JPH11193953A - 環境制御システム及びその方法 - Google Patents

環境制御システム及びその方法

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JPH11193953A
JPH11193953A JP10196826A JP19682698A JPH11193953A JP H11193953 A JPH11193953 A JP H11193953A JP 10196826 A JP10196826 A JP 10196826A JP 19682698 A JP19682698 A JP 19682698A JP H11193953 A JPH11193953 A JP H11193953A
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air
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JP10196826A
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John E Seem
イー． シーム ジョン
Gaylon M Decious
エム． デシャス ゲイロン
Carol Lomonaco
ロモナコ キャロル
Alex Bernaden Iii
バーナデン Ｉｉｉ アレックス
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1902—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the use of a variable reference value
    • G05D23/1904—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the use of a variable reference value variable in time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/30—Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/46—Improving electric energy efficiency or saving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0001—Control or safety arrangements for ventilation
    • F24F2011/0006—Control or safety arrangements for ventilation using low temperature external supply air to assist cooling

Abstract

(57)【要約】 【課題】 性能を高めかつ運用コストを減ずるためにシ
ステムエレメントの能力をより利用した複数の環境シス
テム制御器用の逐次制御方策を提供すること。 【解決手段】 デジタル制御器技術が含まれ、環境制御
器がある動作モードから別の動作モードに（例えば、ダ
ンパが最小位置に設定される冷却モードから機械的な冷
房に使用されるエネルギーを削減するためにダンパを調
整する冷房モードに）切り替えるために必要な条件を明
らかにする状態遷移プログラムに従って動作する。数組
の制御パラメータで動作するいくつかの制御器または単
数の制御器がシステム動作を制御するためにデータおよ
びシステム性能特性に従って順次動作する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本出願は１９９５年５月２４
日に出願され、発明の名称が“流量制御装置用の適合流
量制御器”である米国特許出願第08/448,681号と、１９
９７年７月３日に出願され、発明の名称が“流量制御装
置用の改良された適合流量制御器”である米国特許出願
第08/887,911号に関し、その開示が参照によりここに明
確に組み込まれている。本発明は一般に暖房、換気およ
びエアコン(HVAC)用途の環境制御システムに関し、特
に、環境制御システムの構成部品類を制御するシステム
及び方法に関する。
【０００２】
【従来技術】暖房、換気およびエアコン(HVAC)システム
のような環境制御システムは良く知られており、ビルデ
ィング内の環境条件を維持するために設計されかつ実施
される。代表的な設備は各区画に仕切られたビルディン
グ内に見られ、HVACシステムは各領域を予め規定された
環境パラメータ（例えば、温度、湿度、屋外再循環空気
比等）に維持するように適合される。代表的な設備で
は、空気分配システムが各領域を調整された空気を複数
の領域に提供する空気処理ユニット(AHU)に接続する。
【０００３】AHUは一般的に屋外空気をシステム内に引
き込み、空気をシステム外に吐き出す複数のエレメント
（構成部）と、システム内の空気を加熱し、フィルタに
かけ、条件設定する複数のエレメント（構成部）と、空
気を所望の流速で空気分配システムで循環させる複数の
エレメント（構成部）を有する。AHUはさらに上記構成
部の動作を制御する制御器を有する。AHUの主な機能は
供給空気を各特定領域に提供して、居住者のための快適
な環境を維持するために領域に課せられた温度負荷を相
殺することである。領域の温度負荷は著しく変化するの
で、AHUを制御し、任意の時間最大負荷を有する領域を
満足させるために充分に低い設定値に供給空気温度を維
持することが一般的である。必要であれば、空気流は温
度ボックスで絞られるかまたは／および再加熱されて、
全領域（区画）に適当な快適さを提供する。
【０００４】AHU制御器は一般的にAHUの構成部を利用し
て供給空気を設定値に維持するコストを最小にする最も
経済的な方法を決定するために順次論理を利用する。例
えば、日常大きな温度変動がある建物が午前に機械的な
暖房そして午後に機械的な冷房を要求することは普通で
ある。機械的な冷房に掛かるコストは節約装置サイクル
制御を使用して削減させることが可能である。節約装置
サイクル制御は混合ボックス内に備えられたダンパを調
整してAHUに導入された外気量を制御する動作を含んで
いる。適切な外気条件および節約装置サイクル制御で、
供給空気温度を機械的な冷却を使用せず（の使用回数を
減らして）設定値に維持することが可能である。
【０００５】節約装置サイクル制御は典型的には外気温
度と戻り空気温度の差、即ちエンタルピーに関与する。
もし外気温度がある最小値より大きく戻り空気温度より
低ければ、機械冷却コストを減らす機会がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】表面上は、順次論理と
節約器は全くの直観的に得られる。実際には、取り組む
べき多くの例外的な場合（例えば、冷凍制御等）がある
ので、論理が追従し、かつ課題として実施するが非常に
困難である。これは特に空気圧制御システムで当てはま
る。外気ダンパと加熱コイルバルブがほぼ２分毎に全開
および全閉を繰り返す実際のAHUの空気圧システムが実
演された。この装置はエネルギーを浪費し、部品に対し
て過剰な被覆を施す必要がある。デジタル制御器プログ
ラミング能力を充分に利用せず、空気圧制御器に使用さ
れる論理が単にデジタル制御器に適用されているので、
デジタル制御の進歩は事態の改善に全く貢献しなかっ
た。
【０００７】本発明の目的はシステムエレメントの能力
をより充分に利用して性能を高めかつ運転コストを削減
させる環境システム制御器のための順次制御手法を提供
することにある。デジタル制御器技術が使用され、一動
作モードから他の動作モード（例えば、ダンパが最小位
置に設定される冷却モードからダンパが機械的な冷房に
使用されるエネルギーを減少するために調整する冷却モ
ードへ）へ切り替わる環境制御器のために必要な条件を
明示する状態遷移ダイアグラムに従って動作する。いく
つかの制御器が遷移データ（状態遷移ダイアグラム）に
従っておよびシステム動作を制御するシステム性能特性
に応答して順次動作する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
において、環境制御システムは各々が環境制御システム
エレメント（構成部）の関連した構成部を制御するため
に最適化された制御器を有する。メモリに保持されかつ
複数の制御器によりアクセスされる状態遷移論理に従っ
て、システム制御は計測されたシステム性能データを考
慮して要求された動作モードに依存する制御器間を通過
する。
【０００９】本発明の変形した好ましい実施例におい
て、環境制御システムは各々が環境制御システム構成部
の関連した構成部を制御するために最適化された数組の
制御パラメータの一つをアクセスするために適用された
単一の制御器を有する。状態遷移論理に従って、制御器
が計測されたシステム性能データを考慮して必要とされ
る動作モードに依存して好ましい組の制御パラメータを
演算する。
【００１０】本発明の追加の好ましい実施例において、
状態遷移論理の表示を含むユーザインターフェースはシ
ステム動作を増強させる。このインターフェースはシス
テム動作や障害を簡単に表示できる。さらに、このイン
ターフェースは車両に簡単なシステム変更を提供する。
【００１１】本発明のこれらのおよび他の利点及び特徴
は以下に述べる好ましい実施例の詳細な説明、特許請求
の範囲、および添付図面から当業者に容易に理解される
であろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明はいくつかの好ましい実施
例により説明される。はじめに本発明がここで記載され
た実施例よりはるかに広い応用範囲を有することを理解
すべきである。図１を参照すると、概略的に示されたAH
U１０の複数の構成部は供給空気温度を所定の設定値に
維持するために使用される。上記構成は簡単に示された
が、本発明がこれらの構成要件に制限されることを暗示
するものではない。
【００１３】屋外空気ダンパ１２を介してAHU１０に入
り、（ダンパモータ３８、４０、４２を駆動して屋外空
気ダンパ１２、排気ダンパ３６、再循環ダンパ１６の位
置を個別的に制御する）ダンパを設定する混合ボックス
１４に依存する空気は再循環空気ダンパ１６を通過した
空気と混合される。AHU１０内の空気は供給ファン
（扇）１８と戻りファン（扇）２０により循環される。
屋外および再循環空気流の温度と流速が供給空気退出混
合ボックス１４の条件を決定する。戻り空気温度／湿度
および流量は温度／湿度センサ２４および流量センサ２
６で計測される。屋外空気温度／湿度は温度／湿度セン
サ２８で計測される。空気退出混合空気空間１４は加熱
コイル３０と冷却コイル３２を通過する。順次制御手法
が正しく実施されかつシステムにバルブ漏れまたは他の
障害がないと仮定した任意の時間に２つのコイルの一方
のみが活性である。条件付けされた後、空気は供給空気
配管３４を介して複数の区画領域に分配される。供給空
気温度は温度／湿度センサ３６により供給ファン１８の
下流で測定される。戻り空気は戻りファン２０により複
数の区画領域から取り出され、放出または再循環され、
再度ダンパ内の混合ボックス１４の位置に依存する。
【００１４】空気処理ユニット制御器２２は加熱コイル
バルブ４４、冷却コイルバルブ４６、ダンパモータ３８
〜４２を制御する制御器（または複数の制御器）と、任
意の時間に供給空気温度を設定値に維持する為に使用す
る（加熱コイル、冷却コイル、ダンパ、冷却コイル、お
よびダンパ）複数の構成部を決定するための制御論理を
含む。
【００１５】図２は図１の空気処理ユニット制御器２２
において実施される従来技術による順次制御手法２００
のためのフローチャートを示す。制御手法２００は空気
圧制御システムに使用される手法に基づいている。通常
比例積分(P1)制御器である、単一のフィードバック制御
器２０２は構成要件のコストを減少させるために、節約
器論理２０４と低選択論理２０６に関連して、この手法
に使用される。制御器出力は供給空気温度を設定値と比
較することにより決定される。もしフィードバック制御
器２０２から概算出力が１００％と２００％の間であれ
ば、冷却コイル３２を介した機械的な冷却が空気を冷却
するために使用される。ここで、１００％は機械的な冷
却が無いことを表し、２００％は最大機械的な冷却を表
す。もし屋外空気条件が適当であると、節約器サイクル
２０４（外気ダンパの全開）が機械的な冷却負荷を減少
させるために同時に使用される。もしフィードバック制
御器２０２の出力が−１００％〜０％の間にあれば、加
熱コイル３０が供給空気を加熱するために使用され、屋
外空気ダンパは循環基準に決定される最小位置にある。
もしフィードバック制御器の出力が０％〜１００％の間
にあると、屋外空気および戻り空気は設定温度の供給空
気を発生するために混合空気空間１４で混合される。こ
れは、機械的な加熱及び冷却を使用しないので、自由冷
却と呼ばれる。
【００１６】３処理（例えば、加熱、冷却、自由冷却）
の動特性は単一のフィードバック制御器の使用が制限さ
れる場合に著しく異なる。安定な制御を維持するため
に、制御器は最悪条件で調整されなければならない。そ
の場合、他の制御器の閉ループ応答は遅くなりがちであ
る。フィードバック制御器が最悪条件で調整されていな
いと、バルブ４４、４６およびダンパ１２、１５、３６
はエネルギー浪費と構成部品の磨耗を生じる全開と全閉
動作を繰り返す可能性がある。
【００１７】制御性能は米国特許第5,355,305号、第5,5
06,768号および第5,568,377号（ここでは参考として掲
載される）に開示され記載された、制御器２０２の比例
利得および積分時間を調整する適合制御器を使用して改
良することができる。しかしながら、パラメータは制御
成分変化、即ち、冷却から加熱への制御変化として有為
な調整を必要とする。組合せられたプロセスは非線形で
あるので、遷移領域での調整は困難である。適合制御器
が遷移領域でパラメータを調整している期間中、その制
御性能は犠牲にされる。
【００１８】図３を参照すると、本発明の好ましい実施
例に従って、空気処理ユニット制御器２２は３個の分離
したフィードバック制御器３０２、３０４および３０６
を使用して供給空気温度を制御する。制御器３０２は加
熱コイルバルブ４４を制御し、制御器３０４は冷却コイ
ルバルブ４６を制御し、制御器３０６は一組の制御パラ
メータに従って混合空気空間（例えば、ダンパ１２、１
６および３６を制御するダンパモータ３０〜４２）１４
を制御する。これらの制御パラメータは特定の制御エレ
メントのために最適化され、例えば、制御器３０２によ
り利用されたパラメータは加熱コイルバルブ４４の制御
のために最適化される。任意の時間に、一つの制御器の
みが動作している。制御器３０２〜３０６の各々はメモ
リに結合されかつメモリをアクセスする。メモリにおい
て、動作モード間の遷移を定義する遷移データ３０８が
保持され、従って制御器の何れかが能動的に動作してい
る。空気処理ユニット制御器２２は入力部３１０を介し
て、かつどの制御器が動作しているかを定義する遷移デ
ータ３０８に従って、システム性能データを受信する。
【００１９】図４に従って、空気処理ユニット制御器２
２の変形の好ましい実施例では、メモリ４１０に保持さ
れた種々の動作モードに相当する３組の制御器パラメー
タ４０４〜４０８で一制御器４０２を使用する。メモリ
４１０は動作モード間の遷移を定義する遷移データ４１
２を含み、どの組かの制御器パラメータが制御器４０２
により実行される。制御器２２は入力部４１４を介し
て、かつどの制御器が動作しているかを定義する遷移デ
ータ４１２に従ってシステム性能データを受信し、シス
テム動作を制御するための制御出力３１６を提供する。
【００２０】図５は、各好ましい実施に従って、遷移デ
ータ３０８／４１２および動作モードに関連した制御器
パラメータを例示する状態遷移ダイアグラムを示す。図
５に示される状態が以下に説明される。
【００２１】状態１ 状態１において、フィードバック制御はバルブ４４を介
して加熱コイル３０に流れる温水を加減するのに使用さ
れ、それにより空気に伝達されるエネルギー量を制御す
る。その間、混合ボックスダンパ（１２、１６および３
６）は循環に必要な最小屋外空気を取り入れるために位
置決めされ、制御コイルバルブ４６が閉じられる。状態
２への遷移は制御信号が状態遷移遅延に等しい期間非加
熱位置で飽和した後生じる。すべての状態遷移で、現在
の状態は、動作が新しい状態に切り替わる前に、状態遷
移遅延に等しい期間最小または最大限界値で連続的に飽
和する必要がある。
【００２２】状態２ 状態２において、供給空気温度を設置値に維持するため
に、フィードバック制御はダンパ１２、１６および３６
の位置を調整するために行われる。ダンパ１２、１６お
よび３６の位置を調整して、供給空気量流の屋外空気と
戻り空気の相対比率を調整する。状態２において、加熱
コイルバルブ４４および冷却コイルバルブ４６は閉鎖さ
れる。状態１への遷移は、ダンパの制御信号が状態遷移
遅延に等しい期間最小の屋外空気位置にあってから生じ
る。状態３への遷移は、ダンパの制御信号が状態遷移遅
延に等しい期間最大の屋外空気位置にあってから生じ
る。
【００２３】状態３ 状態３において、フィードバック制御はバルブ４６を介
して冷却コイル３２に流れる冷水を加減するために行わ
れ、空気から抽出されたエネルギー量を制御する。屋外
空気ダンパ１２は全開に設定され、加熱コイルバルブ４
４は閉鎖される。状態２への遷移は、機械的な冷却用制
御信号が状態遷移遅延に等しい期間非冷却位置で飽和し
た後生じる。節約器論理は状態４への遷移を決定するた
めに使用される。節約器論理に基づくエンタルピーまた
は温度を使用することが可能である。図３に示される状
態ダイアグラムにおいて、屋外空気温度に基づく論理は
遷移点を決定するために使用される。状態４への遷移
は、屋外空気温度が切り替え温度とデッド領域温度の和
以上であると生じる。例として、切替温度は戻り空気温
度に等しく、デッド領域が摂氏0.56度に等しい。デッド
領域温度の目的は戻りおよび／または屋外空気温度セン
サ２４および２８の測定値のノイズに起因する状態３か
ら状態４への循環を防止することである。
【００２４】状態４ 状態４はフィードバック制御を使用して、バルブ４６を
介して冷却コイル３２に流れる冷水を加減し、空気から
抽出されるエネルギー量を制御する。しかしながら、こ
の場合、屋外空気ダンパ１２は最小屋外空気位置に設定
される。節約器論理は状態３への遷移を決定するために
使用される。図３の状態ダイアフラムにおいて、状態３
への遷移は屋外空気温度が切替温度とデッド領域温度の
差以下である場合に生じる。
【００２５】本発明の主な利点の一つは制御器３０２〜
３０６の各々が各制御ループのために独立に調整できる
ことである。別の利点は制御器が分布制御システムで使
用できることである。現在の傾向はマイクロプロセッサ
を含む知能センサとアクチュエータを使用することであ
る。
【００２６】例えば、図６に示されるように、可変風量
（VAV）ユニット６００は一定の供給空気温度設定値を
維持し、かつ建物の制御領域に可変の空気量を送り、所
望の温度に領域を維持するように設計される。VAV６０
０は好ましくはデジタル制御器６２０付きの電磁装置で
ある。その装置はファンが直列に接続された単一のダク
ト応用物として示される。本発明がVAV６００の別の実
施物に応用されることが理解される。分布デジタル制御
で、VAV６００は独立で動作し、またはJohnsonControl
s, Inc.社（米国、ウイスコンシン州、ミルウオーキ
ー）から入手できるMetasysネットワークシステムのよ
うなネットワーク構成を使用してグローバルな制御シス
テムに結合することもできる。ネットワークに接続され
ると、VAV６００はVAV制御器６２０内にある標準オブジ
ェクトを使用して通信する。この方法で、制御器６２０
はネットワークの任意のユーザインターフェイスのユー
ザにより検索されかつ見られる“ポイント（位置）”情
報を保持する。好ましくは、VAV６００は一方がN2バス
接続用及び他方がN3バス接続用である２ポート６４２お
よび６４４を介して個別に通信する。さらに、ネットワ
ークに接続されると、VAV６００は、Johnson Controls,
Inc.社から入手できるMetasys ApplicationBasic Prog
ramming 言語で与えられるような標準オブジェクト、ア
センブリオブジェクトおよびネストアプリケーションズ
に基づいて開発されたグローバルツールを使用して構成
することができる。グローバルツールを使用していった
んアプリケーションが作成されると、BACnetのような適
切なプロトコルを使用してVAV６００にダウンロードす
る事もできる。
【００２７】図６を参照すると、VAV６００シリーズフ
ァン６１２は供給空気の流れに直列に設けられる。可変
風量冷却空気は供給空気温度の供給空気を受けるために
建物用の空気分配システムに結合された入力ダクト６０
２からファンチャンバ６１８に供給される。風量センサ
６０４は供給風量情報を提供し、ダンパ６０６とダンパ
アクチュエータ６０８はVAV６００への供給空気流量を
制御するスロットルとして動作する。例えば、冷却が不
要であれば、ダンパ６０６は最小流量設定値に調整され
る。領域に対して比較的一定な風量を維持するために領
域からの空気を受けるように制御される空間ダクト６１
０から追加の空気が引き出される。ファン風量センサ６
１２は領域風量情報を提供し、流量調整ダンパ６１４が
領域風量の制御を可能にする。暖房を必要とすると、加
熱コイルボックス６１６が加熱されファンチャンバ６１
６内の空気を暖め、補助加熱コイル６１７が領域を流れ
る空気を暖めるために加熱することも可能である。
【００２８】図６を参照すると、VAV制御器６２０は上
述した本発明に従って実施され、各システムエレメント
（構成部）に関連する複数の制御エレメント６２２〜６
２８を含む。VAV制御器６２０はボックス加熱制御器６
２２、補助加熱制御器６２４、冷却制御器６２６、およ
び流量制御器６２２を含む。これらの制御器の各々は制
御器６２０に関連して示されているが、分布した状態で
実施できることも理解すべきである。即ち、特定の制御
器はシステムエレメント自身に設けられる。例えば、ボ
ックス加熱制御器６２２は本発明の公正な範囲から逸脱
することなくボックス加熱コイル６１６に設けることが
できる。上述のように、これらの制御器は個別の制御器
として実施できるし、また各システムエレメントとに関
連して組と共に多数の組の制御器パラメータに作用する
単一制御器として実施することも可能である。さらに、
VAV制御器６２０は内部のメモリに好ましく保持される
遷移データ６３０を含み、図７aおよび７b図に例示され
るような状態遷移論理を実行し、それにより現在の動作
モード、システム性能データ（例えば、流速および領域
温度）および全般的に入力部６３２として示された設定
値に基づいて、動作モードを決定する。
【００２９】制御器６２２〜６２８はどのような適当な
制御手法でも実施可能であり、好ましくは、制御されて
いるシステムエレメントに最適な制御手法を実施する。
好ましい実施例において、ボックス加熱制御器６２２、
補助加熱制御器６２４および冷却制御器の各々は、前述
の米国特許および米国特許出願に記載された予測適合制
御技術を使用して、比例積分導関数フィードバック制御
を実行する。
【００３０】図７aおよび図７bを参照すると、本発明の
好ましい実施例に従ったネスト制御アーキテクチャが例
示されている。図７aはシステム動作の入手可能な複数
のモードとこれらのモード間の遷移を例示している。図
７bは自動動作モードに関連した複数の動作状態とそれ
らの状態間の遷移を例示している。モードはネットワー
クインターフェイスを使用してまたは制御器６２０と直
接インターフェイスし、かつ選択されたモードに等しい
“HVAC Mode Request”を設定してシステムユーザによ
り選択される。これは、特定のモードに等しく設定され
たHVAC Mode Requestを有するモードに導くリンク（全
般に７１４として示される）として、および特定のモー
ドに不等であるように設定されたHVAC Mode Requestを
有するモードを終了するリンク（全般に７１６として示
される）として図７aに示される。以下に実行可能なモ
ードについて説明する。
【００３１】自動モード(Auto mode)７００において、
制御器は制御オブジェクトに合うように自動的に動作す
る。複数の状態が自動モード内にある。ユーザはVAV制
御器６２０のために自動モードを要求し、プロセス動的
性能が現在の自動状態（Current Auto state）を決定す
る。例えば、領域温度が加熱領域温度設定値以上であ
り、かつ冷却領域温度設定値以下であるときは、現在自
動状態は自動非動作要求（Auto No Action Requested）
である。各自動状態とこれらの状態間の遷移が図７bに
示される。
【００３２】２つの遮断選択が得られ、一つは遮断ボッ
クス開放７０２であり、他方は遮断ボックス閉鎖７０４
である。遮断ボックス開放モード７０２のダンパアクチ
ュエータは占有された冷却最大流速設定値を満足させる
ために流速を制御する。遮断ボックス閉鎖モード７０４
で、ダンパアクチュエータは完全に閉鎖された端部停止
に駆動される。遮断が有効であれば、制御器（ファン、
補助加熱、ボックス加熱、照明）の出力と関連したすべ
ての装置は遮断される。
【００３３】ウインドウが開放すると、２進入力はウイ
ンドウの開状態を示し、HVACモード制御 (Mode Contro
l)は強制的にウインドウモード７０６にされる。ウイン
ドウの開状態は最高の優先権を有する。ウインドウモー
ド７０６は、補助加熱を実施させる低限界温度設定値に
依存するのを除いて、閉鎖された遮断に類似する。この
モードの認知をすると、ダンパが閉鎖され、複数のファ
ンがスイッチオフされ、補助加熱が低限界温度設定値を
維持するために制御される。ウインドウモード７０６に
おいて、室温のみがモニタされ、ボックス加熱が無効に
され、温度が低限界設定値以下になれば補助加熱が有効
にされる。HVACモード制御は監視要求命令により強制的
にウインドウモード７０６にされる。
【００３４】中央システム予熱として知られるウオーミ
ングアップモード７０８において、空気処理ユニット
は、システムを正常に占有された動作条件にもたらす為
に必要とされるように、供給ダクトを介して暖気を提供
する。ウオーミングアップにおいて、VAV流量設定動作
が逆になる。ウオーミングアップ中に、補助加熱は常に
有効であり、ボックス加熱及び並列ファンは既定値によ
り無効にされる。
【００３５】水放出モード７１０は典型的には放出、平
衡化またはビルディング暖房水システムの保守のための
新しい作業サイトのVAV制御器の立ち上げおよび作動中
に使用される。増分、比例、２つの位置正常開放／正常
閉加熱出力はそれ以後によって影響される。
【００３６】自動較正モード７１２は応用オブジェクト
内のオペレータにより規定された期間ごとに実行され
る。期限切れになると、カウンタが使用され自動較正を
開始する。自動較正は（もしあれば）平行または直列ボ
ックスファンをオフにする。自動較正は自動零時の間ダ
ンパアクチュエータを閉鎖し、零の流量に基づいてアナ
ログ入力流量センサを較正する。各制御器の自動較正は
順次ジグザグに実施されるので、いくつかの制御器は同
時に自動較正されない。
【００３７】図７bを参照すると、自動モード７００か
らVAVユニット６００の動作状態が示される。実行を要
求されない自動モード７００から、さらに零に等しく設
定されたHVACモード要求で、VAV制御器６２０はシステ
ム性能基準（ユーザ設定点、エネルギー消費要求、流量
条件等）に合致させる為に、ユーザの介在無く、機能す
る。非実行７００のような状態から自動冷却７２０への
遷移は遷移データにより規定され、例えば、リンク７２
２の状態を結合するリンクに例示された遷移条件が合致
する場合に生じる。一旦ある状態になると、例えば、一
旦システムが自動冷却７２０に入ると、例えば、リンク
７２４に示される状態から終了する遷移条件が合致する
までシステムは現状を維持する。VAV６００の動作状態
は、非動作７００と自動冷却７２０と共に、自動加熱７
２６、完全ボックス加熱７２８を有する自動補助加熱、
自動補助加熱７３０および完全補助加熱７２８を有する
自動ボックス加熱を含む。システムの動作は容易に再構
築可能であることがわかる。例えば、遷移データ７３０
を規定することにより補助加熱する前にユーザの好まし
いボックス加熱を行い、適切なボックス加熱７２６が補
助加熱７３０を行う前に実施できる。例えば、リンク７
３４を参照。この状態ダイアグラムの概念はユーザがシ
ステムの動作を見るのに助けとなる。
【００３８】図８〜図１０を参照すると、一連のユーザ
インターフェイス表示が示される。好ましい実施例にお
いて、制御器は画面表示を有するユーザインターフェイ
ス含むネットワーク化された環境制御システムの一部で
ある。適切な選択を選ぶことにより、ユーザは動作の現
在のシステムモードを示す図８の表示を検索できる。図
８を参照すると、ウインドウの主領域は状態遷移ダイア
グラム８００である。状態遷移ダイアグラム８００は機
械的および氷蔵冷却源を含むシステムを表す。円で示さ
れる８つの動作（状態）基本モード８０２〜８１６があ
る。状態間の遷移は円８０２〜８１６を接続する矢印８
１５で全般的に示される。各状態において、上述のシス
テムを制御するために独特な動作が実施される。例え
ば、図８は要求制限状態８０２の制御器を示す。このモ
ードにおいて、貯蔵された氷を早めに枯渇させることな
く所定の電気需要限界以下に設定するために制御器は冷
凍庫および氷蔵庫を使用する。日にちが経過するにつれ
て、フィールド８１８に示される種々の条件が変化す
る。その条件の状態がチェックボックス８２０により示
される。これが動作モードを変化させる。状態変化は前
回の動作モードから現在の動作モードに進む太い矢印８
２２によりウインドウに示される。例えば、図８はエネ
ルギー消費が“要求目標に接近”であると予測される
と、該当ボックスがチェックされ、制御器が冷凍庫優先
モード８０６から需要制限モード８０２に切り替えられ
たことを例示している。
【００３９】現在の動作モードの記載８３０とこのモー
ドが８３２に選択された理由が入力装置を利用し、かつ
状態遷移ダイアグラム画面８００の何れかを選択するこ
とにより得られる。この選択により、図９の状態遷移記
載ウインドウが要求情報を表示する。
【００４０】ウインドウの右上のスクロールバー８２４
を動かして前回の動作モードを見ることができる。スク
ロールバー直下の見出しは、例えば、図１０のように、
どの状態（現在または過去）を表示しているか示す。ウ
インドウの右下の日付と時間情報８２６はモード間遷移
が生じた時を示す。チェックボックス８２０のフィール
ド８１８は動作モードを決定する種々の重要なフラグの
状態を示す。画面の右のバーグラフ８２８はあるシステ
ムエレメント（構成部）の状態、例えば、パーセントで
の利用を示すことができ、この例では、変化時点での氷
の在庫を示している。同様に、画面の何れかを選んで、
この前回の状態のために、図９に示すように、状態遷移
記載ウインドウを検索する。
【００４１】Sys Var ボタン８３４が備えられ、ユーザ
は図１１に示すようにシステム変数を検索し見ることが
できる。もし現在の状態が表示されていると、現在のシ
ステム変数が表示される。ユーザにより要求された遷移
により、プロットボタン８３６を選択してシステム変数
に対する時間のプロットが得られる。もし過去の状態が
表示されていると、Sys Varボタン８３４を選択してそ
の遷移でのシステム変数値を表示する。
【００４２】
【発明の効果】本発明は好ましい実施例により説明され
た。その多くの利点、特徴および応用例が当業者により
容易に理解されるであろう。本発明のの公正な範囲は特
許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気処理装置(AHU)の概略図である。
【図２】従来技術によるAHU制御器を例示するブロック
図である。
【図３】本発明の好ましい実施例によるAHU制御器を例
示するブロック図である。
【図４】本発明の変形した好ましい実施例に従ったAHU
制御器を例示するブロック図である。
【図５】本発明の好ましい実施例に従った状態遷移デー
タを例示するブロック図である。
【図６】本発明に従って採用された可変空気量(VAV)装
置を例示するブロック図である。
【図７】図７ａおよび図７ｂは図６のVAV装置とともに
使用される本発明の好ましい実施例に従った状態遷移デ
ータを例示する図である。
【図８】本発明の好ましい実施例に従ったグラフィック
ユーザインターフェイスの表示である。
【図９】本発明の好ましい実施例に従ったグラフィック
ユーザインターフェイスの表示である。
【図１０】本発明の好ましい実施例に従ったグラフィッ
クユーザインターフェイスの表示である。
【図１１】本発明の好ましい実施例に従ったグラフィッ
クユーザインターフェイスの表示である。
【符号の説明】
１２ 正常に閉鎖された外気ダンパ １４ 混合気空間 １８ 供給ファン ２０ 戻りファン ２２ 空気処理制御器 ２４ 温度湿度センサ ２６ 風量部 ３０ 加熱コイル ３２ 冷却コイル ４０ ダンパモータ ２０２ フィードバック制御器 ２０４ 節約装置論理 ２０６ 低選択 ３０２ 加熱コイル制御 ３０４ ダンパ制御 ３０６ 冷却制御 ３０８ 遷移データ ３１０ 入力部 ３１２ 出力部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年９月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 環境制御システム及びその方法 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年３月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】図６を参照すると、VAV制御器６２０は上
述した本発明に従って実施され、各システムエレメント
（構成部）に関連する複数の制御エレメント６２２〜６
２８を含む。VAV制御器６２０はボックス加熱制御器６
２２、補助加熱制御器６２４、冷却制御器６２６、およ
び流量制御器６２２を含む。これらの制御器の各々は制
御器６２０に関連して示されているが、分布した状態で
実施できることも理解すべきである。即ち、特定の制御
器はシステムエレメント自身に設けられる。例えば、ボ
ックス加熱制御器６２２は本発明の公正な範囲から逸脱
することなくボックス加熱コイル６１６に設けることが
できる。上述のように、これらの制御器は個別の制御器
として実施できるし、また各システムエレメントとに関
連して組と共に多数の組の制御器パラメータに作用する
単一制御器として実施することも可能である。さらに、
VAV制御器６２０は内部のメモリに好ましく保持される
遷移データ６３０を含み、図７および図８に例示される
ような状態遷移論理を実行し、それにより現在の動作モ
ード、システム性能データ（例えば、流速および領域温
度）および全般的に入力部６３２として示された設定値
に基づいて、動作モードを決定する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３０】図７および図８を参照すると、本発明の好
ましい実施例に従ったネスト制御アーキテクチャが例示
されている。図７はシステム動作の入手可能な複数のモ
ードとこれらのモード間の遷移を例示している。図８は
自動動作モードに関連した複数の動作状態とそれらの状
態間の遷移を例示している。モードはネットワークイン
ターフェイスを使用してまたは制御器６２０と直接イン
ターフェイスし、かつ選択されたモードに等しい“HVAC
Mode Request”を設定してシステムユーザにより選択
される。これは、特定のモードに等しく設定されたHVAC
Mode Requestを有するモードに導くリンク（全般に７
１４として示される）として、および特定のモードに不
等であるように設定されたHVAC Mode Requestを有する
モードを終了するリンク（全般に７１６として示され
る）として図７に示される。以下に実行可能なモードに
ついて説明する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３１】自動モード(Auto mode)７００において、
制御器は制御オブジェクトに合うように自動的に動作す
る。複数の状態が自動モード内にある。ユーザはVAV制
御器６２０のために自動モードを要求し、プロセス動的
性能が現在の自動状態（Current Auto state）を決定す
る。例えば、領域温度が加熱領域温度設定値以上であ
り、かつ冷却領域温度設定値以下であるときは、現在自
動状態は自動非動作要求（Auto No Action Requested）
である。各自動状態とこれらの状態間の遷移が図８に示
される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】図８を参照すると、自動モード７００から
VAVユニット６００の動作状態が示される。実行を要求
されない自動モード７００から、さらに零に等しく設定
されたHVACモード要求で、VAV制御器６２０はシステム
性能基準（ユーザ設定点、エネルギー消費要求、流量条
件等）に合致させる為に、ユーザの介在無く、機能す
る。非実行７００のような状態から自動冷却７２０への
遷移は遷移データにより規定され、例えば、リンク７２
２の状態を結合するリンクに例示された遷移条件が合致
する場合に生じる。一旦ある状態になると、例えば、一
旦システムが自動冷却７２０に入ると、例えば、リンク
７２４に示される状態から終了する遷移条件が合致する
までシステムは現状を維持する。VAV６００の動作状態
は、非動作７００と自動冷却７２０と共に、自動加熱７
２６、完全ボックス加熱７２８を有する自動補助加熱、
自動補助加熱７３０および完全補助加熱７２８を有する
自動ボックス加熱を含む。システムの動作は容易に再構
築可能であることがわかる。例えば、遷移データ７３０
を規定することにより補助加熱する前にユーザの好まし
いボックス加熱を行い、適切なボックス加熱７２６が補
助加熱７３０を行う前に実施できる。例えば、リンク７
３４を参照。この状態ダイアグラムの概念はユーザがシ
ステムの動作を見るのに助けとなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】図９〜図１１を参照すると、一連のユーザ
インターフェイス表示が示される。好ましい実施例にお
いて、制御器は画面表示を有するユーザインターフェイ
ス含むネットワーク化された環境制御システムの一部で
ある。適切な選択を選ぶことにより、ユーザは動作の現
在のシステムモードを示す図９の表示を検索できる。図
９を参照すると、ウインドウの主領域は状態遷移ダイア
グラム８００である。状態遷移ダイアグラム８００は機
械的および氷蔵冷却源を含むシステムを表す。円で示さ
れる８つの動作（状態）基本モード８０２〜８１６があ
る。状態間の遷移は円８０２〜８１６を接続する矢印８
１５で全般的に示される。各状態において、上述のシス
テムを制御するために独特な動作が実施される。例え
ば、図９は要求制限状態８０２の制御器を示す。このモ
ードにおいて、貯蔵された氷を早めに枯渇させることな
く所定の電気需要限界以下に設定するために制御器は冷
凍庫および氷蔵庫を使用する。日にちが経過するにつれ
て、フィールド８１８に示される種々の条件が変化す
る。その条件の状態がチェックボックス８２０により示
される。これが動作モードを変化させる。状態変化は前
回の動作モードから現在の動作モードに進む太い矢印８
２２によりウインドウに示される。例えば、図９はエネ
ルギー消費が“要求目標に接近”であると予測される
と、該当ボックスがチェックされ、制御器が冷凍庫優先
モード８０６から需要制限モード８０２に切り替えられ
たことを例示している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】現在の動作モードの記載８３０とこのモー
ドが８３２に選択された理由が入力装置を利用し、かつ
状態遷移ダイアグラム画面８００の何れかを選択するこ
とにより得られる。この選択により、図１０の状態遷移
記載ウインドウが要求情報を表示する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】ウインドウの右上のスクロールバー８２４
を動かして前回の動作モードを見ることができる。スク
ロールバー直下の見出しは、例えば、図１１のように、
どの状態（現在または過去）を表示しているか示す。ウ
インドウの右下の日付と時間情報８２６はモード間遷移
が生じた時を示す。チェックボックス８２０のフィール
ド８１８は動作モードを決定する種々の重要なフラグの
状態を示す。画面の右のバーグラフ８２８はあるシステ
ムエレメント（構成部）の状態、例えば、パーセントで
の利用を示すことができ、この例では、変化時点での氷
の在庫を示している。同様に、画面の何れかを選んで、
この前回の状態のために、図１０に示すように、状態遷
移記載ウインドウを検索する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】Sys Var ボタン８３４が備えられ、ユーザ
は図１２に示すようにシステム変数を検索し見ることが
できる。もし現在の状態が表示されていると、現在のシ
ステム変数が表示される。ユーザにより要求された遷移
により、プロットボタン８３６を選択してシステム変数
に対する時間のプロットが得られる。もし過去の状態が
表示されていると、Sys Varボタン８３４を選択してそ
の遷移でのシステム変数値を表示する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】空気処理装置(AHU)の概略図である。
【図２】従来技術によるAHU制御器を例示するブロック
図である。
【図３】本発明の好ましい実施例によるAHU制御器を例
示するブロック図である。
【図４】本発明の変形した好ましい実施例に従ったAHU
制御器を例示するブロック図である。
【図５】本発明の好ましい実施例に従った状態遷移デー
タを例示するブロック図である。
【図６】本発明に従って採用された可変空気量(VAV)装
置を例示するブロック図である。
【図７】図６のVAV装置とともに使用される本発明の好
ましい実施例に従った状態遷移データを例示する図であ
る。
【図８】図６のVAV装置とともに使用される本発明の好
ましい実施例に従った状態遷移データを例示する図であ
る。
【図９】本発明の好ましい実施例に従ったグラフィック
ユーザインターフェイスの表示である。
【図１０】本発明の好ましい実施例に従ったグラフィッ
クユーザインターフェイスの表示である。
【図１１】本発明の好ましい実施例に従ったグラフィッ
クユーザインターフェイスの表示である。
【図１２】本発明の好ましい実施例に従ったグラフィッ
クユーザインターフェイスの表示である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図６】
【図７】
【図１２】
【図８】
【図９】
【図１１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲイロン エム． デシャス アメリカ合衆国 53211 ウィスコンシン 州 ショアウッド エヌ． バーレット アベニュー 3817 (72)発明者 キャロル ロモナコ アメリカ合衆国 53226 ウィスコンシン 州 ワウワトサ ジャクソン パーク ブ ールバード． 9226 (72)発明者 アレックス バーナデン ＩＩＩ アメリカ合衆国 53221 ウィスコンシン 州 グリーンフィールド エス． 33ド ストリート． 35587

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御された環境空間に環境条件を生じ
    させるする制御信号に応答する第１及び第２システム構
    成部を有する環境制御システムにおいて、制御信号を前
    記第１及び第２システム構成部に提供する制御システム
    が、 第１及び第２制御構成部の各々がシステム性能パラメー
    タを受信するように結合され、前記第１システム構成部
    に動作可能に結合され、制御信号を前記第１システム構
    成部と伝達する第１制御構成部と、前記第２システム構
    成部に動作可能に結合され、制御信号を前記第２制御構
    成部と伝達する第２制御構成部と；前記第１及び第２制
    御構成部の各々に結合された、システム性能基準を含む
    データ構造を有するメモリと；からなり、 前記制御システムが前記第１及び第２制御構成部に対す
    るシステム制御を選択的に遷移するために前記システム
    性能パラメータと前記システム性能基準に応答すること
    を特徴とする制御システム。
  2. 【請求項２】 前記データ構造は複数のシステム制御
    状態を有する状態遷移テーブルからなり、前記システム
    性能基準は状態遷移論理からなることを特徴とする請求
    項１記載の制御システム。
  3. 【請求項３】 前記システム制御状態の各々が前記第
    １及び第２制御構成部の活動基準からなることを特徴と
    する請求項２記載の制御システム。
  4. 【請求項４】 複数の環境システム構成部に結合さ
    れ、制御信号を前記複数のシステム構成部に伝達しかつ
    システム性能データを受信する制御器と；前記制御器に
    接続され、第１の複数のデータ構造と第２の複数のデー
    タ構造を有するメモリであって、前記第１の複数のデー
    タ構造が前記複数の環境システム構成部のある構成部と
    関連した一組の制御データからなり、前記第２の複数の
    データ構造が前記システム性能データに応答して前記制
    御器が前記複数組の制御データの一組を利用するように
    するための一組の遷移データから構成されているメモリ
    と；からなることを特徴とする環境制御装置を制御する
    システム。
  5. 【請求項５】 複数の環境システム構成部に結合さ
    れ、制御信号を前記複数のシステム構成部に伝達しかつ
    システム性能データを受信する制御器と；前記制御器に
    接続され、第１の複数のデータ構造と第２の複数のデー
    タ構造を有するメモリであって、前記第１の複数のデー
    タ構造が前記複数の環境システム構成部のある構成部と
    関連した一組の制御データからなり、前記第２の複数の
    データ構造が前記システム性能データに応答して前記制
    御器を前記複数組の制御データの一組を利用するように
    する一組の遷移データから構成されているメモリと；前
    記制御システムおよび前記メモリに結合され、複数の環
    境システム構成部の各々を個別の表示素子で表現し、複
    数組の遷移データの各々を複数の表示素子の個別の素子
    を結合する表示リンクとして表現する表示装置と；から
    なることを特徴とする環境制御装置を制御するシステ
    ム。
  6. 【請求項６】 前記表示装置は使用者が表示リンクを
    個別に選択可能にするユーザ入力装置からなり、前記表
    示装置が前記個別の遷移データを表示する様に動作する
    ことを特徴とする請求項５記載の環境制御システム。
  7. 【請求項７】 前記表示装置は使用者が表示リンクを
    個別に選択可能にするユーザ入力装置からなり、前記表
    示装置が前記個別の制御データを表示する様に動作する
    ことを特徴とする請求項５記載の環境制御システム。
JP10196826A 1997-07-14 1998-07-13 環境制御システム及びその方法 Pending JPH11193953A (ja)

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