数包括控制参数（风量PID控制参数），状态参数（盘管状态、温控制开闭状态、水阀开/关状态、窗门磁信号状态、红外双元线或红外微波双鉴探测器检测状态信号），设定温度参数，实现信息共享与联动控制。

所述回风温度传感器54为PT100热敏电阻传感器。所述串行接口为UART串行接口，由UART串行接口、光电耦合器Ud1～Ud4和电阻Rd1～Rd4构成光耦隔离输入电路。所述控制面板52包括显示板、操作按钮接口和对外连接接口。所述控制器51采用STC12C5A60S2系列单片机。所述控制器51中设置电源，该电源上设有降压型稳压器。

参照图2，连接控制面板与控制器的RS485通讯接口的电路原理图，U5单元R和T口直接与控制器中的单片机U1的U2RX和U2TX口相连接，A和B口与控制面板上的操作单元与显示单元数据线连接，用于实现单片机U1与外部操作单元与显示单元之间的信息交换，其中，U5单元为PCA82C250收发器，收发器R管脚功能为接收数据输出，T管脚功能为发送数据输入，A和B管脚功能为高低电平输入/输出；单片机U1为STC12C5A60S2系列单片机，是新一代的8051单片机，U2RX和U2TX口为单片机U1的第二串口数据接收端和第二串口数据发送端。

参照图3，连接控制器与网络控制器的RS485通讯接口的电路原理图，U4单元的R和T口直接与控制器中的单片机U1的U1RX和U1TX口相连接，A和B口与网络服务器数据线连接，用于实现单片机U1与网络服务器之间的信息交换，其中，U4单元为PCA82C250收发器，收发器R管脚功能为接收数据输出，T管脚功能为发送数据输入，A和B管脚功能为高低电平输入/输出；U1RX和U1TX口为单片机U1的第一串口数据接收端和第一串口数据发送端。采用PCA82C250进行单片机U1与外部操作与显示单元之间及网络服务器之间的信息交换，可提升信号的传送距离和抗静电性能，增强通信的可靠性。

参照图4，光耦隔离输入的电路原理图，该单元由光电耦合器Ud1～Ud4和分别串接在光电耦合器Ud1～Ud4输入端的电阻Rd1～Rd4组成，可提供四路开关信号输入。外部开关信号经光电耦合器隔离后的四路信号直接送入单片机U1的P0端口，实现具有开关量特征的信号检测。

参照图5，连接控制器与直流无刷风机的UART串行接口的电路原理图，盘管风机回路采用直流无刷风机，直流无刷风机53的RDX与TDX口直接与单片机U1的UART串口U3RX和U3TX口相连接。在本实施例中在对直流无刷风机的控制时，为了得到更加稳定的控制效果，用光耦合器进行隔离，光耦合器就是将发光二极管和光敏(三极)管封装在一起，发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出，由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离作用。

参照图6，回风温度传感器的电路原理图，回风温度传感器采用PT100热敏电阻传感器，用电桥得到差动值，经差动放大器放大后，与单片机U1的AD1口连接，单片机U1自行带有A/D转换器进行A/D转换处理。为了保证单片机U1的A/D转换的稳定工作，进一步提高A/D转换精度，本实施例中配有专用精密稳压源LM385b。

参照图7，浮点阀的控制电路原理图，两路DO口直接与单片机U1的DO口连接。控制器输出控制电压信号时，水阀通电缓慢开启；当控制器停止输出电压信号时，水阀缓慢关闭。由于控制器的控制信号具有实时灵敏的特点，浮点阀的开启和关闭是缓慢进行的，全开和全关的时间大约在3min左右。本实施例的控制器经PID算法运算处理后输出浮点阀的动作时间比例，浮点阀进行相应控制调节，避免了像传统水阀开、关两种状态调节使得被控房间温度场变化较大的情况。

参照图8，电源及控制器的电路原理图，本实施例的外部输入电源为DC12V，通过降压型稳压器V0(LM7805)产生5V电压，外部输入电源经过R16和Uo1得到的电平状态VBJ用作监测外部输入电源状态，从而实现掉电保护。

本实施例中控制器采用STC12C5A60S2系列单片机是新一代的8051单片机，主要包括中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块，该单片机具有高速、低功耗、超强抗干扰性等特点，内部集成MAX810专用复位电路，两路PWM，八路高速10位A/D转换（250K/S），广泛适用于强干扰场合的电机控制。

参照图9，控制面板的电路原理图，LCD1为液晶显示板，U2液晶显示板驱动芯片，U2带有I/O读入功能与操作按钮连接，U3（LM7805)为降压型稳压器产生5V电压，U4（PAC82C250）为RS485接收芯片，与控制器51的通信数据线连接，U1为操作显示器的主控MCU，通过SPI接口方式与U2通信，从而实现按键读取与显示输出，同时U1也通过U4与控制器51通信，实现数据交换和相互操控。

参照图10，温控器的控制流程图，通过控制面板上的操作按钮设定室内温度，回风温度传感器采集回风温度信号，温度输入模块接收温度设定电路的输出信号和回风温度传感器的信号输出，数据处理及温度校正模块通过检测回风温度与设定温度的温度信号数据进行数据处理，求出两者之间的差值，并进行自校正比例积分四点中心差分PID控制算法运算处理，处理后，输出及控制模块输出风量控制比例和浮点阀控制比例信号，同步控制直流无刷风机和浮点阀。

本实施例采用的自校正比例积分四点中心差分PID算法，经试用表明本实施例超调量最小，稳定时间也最短；比例积分四点中心差分PID算法的超调量较小，但稳定时间比较长；常规PID算法不仅超调量比较大，稳定时间也比较长。由此可见，本实施例采用的自校正比例积分四点中心差分PID算法能很好地解决减小超调和缩短稳定时间的矛盾，应用在对中央空调系统末端设备风机盘管的控制中，不仅可以使得被控房间内温度可以很快地接近目标温度，达到稳定状态，而且不会使被控房间内温度产生波动，控制效果较好。

实用新型所述的温控器的控制方法：

本实用新型通过回风温度传感器采集回风温度信号，其原理是利用Pt阻值与温度变化的线性关系，传感器将检查到的信号输入控制器模拟量数量端口，设定温度通过控制面板输入控制器中，控制器将输入的温度信号数据进行相应PID运算处理后，再将运算结果作为控制信号发送给直流无刷风机和浮点阀执行机构，使其进行同步动作。通过自校正比例积分四点中心差分PID控制算法对直流无刷风机和浮点阀进行同步控制后，不仅超调量最小，而且稳定时间也较快，使得室内温度较快地到达目标值，达到稳定状态，避免在目标温度值上下浮动，产生振荡；同时也不再像传统风机盘管对风机的控制和盘管水阀的控制单独分开控制，控制效果较好。

本实用新型设定的温度可调，且有设定温度及实际温度的显示功能；能自动或手动调节风量，自动控制直流无刷风机及水阀的通/断。

本实用新型所述的直流无刷风机的风量可以无级调速或调速档位五档以上，浮点阀开度大小也可以连续调节。如果设定温度变化，回风温度与设定温度的温差随之变化，PID控制参数也会出现不同变化（自校正比例、积分参数），采用相应算法对直流无刷风机和浮点阀进行同步自动控制，即直流无刷风机风量大小与二通阀阀位大小成同一趋势，即风量最大时阀位全开，风量降低时，阀位开度随之关小，当风量全关时，阀位闭合。

Claims (9)

1.一种自校正变参量风机盘管温控装置，包括盘管风机回路、盘管水阀回路、控制面板（52）和控制器（51），其特征在于：所述控制面板（52）中设有温度设定电路、显示电路，所述温度设定电路、显示电路的输入/输出端口直接或通过RS485通讯接口与控制器（51）的I/O端口连接，所述盘管风机回路设置直流无刷风机（53）和回风温度传感器（54），直流无刷风机（53）的控制输入端通过串行接口与控制器（51）的控制输出端之一连接，回风温度传感器（54）的信号输出端与控制器（51）信号输入端之一连接；所述盘管水阀回路设置浮点阀（56），该浮点阀（56）的控制输入端与控制器（51）输出端之二连接；温控器中设有温度输入模块、数据处理及温度校正模块和输出及控制模块，温度输入模块接收温度设定电路的输出信号和回风温度传感器（54）的信号，数据处理及温度校正模块通过检测回风温度与设定温度的温差设定温度变化、控制回风温度与设定温度的温差，输出及控制模块输出信号同步控制直流无刷风机（53）和浮点阀（56）。

2.根据权利要求1所述的一种自校正变参量风机盘管温控装置，其特征在于：所述盘管风机回路中还设置红外探测器（55），该红外探测器（55）的信号输出端与控制器信号输入端之三连接，该红外探测器（55）的探测头对准室内空间；该红外探测器（55）由双元传感器或红外微波双鉴探测器构成。

3.根据权利要求1所述的一种自校正变参量风机盘管温控装置，其特征在于：所述盘管风机回路中还设置门、窗磁传感器（57），门、窗磁传感器（57）信号输出端与控制器信号输入端之四连接。

4.根据权利要求1所述的一种自校正变参量风机盘管温控装置，其特征在于：所述数据处理及温度校正模块中设有PID自校正单元，该PID自校正单元设定温度和回风温度传感器（53）检测的温度变化，自动调节控制参数，即自校正比例、积分参数，将输入的温度信号数据进行相应PID运算处理后将运算结果作为控制信号发送给直流无刷风机；浮点阀（56）同时与直流无刷风机进行同步自动控制。

5.根据权利要求1所述的一种自校正变参量风机盘管温控装置，其特征在于：所述回风温度传感器（53）为PT100热敏电阻传感器。

6.根据权利要求1所述的一种自校正变参量风机盘管温控装置，其特征在于：所述串行接口为UART串行接口，由UART串行接口、光电耦合器Ud1～Ud4和电阻Rd1～Rd4构成光耦隔离输入电路。

7.根据权利要求1所述的一种自校正变参量风机盘管温控装置，其特征在于：所述控制面板（52）包括显示板、操作按钮接口和对外连接接口。

8.根据权利要求1所述的一种自校正变参量风机盘管温控装置，其特征在于：所述控制器（51）采用STC12C5A60S2系列单片机。

9.根据权利要求1所述的一种自校正变参量风机盘管温控装置，其特征在于：所述控制器（51）中设置电源，该电源上设有降压型稳压器。

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