CN204987362U - 一种中央空调控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种中央空调控制系统，属于空调节能控制技术领域。本实用新型的中央空调控制系统，包括PLC控制系统、执行机构和第一控制系统，第一控制系统包括第一参数采集设备和控制主机，控制主机与PLC控制系统通讯连接，第一参数采集设备与控制主机通讯连接；PLC控制系统上还连接有第二参数采集设备。本实用新型的中央空调控制系统，通过预算中央空调所需的实时总输出功率，PLC控制系统根据预计算的中央空调主机总输出功率执行控制。可以将楼宇室内温度与中央空调预设值的差值在±0.5℃以内，室内温度波动小，空调总输出功率降低、总耗能减少，这种工作模式在空调频繁和大量使用的当今时代，节能效果尤为明显。

Description

一种中央空调控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种中央空调控制系统，属于空调节能控制技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展，建筑能耗在整个社会总能耗中所占的比例越来越高，达到30%左右，而在整个建筑能耗中，中央空调能耗占了约40%～50%，因此充分挖掘中央空调系统的节能空间，不仅可以带来巨大的节能收益，同时也有利于实现当前日益艰巨的节能减排目标，发展绿色工业。

公开号为CN203336772U的中国实用新型专利公开了一种中央空调控制装置，包括第一传感单元，用于采集室内环境参数；第二传感单元，用于采集室外环境参数；控制设置单元，用于采集并输入用户设定的预期环境参数及中央空调控制模式；主控制单元，与上述各单元电连接，用于根据采集到的室内外环境参数和设定的标准参数和/或用户设定的预期环境参数生成中央空调控制指令；子控制单元，与主控制单元电连接没用于根君所述控制指令控制中央空调各个功能系统的运行，获取中央空调各个功能系统的工况并将该工况反馈个主控制单元。

上述中央空调控制装置，对中央空调的各个控制主机的控制方式均是采用滞后控制。即，中央空调根据将检测的环境参数，以及设定的标准参数和/或用户设定的预期环境参数进行对比，然后自动生成中央空调控制指令：当检测到室内实际温湿度参数高于预设值时，中央空调自动调节制冷输出量，对室内温度进行降温，同时调节室内湿度，使其达到预设值；当检测到室内实际温湿度参数低于预设值时，中央空调自动调节制冷输出量，停止对室内温度进行降温，使室内温湿度参数值趋于预设值。上述室内温湿度调节方式是现有空调的一般调节模式，这种模式存在以下缺陷：空调调节室内温度的方式是，当检测到室内温度高于或低于设定值时，再调节空调的输出功率，进而调节室内温度。这样的调节方式会导致空调制冷输出量相对室内产热量存在一个滞后关系，进而出现室内的温差出现在±2℃左右，这样不仅会降低室内舒适度，而且更重要的是会增加中央空调主机及其水泵的能耗，不仅增加制冷成本，而且不利于目前提倡的环保趋势。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在的中央空调滞后控制增加能耗的上述问题，提供一种具有与室内产热同步控制功能的中央空调控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种中央空调控制系统，包括PLC控制系统和执行机构，所述PLC控制系统连接所述执行机构并通过所述执行机构调整中央空调空调用户侧和系统侧的工作参数，所述中央空调控制系统还包括第一控制系统，所述第一控制系统包括第一参数采集设备和控制主机，所述控制主机与所述PLC控制系统通讯连接；所述第一参数采集设备与所述控制主机通讯连接，并用于采集影响中央空调工作楼层室内温度变化的参数；所述PLC控制系统上还连接有第二参数采集设备，所述第二参数采集设备用于采集所述中央空调用户侧和系统侧的工况参数。本实用新型的中央空调控制系统，在PLC控制系统上层设置所述第一控制系统，所述第一参数采集设备采集影响中央空调工作的室内温度升高的参数并将采集的参数传送给所述控制主机，控制主机根据产热公式对所述第一参数设备采集的参数进行计算得出当前室内的产热量；与此同时所述第二参数采集设备实时采集中央空调运行的工况参数并将采集的工况参数信息通过PLC控制系统传送给所述控制主机，控制主机根据中央空调的输出功率公式计算出当前中央空调的实际输出功率。所述控制主机通过对所述第一参数采集设备和所述第二参数采集设备采集的参数进行运算最后得出中央空调实际所需的总输出功率变化值△P，并把运算得出的结果传送给所述PLC控制系统。所述PLC控制系统根据所述控制主机传送的中央空调总输出功率变化值△P对执行机构发出控制命令，所述执行机构执行所述PLC控制系统的操作命令并调节中央空调用户侧和系统才的进、回水流量。本实用新型的中央空调控制系统，通过实时采集当前影响室内温度变化的参数并计算当前室内的产热量，同时采集当前中央空调的实时输出功率，计算出当前产热量与中央空调的输出功率差值。可以在室内温度变化之前对中央空调进行预控制，这样可以将楼宇室内温度与中央空调预设值的差值控制在±0.5℃以内，室内温度波动小，中央空调的总输出功率降低、总耗能减少，特别是可以减少因室内温度相对空调预设值偏高而导致中央空调主机和水泵台数增加的空调主机和水泵能耗。这种工作模式在空调频繁和大量使用的当今时代（如背景技术中提到的调查显示，建筑能耗在整个社会总能耗中所占的比例越来越高，达到30%左右，而在整个建筑能耗中，中央空调能耗占了约40%～50%），节能效果尤为明显。

作为本实用新型的优选方案，所述第一参数采集设备包括室内温湿度传感器和室外温湿度传感器。室内外温度差是导致中央空调工作的室内温度发生变化的主要因素。在中央空调控制系统中预先录入中央空调工作建筑物的整体传热系数和传热面积，然后根据传热公式和采集的中央空调工作室内外温度即可计算出建筑物的散热效率，进而计算出中央空调所需的总输出功率。上述结构的中央空调系统结构简单，装置生产成本低且能减少控制主机的计算量。

作为本实用新型的优选方案，所述第一参数采集设备还包括太阳辐射计。通过太阳辐射计测量当前太阳的辐射值，根据太阳辐射传热公式和可以计算出建筑物单位时间类接收太阳的辐射热量，减少太阳辐射热量而引起的建筑物室内外温度上升因素，减少采集数据误差，进一步提高控制主机的计算准确度，进而减少中央空调工作的能耗。

作为本实用新型的优选方案，所述第一参数采集设备还包括电能表，所述电能表包括楼宇总电能耗电表、电能转机械能能耗电表、照明电能能耗电表以及中央空调能耗电表。总电能耗电表用于计量楼宇内的总电能消耗，电能转机械能能耗电表用于测量楼宇内机械能耗能，照明电能能耗电表用于测量楼宇内照明耗能，中央空调能耗电表用于测量楼宇内中央空调的能耗。上述电能表，每种电能表将测量的电能使用参数传送个控制主机，通过总电能能耗值减去照明能耗、机械能耗以及中央空调能耗值即可得到建筑楼宇内的产热电能，然后根据电能产热公式即可计算出因电能而产生的热量。考虑到电能产热，可以进一步减少采集数据误差，提高控制主机的计算准确度，进而减少中央空调工作的能耗。

作为本实用新型的优选方案，所述第一参数采集设备还包括人体数量检测仪人体数量检测仪安装在建筑物进出口处，实时采集楼宇内的进出人数并将采集结果传送给所述控制主机。控制主机通过采集参数计算楼宇内的的存在人数并将其通过人体发热公式转换为人体散热量。将人体散热量进行采集并参与计算，可以进一步减少采集数据误差，提高控制主机的计算准确度，进而减少中央空调工作的能耗。

作为本实用新型的优选方案，所述室内温湿度传感器包括2个及以上并分散在楼宇的不同位置。由于室内各个位置存在温湿度差异，安装多个室内温度传感器并将其分布安装在不同部位置采集参数可以减少室内温湿度区域性误差，提高系统控制参数的准确率。

作为本实用新型的优选方案，所述室外温湿度传感器包括1个，安装在楼层外部。由于室外温湿度几乎无区域性差异，故安装一个室内温湿度传感器即可，这样可以控制系统节省成本。

作为本实用新型的优选方案，所述第二参数采集设备包括第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第二流量传感器；所述第一温度传感器和所述第一流量传感器安装在中央空调用户侧进水管汇合处，所述第二温度传感器安装在中央空调用户侧回水管汇合处；所述第三温度传感器和所述第二流量传感器安装在中央空调系统侧进水管汇合处，所述第四温度传感器安装在中央空调系统侧回水管汇合处。说明，用户侧进水管为用户侧空调制冷机的进水管道，用户侧回水管为用户侧空调制冷机出水管道。系统侧进水管为系统侧冷却水塔的进水管道，系统侧回水管为系统侧冷却水塔的出水管道。考虑到中央空调的整体控制方式，第二参数采集设备采集仅分别采集中央空调用户侧和系统侧的总进水温度、流量和总回水温度即可，在保证计算准确性的条件下，既简化了装置结构，又减少了控制主机的计算量。

作为本实用新型的优选方案，所述第二参数采集设备还包括第一压力传感器和第二压力传感器；所述第一压力传感器安装在中央空调用户侧进水管汇合处，所述第二压力传感器安装在中央空调系统侧进水管汇合处。实时采集中央空调的进回水管压力，可以对进回水管内压力进行实时监控，既保证中央空调的正常运转，又能避免水管压力过高引起事故，提高装置的工作安全性。

作为本实用新型的优选方案，所述中央空调控制系统还包括服务器，所述服务器与所述控制主机连接；所述服务器内设有历史数据查询模块，所述历史数据查询模块用于记录中央空调的历史工况参数。将控制主机与服务器连接，并将第一参数采集设备和第二参数采集设备的事实检测数据传送给服务器，服务器记录中央空调的历史工作参数，可以为在后工作环境提供参考依据，减少工作误差，提高控制主机的计算准确性，进而减少中央空调工作的能耗。

作为本实用新型的优选方案，所述执行机构为变频器，所述变频器分别与所述中央空调用户侧的第一水泵和系统侧的第二水泵连接且每个变频器连接一个水泵。每个水泵实现单个变频器单独控制可以简化PLC控制程序，同时提高执行机构的效率。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的中央空调控制系统，通过实时采集当前影响室内温度变化的参数并计算当前室内的产热量，同时采集当前中央空调的实时输出功率，计算出当前产热量与中央空调的输出功率差值。可以在室内温度变化之前对中央空调进行预控制，这样可以将楼宇室内温度与中央空调预设值的差值控制在±0.5℃以内，室内温度波动小，中央空调的总输出功率降低、总耗能减少，特别是可以减少因室内温度相对空调预设值偏高而导致中央空调主机和水泵台数增加的空调主机和水泵能耗。这种工作模式在空调频繁和大量使用的当今时代，节能效果尤为明显。

2、本实用新型的中央空调控制系统，将控制主机与服务器连接，并将第一参数采集设备和第二参数采集设备的事实检测数据传送给服务器，服务器记录中央空调的历史工作参数，可以为在后工作环境提供参考依据，减少工作误差，提高控制主机的计算准确性。

附图说明

图1是本实用新型的中央空调控制系统连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种空调控制系统，包括服务器、第一控制系统和第二控制系统，服务器与第一控制系统通讯连接，第一控制系统和第二控制系统通过MBUS通讯连接，第二控制系统与空调主机通讯连接，并用于采集和控制中央空调用户侧和系统侧的制冷输出。

第一控制系统包括第一参数采集设备和控制主机，所述控制主机为一PC算法机，服务器与控制主机通讯连接。所述第一参数采集设备包括室内温湿度传感器、室外温湿度传感器、太阳辐射计、人体数量检测仪和电能表。室内温湿度传感器包括4个，分别通过RS485与控制主机通讯连接。4个室内温湿度传感器分布在楼宇内的不同位置，用于采集楼宇内不同位置的温湿度参数并把采集的温湿度参数传送给控制主机。4个室内温湿度传感器的安装位置根据楼层实际情况设定，旨在平衡室内不同区域的温湿度差异，减少采集数据误差。室外温湿度传感器包括1个，室外温湿度传感器通过RS485与控制主机通讯连接。室外温湿度传感器用于读取室外的温湿度参数并将读取的参数传送给控制主机。太阳辐射计通过USB接口与控制主机通讯连接。太阳辐射计实时读取当前太阳辐射值并把读取的参数值传送给控制主机。通过对楼宇室内外温差和太阳辐射值得数据采集，再通过在控制主机中预设楼层的传热系数和传热面积，控制主机可计算得出因室内外温差和太阳辐射而导致楼层内温度升高的的热量。人体数量检测仪（浙江大[华科技有限公司，智能视频服务器，DH-IVS-C3002]人体数量检测仪）与控制主机通讯连接。人体数量检测仪安装在楼宇的进出口处，用于检测楼宇内存在的人体数量并将检测的楼宇内的人数传送给控制主机。控制主机以楼宇内人体数量为基数，计算出楼宇内因人体散热而导致的楼层内温度升高而热量。电能表包括4个，分别通过RS485与控制主机通讯连接。4个电能表分别为电能转机械能能耗电表1个、中央空调能耗电表1个、照明电能能耗电表1个，以及楼宇总电能耗电表1个。上述电表中，所述电能转机械能能耗电表用于汇总楼宇内所有电能转机械能装置所耗电能，所述照明电能能耗电表用于汇总楼宇内所有照明装置所耗电能，所述中央空调能耗电表用于汇总所有中央空调主机和水泵所用能耗。4个电能表将检测的数据传送给控制主机，控制主机根据传送的数据，通过预置电能转热量公式即可得到楼宇内电能产生的热量。第一控制系统通过对因室内外温差和太阳辐射而导致楼宇内温度升高的热量、楼宇内人体产生的热量和楼宇内电能产生的热量进行统计，进而计算出中央空调所需的总输出量。同时，控制主机还将第一参数设备采集的参数、控制主机的计算量传送给服务器，服务器记录同时按当前时间、工作日等信息记录控制主机的传送数据，用于在后空调预计算数值的参考对比，减少因第一系统出故障而引起的控制失误。

第二控制系统包括PLC控制系统和执行机构，PLC控制系统分别与第一控制系统、空调主机和执行机构通讯连接。空调主机包括多台，客户可以根据实际情况设定，每台空调主机分别与PLC控制系统通讯连接。执行机构为变频器，变频器分别与空调主机用户侧的第一水泵和系统侧的第二水泵电连接，变频器的台数根据空调的实际水泵个数设定，每个水泵连接一台变频器。变频器通过调节水泵转速以调节空调进回水流量。PLC控制系统上还连接有第二参数采集设备，第二参数采集设备包括第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第一压力传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第二流量传感器和第二压力传感器。所述第一温度传感器、第一压力传感器和所述第一流量传感器安装在中央空调用户侧进水管汇合处，分别用于测量中央空调用户侧总进水温度、压力和流量。所述第二温度传感器安装在中央空调用户侧回水管汇合处，用于测量中央空调用户侧总回水温度。所述第三温度传感器、第二压力传感器和所述第二流量传感器安装在中央空调系统侧进水管汇合处，分别用于测量中央空调系统侧总进水温度、压力和流量。所述第四温度传感器安装在中央空调系统侧回水管汇合处，用于测量中央空调系统侧的总回水温度。上述系统中，中央空调主机本身的运行状态，由中央空调主机自身系统保障运行。PLC控制系统不干预中央空调主机正常运行，仅用于检测中央空调用户侧和系统侧的总进水和总回水参数和调节总进水和总回水流量。

PLC控制系统通过第二参数采集设备采集中央空调的工况参数，并将采集的参数反馈给控制主机。控制主机通过计算得出当前中央空调的输出功率。并将当前中央空调输出功率与上述根据第一参数采集设备采集参数计算得出中央空调所需的总输出量对比，及时调整中央空调的输出功率。根据中央空调的输出功率的变化调整中央空调的工作台数和实际输出功率，使中央空调的工作状态到达最节能状态。其中，最节能方式是指：1、以每台空调主机工作的实际输出功率在总额定输出功率的75~80%之间进行工作模式，依次打开空调主机台数，直至打开空调实际总输出功率等于第一控制系统计算的中央空调总输出功率，此处即确定空调主机的实际工作台数；2、根据中央空调的总输出功率和空调主机实际工作台数自动调整每台空调主机的实际输出功率，以空调的实际输出功率接近75%位最佳。当空调的输出功率发生变化时，中央空调中的一台空调主机发生改变以适应当前中央空调的总输出功率，当其中一台空调主机的输出功率不能达到中央空调的总输出功率变化值时，则开始调节第二台中央空调主机的输出功率进行调，一次类推。当中央空调的总输出功率达到确定值时，即进行进行上述“最节能方式2”中的调节。最节能方式为PLC控制系统内部进行计算后，对执行机构变频器发出操作执行指令完成中央空调的控制。第二控制系统工作的同时，PLC控制系统还通过第二参数采集设备采集中央空调的工作参数，包括用户侧和系统侧的总进回水的水温、压力和流量，以及中央空调的实际预设参数，并将采集的参数传送给控制主机，为控制主机计算中央空调的实际输出功率提供数据支撑，自动调整水泵转速，以达到室内温度平衡和保护中央空调主机的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中央空调控制系统，包括PLC控制系统和执行机构，所述PLC控制系统连接所述执行机构并通过所述执行机构调整中央空调空调用户侧和系统侧的工作参数，其特征在于：

所述中央空调控制系统还包括第一控制系统，所述第一控制系统包括第一参数采集设备和控制主机，所述控制主机与所述PLC控制系统通讯连接；所述第一参数采集设备与所述控制主机通讯连接，并用于采集影响中央空调工作楼层室内温度变化的参数；

所述PLC控制系统上还连接有第二参数采集设备，所述第二参数采集设备用于采集所述中央空调用户侧和系统侧的工况参数。

2.根据权利要求1所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述第一参数采集设备包括室内温湿度传感器和室外温湿度传感器。

3.根据权利要求2所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述第一参数采集设备还包括太阳辐射计。

4.根据权利要求3所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述第一参数采集设备还包括电能表，所述电能表包括楼宇总电能耗电表、电能转机械能能耗电表、照明电能能耗电表以及中央空调能耗电表。

5.根据权利要求4所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述第一参数采集设备还包括人体数量检测仪。

6.根据权利要求2～5任意一项所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述室内温湿度传感器包括2个及以上且分散在楼宇的不同位置。

7.根据权利要求1所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述第二参数采集设备包括第一温度传感器、第二温度传感器、第一流量传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第二流量传感器；

所述第一温度传感器和所述第一流量传感器安装在中央空调用户侧进水管汇合处，所述第二温度传感器安装在中央空调用户侧回水管汇合处；所述第三温度传感器和所述第二流量传感器安装在中央空调系统侧进水管汇合处，所述第四温度传感器安装在中央空调系统侧回水管汇合处。

8.根据权利要求7所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述第二参数采集设备还包括第一压力传感器和第二压力传感器；所述第一压力传感器安装在中央空调用户侧进水管汇合处，所述第二压力传感器安装在中央空调系统侧进水管汇合处。

9.根据权利要求1所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述中央空调控制系统还包括服务器，所述服务器与所述控制主机连接；所述服务器内设有历史数据查询模块，所述历史数据查询模块用于记录中央空调的历史工况参数。

10.根据权利要求1或9所述的中央空调控制系统，其特征在于：所述执行机构为变频器，所述变频器分别与所述中央空调用户侧的第一水泵和系统侧的第二水泵连接且每个变频器连接一个水泵。