CN204665579U - 基于plc载波通信的中央空调节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统，其由中心控制系统、电力线载波通讯网络、分区控制系统三大部分组成，中心控制系统和分区控制系统之间通过电力线载波通讯网络连接，中心控制系统包括相互连接的电脑和数据采集器。本实用新型实现中央空调系统的自动控制和智能管理，节省人力和物料成本和系统维护成本。

Description

基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种控制系统，特别是涉及一种基于PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)载波通信的中央空调节能控制系统。

背景技术

随着科技发展和人民生活水平的提高，中央空调已经被广泛应用与工业及民用建筑中。但是中央空调的用电量非常大占各类大型建筑总用电量的30％-60％，传统的中央空调系统设计时一般以当地极端气象条件即以其最大冷(热)负荷的1.1-1.5倍去确定空调负荷，我国绝大多数的中央空调，全年中有70％以上的时间都运行在设计负荷的50％以下，无论季节、昼夜和用户需求怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，导致电能严重浪费。因此业界对中央空调设置相应的中央空调集中控制系统。

目前智能楼宇的中央空调集中控制系统解决方案是以计算机或者嵌入式系统为主机，分别通过各自通讯网络，控制分散在智能楼宇各房间的风机管盘电源或温控器，形成集中控制网络。虽然目前的中央空调集中控制技术适当的提高了中央空调的能效，但由于集中控制设置不当，也会造成大浪的电能浪费，全球都在提倡节能减排，因而中央空调的节能改造势在必行。

传统的中央空调系统的设计时以当地极端气象条件即以其最大冷(热)负荷的1.1-1.5倍去确定空调负荷的，我国绝大多数的中央空调，全年中有70％以上的时间都运行在设计负荷的50％以下，无论季节、昼夜和用户需求怎样变化，各电机都长期固定在工频状态下全速运行，导致电能严重浪费。因此业界对中央空调设置相应的中央空调集中控制系统，目前的这些系统主要是通过优化设定供冷参数，优化控制机组的运行台数和时间、调节冷水输配系统循环流量及其动力已提高机组和输配系统的运行效率，系统的主要是以供回水的温度为判断依据，控制水泵的工作状态。然而现在的这些的控制系统依然不够智能和节能，如室内长时间无人空调系统依然照常运行浪费能源；不能够精确的调节室温和维持室温恒定。传统的中央空调节能控制系统存在管理粗放，反馈滞后，调控不够精细及时，只能做到机房控制和集中监测，管理手段单一，为实现真正意义上的智能化和节能化。

目前的中央空调集中控制系统通讯网络主要包括：RS-485总线、LONGWORK总线、CAN总线和TCP/IP网络等。这些控制系统在安装使用时，都需要铺设大量的专用通讯线，由于中央空调系统的风机盘管、控制阀分布在各个区域和房间，因此这些中央空调系统在建立通讯网络时需要铺设大量的通讯线，施工难度大，施工成本和物料成本很高。另外，在使用过程中通讯网络出现故障时，维护成本和维护难度也很大。这些以RS-485总线、LONGWORK总线、CAN总线和TCP/IP网络为通讯网络基础的中央空调系统在实施过程普遍存在着施工成功高、施工量和难度大、维护麻烦、占用网络资源等缺点，造成了中央空调系统在实际应用中很难大规模推行的现状。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统，其实现中央空调系统的自动控制和智能管理，节省人力和物料成本和系统维护成本。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统，其特征在于，其由中心控制系统、电力线载波通讯网络、分区控制系统三大部分组成，中心控制系统和分区控制系统之间通过电力线载波通讯网络连接，中心控制系统包括相互连接的电脑和数据采集器。

优选地，所述数据采集器由第一单片机、第一电源、网络通信模块、第一载波通信模块组成，第一电源、网络通信模块、第一载波通信模块都与第一单片机连接。

优选地，所述分区控制系统由温控面板、电动阀、风机管盘及其相关控制线构成，电动阀、风机管盘都通过控制线与温控面板连接。

优选地，所述温控面板由第二单片机、第二电源、第二载波通信模块、空调控制器、温度检测器、人体红外感应器、液晶显示器和按键组成，第二电源、第二载波通信模块、空调控制器、温度检测器、人体红外感应器、液晶显示器、按键都与第二单片机连接。

优选地，所述第一载波通信模块或第二载波通信模块由载波芯片电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路、信号输出放大电路、接口电路组成，载波芯片电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路、接口电路都与信号输出放大电路连接，载波芯片电路、接口电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路依次连接，信号耦合电路和信号接收滤波电路共同构成载波接收电路，信号耦合电路和信号输出放大电路公共构成载波发送电路。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型实现中央空调系统的自动控制和智能管理，节省人力和物料成本和系统维护成本。

附图说明

图1为本实用新型基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统的原理框图。

图2为本实用新型中数据采集器的原理框图。

图3为本实用新型中分区控制系统的原理框图。

图4为本实用新型中温控面板的原理框图。

图5为本实用新型中第一载波通信模块或第二载波通信模块的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实用新型基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统由中心控制系统、电力线载波通讯网络、分区控制系统三大部分组成，中心控制系统和分区控制系统之间通过电力线载波通讯网络连接，用户通过这三个系统完成对中央空调的本地、远程控制和智能管理，实现对各分区空调系统的统一或单独的控制和管理，如定时开关控制、室内温度设定及恒温控制、人体感应智能控制等。

中心控制系统包括相互连接的电脑和数据采集器，电脑为用户提供中央空调远程控制平台，电脑通过TCP/IP网络与数据采集器进行通信，向数据采集器下发控制指令；数据采集器以TCP/IP网络作为上行信道与电脑相连，以电力线作为下行信道与各个分区控制系统相连，通过上行信道接收电脑信息，通过下行信道将信息发送至相应分区控制系统，同时通过下行信道接收各分区控制系统发送上来的相关信息，再经上行信道上传至电脑处理。数据采集器以TCP/IP网络作为上行信道与PC机相连，以电力线作为下行信道与各个分区控制系统相连，通过上行信道接收PC机信息，通过下行信道将信息发送至相应分区控制系统，同时通过下行信道接收各分区控制系统发送上来的相关信息，再经上行信道上传至PC机处理。如图2所示，数据采集器由第一单片机、第一电源、网络通信模块、第一载波通信模块组成，第一电源、网络通信模块、第一载波通信模块都与第一单片机连接，第一单片机是数据采集器的主控单元，对网络通讯模块、载波通信模块传输过来的信息进行处理和转换。网络通信模块是数据采集器的上行通信模块，负责从TCP/IP网络接收电脑发出的相关控制信息并发送给第一单片机处理，同时将第一单片机发送过来的采集上报信息反馈给电脑。第一载波通信模块是数据采集器的下行通信模块，负责通过电力线网络将第一单片机的控制信息发送到各分区控制系统，同时从电力线网络接收分区控制系统发出的相关上报信息，并发送给第一单片机处理。

电力线载波通讯网络采用的是建筑物既有的输电供电线路，即电力线组成的网络，为中央控制系统和分区控制系统提供基础通讯网络，中央控制系统的数据采集器和各分区控制系统相关设备都装有载波通信模块，载波通信模块通过电力线完成相关信息的传递和交互。

分区控制系统按区域划分，由若干架构相同的成员组成。各分区控制系统通过电力线载波通讯网络与主控系统进行信息交互，接收并执行主控系统的相关控制命令，并向主控系统反馈温度、人体探测等相关信息。如图3所示，分区控制系统由温控面板、电动阀、风机管盘及其相关控制线构成，电动阀、风机管盘都通过控制线与温控面板连接，通过温控面板接收电力线上的相关控制信息或者用户的按键操作信号，处理判断后经过控制线对电动阀和风机管盘做出相应控制和操作，控制电动阀和风机管盘的打开或者关闭，实现对空调冷热气流量的控制。通过温控面板实时采集室内温度和检测室内人员活动，系统通过电力线网络将信息反馈给主控系统。当检测到室内有人，系统将室内当前温度与设定温度进行比较分析，根据差值自动调控冷热气流量大小，保持室内温度恒定；当检测到室内长时间无人，自动控制电动阀和风机减少或停止对该区域冷或送热气供应，节约能源。

如图4所示，温控面板由第二单片机、第二电源、第二载波通信模块、空调控制器、温度检测器、人体红外感应器、液晶显示器和按键组成，第二电源、第二载波通信模块、空调控制器、温度检测器、人体红外感应器、液晶显示器、按键都与第二单片机连接。温控面板具有室内温度设定、室内温度测量并显示、人体红外感应探测上报、制冷/制热/通风模式选择、手动或自动转换风机速度等功能。温控面板接收电力线上的相关控制信息或者接收用户的按键操作信号，检测采集室内温度和人员状态，通过控制线对电动阀和风机管盘进行相应控制和操作，实现对室内温度的智能控制。第二单片机是数据采集器的主控单元，对各模块采集传输过来的信息进行综合处理和判断，产生对应的控制指令，控制液晶显示器进行图形界面和数据信息的显示，控制空调控制器执行相关控制动作调整冷热气流量，控制第二载波通信模块将相关温度信息、人体活动信息和控制信息发送到电力线中，通过电力线网关将信息上传至中央控制系统。第二电源负责提供整个面板工作需要电能，采用开关电源和DC-DC芯片将交流电源转换为直流电源。第二载波通信模块接收电力线上来自中央控制系统的抄读和控制信号，并将这些信号进行滤波和解调成数字信号后发送给第二单片机，同时将单片机反馈的数字信号调制为模拟信号发送当电力线中。空调控制器接收第二单片机的控制信息，对控制阀和风机管盘进行相应的控制和操作。温度检测器接收第二单片机的相关抄读信息，实时检测室内温度，并将采集的温度信号反馈给第二单片机进行处理。人体红外感应器实时探测室内人员情况，并将探测信息转换为数字信号，实时反馈给第二单片机进行处理和判断。液晶显示器接收第二单片机的相关显示信号，显示室温、制热或制冷、风速或时钟等参数信息和相关图形。按键接收相关按键信号，将接收到的信号专递给第二单片机进行处理。

如图5所示，第一载波通信模块或第二载波通信模块由载波芯片电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路、信号输出放大电路、接口电路组成，载波芯片电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路、接口电路都与信号输出放大电路连接，载波芯片电路、接口电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路依次连接，信号耦合电路和信号接收滤波电路共同构成载波接收电路，信号耦合电路和信号输出放大电路公共构成载波发送电路。载波芯片电路是载波通信模块的主控芯片，是一种专门以电力线介质作为通信信道而设计的电力线载波通信芯片，它将模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU内核及丰富的功能外设完美集于一体。芯片外围电路既是载波芯片能正常工作的基础，也是载波芯片稳定工作的保障。电力线中的信息先通过耦合磁环耦合到电路中，经过带通滤波器滤除带外谐波，最后通过限幅电路传输到载波芯片。载波接收电路确保载波芯片能够正常的接收到电力线中的载波信号。信号耦合电路为弱电和强电之间提供载波信号通路，电路中有高通滤波电路，用于隔离高电压的工频交流电信号，双向TVS管用于消除来自电力线上的高频高强度干扰，从而保护内部电路。信号接收滤波电路中有两阶巴特沃斯带通滤波器，能够有效消除来自电力线上的带外干扰，两只倒置并联结构的二极管，钳位输出电压，防止在输入到载波芯片的电压过高而损坏载波芯片。载波信号经过功率放大器进行放大和滤波，然后再通过耦合磁环发送到电力线中。信号输出放大电路采用的是青岛东软载波专用电力线载波线路驱动放大器(型号为ESPA16)。该电路实现的功能是对载波芯片输出信号进行放大，并由信号耦合电路耦合到电力线上，满足电力线传输的要求。接口电路主要提供载波通信模块的电源接口(+3.3V，+12V)，串口通信接口(PLCRXD，PLCTXD)，载波芯片复位接口(NREST)，交流电火线及交流电零线(L，N)。提供载波通信模块与单片机及载波通信模块与电力线之间的通信接口，便于单片机等控制器通过载波通信模块收发载波通信的信息。

本实用新型将载波通信技术应用在空调控制系统，采用载波通信的方式通过电力线传输控制信号，无需额外增加控制线，省去系统控制线的铺设和布置的麻烦，节省人力和物料成本和系统维护成本。本实用新型解决系统某分区室内长时间无人空调系统依然照常运行浪费能源问题，结合人体感应技术，实现中央空调系统的自动控制和智能管理，当室内无人时系统自动减少或关闭对该分区冷(热)气的输送，有人时实时监测室内温度，并与温度设值只进行比较，对供暖量进行智能调节，保持室内预定温度恒定。用户也可以通过本地温控面板或者中心控制系统对各分区系统温度进行调节，实现真正的按需使用，节能环保，符合当今社会节能减排的要求。用户可以通过本实用新型的系统对中央空调进行方便安全的本地控制或远程控制，达到管理精细，控制合理，及时性高，控制手段多样化，实现技术、管理上的双重节能。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统，其特征在于，其由中心控制系统、电力线载波通讯网络、分区控制系统三大部分组成，中心控制系统和分区控制系统之间通过电力线载波通讯网络连接，中心控制系统包括相互连接的电脑和数据采集器。

2.如权利要求1所述的基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统，其特征在于，所述数据采集器由第一单片机、第一电源、网络通信模块、第一载波通信模块组成，第一电源、网络通信模块、第一载波通信模块都与第一单片机连接。

3.如权利要求2所述的基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统，其特征在于，所述分区控制系统由温控面板、电动阀、风机管盘及其相关控制线构成，电动阀、风机管盘都通过控制线与温控面板连接。

4.如权利要求3所述的基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统，其特征在于，所述温控面板由第二单片机、第二电源、第二载波通信模块、空调控制器、温度检测器、人体红外感应器、液晶显示器和按键组成，第二电源、第二载波通信模块、空调控制器、温度检测器、人体红外感应器、液晶显示器、按键都与第二单片机连接。

5.如权利要求4所述的基于PLC载波通信的中央空调节能控制系统，其特征在于，所述第一载波通信模块或第二载波通信模块由载波芯片电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路、信号输出放大电路、接口电路组成，载波芯片电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路、接口电路都与信号输出放大电路连接，载波芯片电路、接口电路、信号耦合电路、信号接收滤波电路依次连接，信号耦合电路和信号接收滤波电路共同构成载波接收电路，信号耦合电路和信号输出放大电路公共构成载波发送电路。