TW201913013A

TW201913013A - 控制裝置及其控制方法

Info

Publication number: TW201913013A
Application number: TW106128652A
Authority: TW
Inventors: 林良澤; 謝豪哲
Original assignee: 恩可語股份有限公司; 林良澤; 謝豪哲
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2019-04-01
Also published as: TWI692599B; CN109425085A

Abstract

一種控制裝置，包含環境感測單元、電量量測單元、控制運算單元、電阻輸出單元。控制運算單元與環境感測單元、電量量測單元連接、電阻輸出單元與控制運算單元連接。電阻輸出單元另與溫度控制器連接以取代原有電阻式溫度感測器，並可輸出第一電阻值至溫度控制器以使被控設備以第一電力使用量狀態運轉；及輸出第二電阻值至溫度控制器以使被控設備以第二電力使用量狀態運轉。當控制運算單元讀取環境感測單元資訊或時間資訊，經計算後控制電阻輸出單元產生第一或第二電阻值，以使被控制設備以第一電力使用量或第二電力使用量狀態運轉。

Description

控制裝置及其控制方法

本發明係關於一種控制裝置及其控制方法，具體來說，特別是一種可以改變溫度控制器控制被控設備之控制裝置及其控制方法。

習知的暖通空調設備，例如冷氣機、中央空調、熱泵等製冷或製熱設備，均由人為操作該設備上之溫度控制器進行設定。而溫度控制器乃根據所連結的溫度感測器的電阻值因溫度變化產生輸入溫度控制器的電阻變化來進行設備運轉控制。簡言之，習知的空調設備僅能透過溫度控制器讀取該溫度下的溫度感測器電阻值與溫度控制器設定的溫度對應電阻值進行比對判斷控制被控設備的啟停運轉，如圖1A及圖1B所示。

然而，習知溫度控制器僅以溫度作為調控依據，而不管其他環境狀態如何，如溫度、濕度、風速、風向或時間等，致使溫度控制器無法依照季節或外氣環境條件機動調整其設定，使得暖通空調或熱泵等被控制設備無法運轉在最經濟效能或最舒適的狀態，造成非必要能源浪費或使用人員不舒適。

此外，習知以電阻式溫度感測器作為溫度控制器輸入控制依據的設備，若欲改變該控制器之控制運轉設定或方式，例如欲以電力需量進行控制，在無法得知該控制器的控制保護裝置的條件下，欲取代或整合該溫度控制器以使被控設備可依據設定的電力需量來做為控制參數依據，修改或取代所需承擔的風險與成本相當高。

此外，溫度控制器上的設定溫度功能，使得被控設備運轉與溫度感測器對應的設定電阻值產生變化，欲精準控制被控設備運轉，將更加困難。

更由於此溫度控制器僅能依據該設備上的溫度感測器進行邏輯運算與控制，若欲整合其他環境資訊進行控制或增加額外的控制功能，要在不影響既有保護功能條件下變更或增加功能更是所費不貸。

有鑑於此，本發明之一目的在於提供一種控制裝置，藉由輸入電阻訊號給溫度控制器，使被控制設備在特定輸出功率或電力使用量下運轉，致使控制裝置能在保留既有保護裝置的條件下改變被控設備運轉方式與設定。

本發明之另一目的在於提供一種控制裝置，可使原有溫度控制器可以根據環境資訊透過輸出特定電阻值至原有溫度控制器對被控設備進行間接控制，使原有被控設備延伸或變更其他控制目的之使用，如電力需量控制、濕度控制、變更溫度控制設定等。

本發明之另一目的在於提供一種控制裝置，可使原有溫度控制器可以根據時間計算資訊，使原有被控設備延伸或變更為時間控制目的之使用，如排程控制等。本發明之另一目的在於提供一種控制裝置，可使原有溫度控制器可以根據環境或時間資訊進行邏輯運算或預測，使被控設備在特訂時間以特定輸出功率或電力使用量之目的使用，如節電控制、計費控制等。

控制裝置包含環境感測單元或時間計算單元、電量量測單元、控制運算單元、電阻輸出單元。控制運算單元與環境感測單元或時間計算單元、電量量測單元連接；電阻輸出單元與控制運算單元連接。電阻輸出單元另與溫度控制器連接。於電阻輸出單元產生第一電阻值輸入溫度控制器，並使被控設備以第一電力使用量狀態運轉；於電阻輸出單元產生第二電阻值輸入溫度控制器，並使被控設備以第二電力使用量狀態運轉。控制運算單元根據環境感測單元或時間計算單元資訊運算後，控制電阻輸出單元輸出第一或第二電阻值至溫度控制器，以使被控設備以第一或第二電力使用量狀態運轉。

本發明之另一目的在於提供一種控制方法，適用於上述之控制裝置。藉由輸出特定電阻訊號至溫度控制器，來改變被控設備運轉在特定電力使用量之狀態，並由控制運算單元根據環境感測資訊或時間計算資訊進行運算後，控制電阻輸出單元產生指定電阻訊號給溫度控制器，使被控設備以指定輸出功率或電力使用量狀態運轉，以使達到環保節能或特定之目的與功效。

控制方法包含下列步驟：(S1)輸出第一電阻值給溫度控制器以使被控設備以第一電力使用量狀態運轉；(S2)輸出第二電阻值給溫度控制器以使被控設備以第二電力使用量狀態運轉；(S3)取得目前環境資訊或時間資訊；(S4)根據環境資訊或時間資訊計算後輸出第一電阻值或第二電阻值給溫度控制器；(S5)偵測被控設備之電力使用量。

控制方法更包含下列步驟：(S5-1)在輸出第一電阻值後之偵測電力使用量為接近第一電力使用量或偏離第一電力使用量，若接近則重回步驟(S3)，若偏離則重回步驟(S1)；或在輸出第二電阻值後之偵測電力使用量為接近第二電力使用量或偏離第二電力使用量，若接近則重回步驟(S3)，若偏離則重回步驟(S1)。

本發明之附加特徵及優點將於隨後的描述中加以說明使其更為明顯，或者可經由本發明的實踐而得知。本發明之其他目的及優點將可從本案說明書與其之申請專利範圍以及附加圖式中所述結構而獲得實現與達成。

11‧‧‧環境感測單元

12‧‧‧電量量測單元

13‧‧‧控制運算單元

14‧‧‧電阻輸出單元

15‧‧‧參數輸入單元

16‧‧‧溫度控制器

圖1A及圖1B係為習知溫度控制器之之設定溫度與溫度感測器電阻變化及被控制設備電力使用關係圖。

圖2A係為本發明控制裝置以環境資訊單元輸入之實施例方塊圖。

圖2B係為本發明控制裝置以時間計算單元輸入之實施例方塊圖。

圖2C係為電阻輸出與溫度控制器被控設備之電力使用量之關係圖。

圖3A~圖3D係為本發明電阻輸出單元之串聯實施例示意圖。

圖4A~圖4D係為本發明電阻輸出單元之並聯實施例示意圖。

圖5A~圖5C係為本發明控制裝置之另一實施例示意圖。

圖6A及圖6B係為本發明控制裝置之另一實施例示意圖。

圖7A~圖7C係為本發明控制裝置之另一實施例示意圖。

圖8係為本發明控制裝置之控制方法之實施例流程圖。

請參閱圖2A，本發明控制裝置包含環境感測單元11、電量量測單元12、控制運算單元13、電阻輸出單元14。環境感測單元11、電量量測單元12、電阻輸出單元14與控制運算單元13電性連接。電阻輸出單元14另與溫度控制器16電性連接，詳細來說，係與溫度控制器16既有內部的溫度感測器(圖未示)連接點連接。溫度控制器16可以是一般常用的溫控器，其內部原有的溫度感測器係由環境感測單元11所取代作為溫度或其他控制目的之使用。

另可參閱圖2B，本發明控制裝置包含時間計算單元15、電量量測單元12、控制運算單元13、電阻輸出單元14。時間計算單元15、電量量測單元12、電阻輸出單元14與控制運算單元13電性連接。電阻輸出單元14另與溫度控制器16電性連接，詳細來說，係與溫度控制器16既有內部的溫度感測器(圖未示)連接點連接。溫度控制器16可以是一般常用的溫控器，其內部原有溫度控制功能改作為計時器或其他控制目的之使用，更可附加上述環境資訊輸入作為複合式控制目的之使用。

控制運算單元13控制電阻輸出單元14輸出第一電阻R0給溫度控制器16，並以電量量測單元12量測被控設備(圖未示)之電力使用量，此處以電流0表示，但不限於電流之資訊；控制運算單元13另控制電阻輸出單元14輸出第二電阻R1給溫度控制器16，並以電量量測單元12量測受控設備(圖未示)之電力使用量，此處以電流1表示，控制運算單元13將取得輸出第一電阻對應到電流1及第二電阻對應到電流2之關係，如圖2C所示。本發明電阻輸出單元14更可透過電阻器之調整組合輸出，且由控制運算單元13讀取電量量測單元12的被控制設備電力使用量來運算/分析/記錄電阻輸出與被控設備之電力使用量的關係。因此，控制運算單元13可以自動識別與記錄被控設備電力使用量與輸出電阻的對應關係。簡言之，本實施例的控制裝置具有自我學習的功能。

本實施例之環境感測單元11係以電阻式溫度感測器為例，但不以此為限，主要係用以偵測目前環境溫度。於其他實施例中，亦可以偵測溫度、濕度、壓力、流量、流速、風速、照度、音量、電壓、電流、電阻、頻率、轉速或其一或複數個訊號之組合資訊。電量量測單元12係以偵測電流為例，但不以此為限，只要與以計算電力使用量有關的訊號均適用。其訊號輸入的方式可為類比(電阻、電流、電壓)、數位及脈衝等方式或一電子訊號之編碼，並無特定限制。

控制運算單元13可以是中央處理單元(CPU)、微處理單元(MCU)或其他類似的裝置，較佳為具有邏輯運算能力的處理器。電阻輸出單元14較佳由電阻器及繼電器所組成，繼電器可作為開關，用以調控電阻輸出單元14輸出的電阻值。電阻器可以是一般習知的固定電阻或可變電阻，主要是透過繼電器使其導通或斷開以組合出不同的電阻值。本實施例之電阻輸出單元14可為一或多個，並無特定限制。

由於本實施例係以電力(例如電流)量測與電阻值變化來判斷設備運轉狀態，毋須量測及對照原始溫度控制器16上之溫度感測器的阻值，透過電阻輸出單元輸出能精準地控制被控設備在各個溫度值下的運轉電流及功率輸出。因此，於其他實施例中，當被控設備為多段溫度設定、多個啟動設備(例如壓縮機)，抑或是變頻設備，亦可導入本實施例之控制裝置使用。於實際應用上，也可以將其變化為以時間、電力需量等單位作為設定目標。

本發明控制裝置之另一實施例，請參閱圖3A~圖3D。主要硬體架構與前述實施例大致相同，惟本實施例之電阻輸出單元14係以多組相互串聯為例，例如第一電阻VR0、第二電阻VR1及第三電阻VR2串聯。當控制運算單元13控制電阻輸出單元14輸出電阻訊號VR0、VR1、VR2、VR0+VR1、VR0+VR2給溫度控制器16時，經由電量量測單元12將量測到被控設備電力使用量分別為電流0、電流1、電流2、電流3、電流4，即原溫度控制器16之設定之電阻與電流關係曲線運轉，如圖3B及圖3D之曲線17所示。控制運算單元13讀取環境感測單元11為輸入訊號(以溫度為例)，如圖所示之第一狀態19(可視為位於第一電阻值區間，圖中以第一區間表示)時，原溫度控制器16之原溫度感測器(圖未示)輸入電阻為VR0+VR1，並使被控設備產生電流3之電力使用量及功率輸出。此時，控制運算單元13讀取溫度環境資訊單元11後控制電阻輸出單元14輸出VR1電阻給溫度控制器16，此時溫度控制器16之被控設備(圖未示)將改以電流1之電力使用量運轉，如圖3D之曲線18所示。

另於第二狀態20(可視為位於第二電阻值區間，圖中以第二區間表示)時，溫度控制器16之原溫度感測器(圖未示)輸入電阻為VR0+VR2，並使被控設備產生電流4之電力使用量運轉。此時，控制運算單元13讀取溫度環境資訊單元11後控制電阻輸出單元14輸出VR2電阻給溫度控制器16，此時溫度控制器16之被控設備(圖未示)將改以電流2之電力使用量運轉，如圖3D之曲線18所示。本實施例實現變更多段溫度控制器控制參數之被控設備運轉曲線圖與原溫度控制器之曲線圖及電阻訊號比較，如圖 3C及圖3D所示。

需說明的是，本實施例以兩個狀態說明操作與控制方法，但不限於兩個狀態並可以增加電阻訊號組合來增加控制之狀態數量。

本發明控制裝置之另一實施例，請參閱圖4A~圖4D。主要硬體架構與前述實施例大致相同，惟本實施例之電阻輸出單元14係以多組相互並聯為例，如圖4A所示，例如第一電阻VR0、第二電阻VR1及第三電阻VR2並聯。當電阻輸出單元14輸出電阻訊號R0、R1、R2、R3、R4給溫度控制器16時，經由電量量測單元12將量測到被控設備電力使用量分別為電流0、電流1、電流2、電流3、電流4，如圖4B及圖4D之曲線17所示。

當環境感測單元11為輸入訊號為溫度時，如圖中所示之第一狀態時，溫度控制器16之原溫度感測器(圖未示)輸入電阻為R3，並使被控設備產生電流3之電力使用量及功率輸出。控制運算單元13讀取溫度環境資訊單元11後控制電阻輸出單元14輸出R1電阻給溫度控制器16，此時溫度控制器16之被控設備(圖未示)將改以電流1之電力使用量運轉，如圖4D之曲線18所示。

另於第二狀態時，溫度控制器16之原溫度感測器(圖未示)輸入電阻為R4，並使被控設備產生電流4之電力使用量運轉。控制運算單元13讀取溫度環境資訊單元11後控制電阻輸出單元14輸出R2電阻給溫度控制器16，此時溫度控制器16之被控設備(圖未示)將改以電流2之電力使用量運轉，如圖4D之曲線18所示。其曲線及電阻訊號之詳細比對如圖4C及4D所示本實施例以兩個狀態說明操作與控制方法，但不限於兩個狀態並可以增加電阻訊號數量或串聯與並聯電阻組合型態來增加控制之狀態。

本發明之另一實施例，係為一由溫度控制器16控制加熱器24運轉之裝置，改以溫度感測器22及水流量感測器23等複數個環境資訊單元11輸入，如圖5A系統架構圖所示。電阻輸出單元14輸出R0、R1、R2、R3、R4電阻給溫度控制器16時，電量量測單元12將讀取到電流感測器21偵測到加熱器24之電流量分別為電流0、電流1、電流2、電流3、電流4，控制運算單元13將分析/紀錄此關係如圖5B所示。當控制運算單元13讀取環境資訊單元11輸入資訊後，依照圖5C之邏輯控制電阻輸出單元14輸出對應之電阻值至溫度控制器16，以使加熱器依照設定之電力使用量及功率輸出運轉。

本發明之另一實施例，係與上一實施例相同之原有裝置，即由溫度控制器16控制加熱器24運轉之裝置，本實施例將以時間計算資訊15作為輸入，如圖6A系統架構圖所示。當電阻輸出單元14輸出R0、R1、R2、R3、R4電阻給溫度控制器16時，電量量測單元12將讀取到電流感測器21偵測到加熱器24之電流量為電流0、電流1、電流2、電流3、電流4，如圖6B所示，當控制運算單元13讀取時間計算單元15後，依照圖6B之邏輯控制電阻輸出單元14輸出對應之電阻值，以使加熱器依照時間設定及電力使用量運轉。

本發明之另一實施例，係為一由溫度控制器16控制空調機26運轉之裝置，係以電力需量感測器25之電力需量作為環境資訊單元11及時間計算單元作為輸入，如圖7A系統架構圖所示。具體來說，當電阻輸出單元14輸出R0、R1、R2、R3、R4電阻給溫度控制器16時，電量量測單元12將讀取到電流感測器21偵測到空調機26之運轉電流值為電流0、電流1、電流2、電流3、電流4，控制運算單元13將分析/紀錄，如圖7B所示。當控制運算單元13依照圖7B之時間及電力需量邏輯控制電阻輸出單元14輸出對應之電阻值，以使空調機26依照時間設定及電力使用量邏輯規則運轉，如圖7C所示。

需說明的是，於上實施例中，環境感測單元11若以濕度計為例，本發明之控制裝置將使原被控設備增加濕度控制器使用功能，其設定原理與自學習功能與前述實施例相同，在此不另行贅述。於其他實施例中，壓力、流量、流速、風速、照度、音量、電壓、電流、頻率或其組合訊號亦可導入本發明之控制裝置作為環境感測參數做控制輸出功率變化之依據。

需說明的是，於上實施例中，時間計算單元15若以計時功能為例，本發明之控制裝置將使原被控設備增加計時運轉控制功能，其設定原理與自學習功能與前述實施例相同，在此不另行贅述。於其他實施例中，更可與環境資訊單元11合併作為控制運算單元13之輸入計算及判斷控制。

本發明之另一實施例，請參閱圖8。圖8係為適用本發明控制裝置之控制方法，包含下列步驟：(S1)輸出第一電阻值給溫度控制器以使被控設備以第一電力使用量狀態運轉；(S2)輸出第二電阻值給溫度控制器以使被控設備以第二電力使用量狀態運轉；(S3)取得目前環境資訊或時間資訊；(S4)根據環境資訊或時間資訊計算後輸出第一電阻值或第二電阻值給溫度控制器；(S5)偵測被控設備之電力使用量。

本實施例之控制方法，係藉由前述實施例之硬體結構實現，其詳細架構及原理已詳述於前，在此不另行贅述。然而，需說明的是，於實際情況下，當使用者輸入某一參數並輸出對應之電阻值，而被控設備並未被偵測到相符的電流值時，例如在輸出第一電阻值後之偵測電力使用量為接近第一電力使用量或偏離第一電力使用量，若接近則重回步驟(S3)，若偏離則重回步驟(S1)；或在輸出第二電阻值後之偵測電力使用量為接近第二電力使用量或偏離第二電力使用量，若接近則重回步驟(S3)，若偏離則重回步驟(S1)。

須說明的是，前述接近及遠離第一/第二電力使用量，係以相對接近或相對遠離定義。例如，於步驟(S5-1)中，接近第一電力使用量係指，當電量量測單元偵測到的電力使用量與步驟(S1)中的第一電力使用量的差異絕對值小於電量量測單元偵測到的電力使用量與步驟(S2)中的第二電力使用量的差異絕對值。

於另一方面，偏離第一電力使用量係指，所偵測到的電力使用量與步驟(S1)中的第一電力使用量的差異絕對值大於偵測到的電力使用量與步驟(S2)中的第二電力使用量的差異絕對值。

類似地，接近第二電力使用量係指，偵測到的電力使用量與步驟(S2)中的第二電力使用量的差異絕對值小於偵測到的電力使用量與步驟(S1)中的第一電力使用量的差異絕對值。

偏離第二電力使用量係指，所偵測到的電力使用量與步驟(S2)之第二電力使用量的差異絕對值大於所偵測到的電力使用量與步驟(S1)之第一電力使用量的差異絕對值。

相較於先前技術，本發明之控制裝置及其控制方法藉由一特定之電阻訊號來控制溫度控制器之輸出，並且藉由電量量測及邏輯運算，致使控制裝置能藉由自我學習精準控制設備運轉，並根據所需要的環境感測參數或時間計算資訊進行設備精準控制，以達到節電或特定目的之功效。

Claims

一種控制裝置，包含：一環境感測單元；一電量量測單元；一控制運算單元，與該環境感測單元及該電量量測單元連接；以及至少一電阻輸出單元，與該控制運算單元及一溫度控制器連接，其中，該溫度控制器至少具有對應一狀態之一第一電阻值區間及一第二電阻值區間，當該溫度控制器輸入一第一電阻值介於該第一電阻值區間時，將輸出控制使一被控設備以第一電力使用量運轉；當該溫度控制器輸入一第二電阻值介於該第二電阻值區間時，將輸出控制使該被控設備以第二電力使用量運轉；其中，該控制運算單元根據該環境感測單元得到之數值計算與判斷，可控制該電阻輸出單元輸出一第一電阻值至該溫度控制器以使該被控設備以該第一電力使用量運轉，或輸出該第二電阻值至該溫度控制器以使該被控設備以該第二電力使用量運轉。
如請求項1所述之控制裝置，其中該至少一電阻輸出單元包含一電阻器及一繼電器。
如請求項1所述之控制裝置，其中該至少一電阻輸出單元係為串聯設置、並聯設置或其組合。
如請求項1所述之控制裝置，其中該環境感測單元訊號至少包含溫度、濕度、濃度、壓力、流量、流速、風速、照度、音量、電壓、電流、電阻、頻率、轉速、計數、脈波或其一或複數個訊號之組合或一電子訊號之編碼。
如請求項1所述之控制裝置，其中該電量量測單元為一可以計算電力使用量的量測裝置或通訊輸入方式，至少包含類比訊號、數位訊號及脈衝訊號其中之一或一電子訊號之編碼。
一種控制裝置，包含：一時間計算單元；一電量量測單元；一控制運算單元，與時間計算單元及該電量量測單元連接；以及至少一電阻輸出單元，與該控制運算單元及一溫度控制器連接，其中，該溫度控制器至少具有對應一狀態之一第一電阻值區間及一第二電阻區間，當該溫度控制器輸入一第一電阻值介於一第一電阻值區間時，將輸出控制使一被控設備以第一電力使用量運轉；當該溫度控制器輸入一第二電阻值介於該第二電阻值區間時，將輸出控制使該被控設備以一第二電力使用量運轉；其中，該控制運算單元根據該時間計算單元得到之數值計算與判斷，可控制該電阻輸出單元輸出一第一電阻值至該溫度控制器以使該被控設備以該第一電力使用量運轉，或輸出該第二電阻值至該溫度控制器以使該被控設備以該第二電力使用量運轉。
如請求項6所述之控制裝置，其中該至少一電阻輸出單元包含一電阻器及一繼電器。
如請求項6所述之控制裝置，其中該至少一電阻輸出單元係為串聯設置、並聯設置或其組合。
如請求項6所述之控制裝置，其中該時間計算單元訊號係為絕對時間、或相對時間或其一或複數個訊號之組合或一電子訊號之編碼。
如請求項6所述之控制裝置，其中該電量量測單元為一可以計算電力使用量的量測裝置或通訊輸入方式，至少包含類比訊號、數位訊號及脈衝訊號其中之一或一電子訊號之編碼。
一種控制裝置之控制方法，包含下列步驟：(S1)輸出第一電阻值給溫度控制器以使被控設備以第一電力使用量狀態運轉；(S2)輸出第二電阻值給溫度控制器以使被控設備以第二電力使用量狀態運轉；(S3)取得目前環境資訊或時間資訊；(S4)根據環境資訊或時間資訊計算後輸出第一電阻值或第二電阻值給溫度控制器；以及(S5)偵測被控設備之電力使用量。
如請求項11所述之控制方法，更包含下列步驟：(S5-1)在輸出第一電阻值後之偵測電力使用量為接近第一電力使用量或偏離第一電力使用量，若接近則重回步驟(S3)，若偏離則重回步驟(S1)；或在輸出第二電阻值後之偵測電力使用量為接近第二電力使用量或偏離第二電力使用量，若接近則重回步驟(S3)，若偏離則重回步驟(S1)。
如請求項12所述之控制方法，其中於步驟(S5-1)中，該接近第一電力使用量係指，偵測電力使用量與步驟(S1)之第一電力使用量的差異絕對值小於偵測電力使用量與步驟(S2)之第二電力使用量的差異絕對值；以及該偏離第一電力使用量係指，偵測電力使用量與步驟(S1)之第一電力使用量的差異絕對值大於偵測電力使用量與步驟(S2)之電力使用量的差異絕對值。
如請求項12所述之控制方法，其中於步驟(S5-1)中，該接近第二電力使用量係指，偵測電力使用量與步驟(S2)之第二電力使用量的差異絕對值小於偵測電力使用量與步驟(S1)之第一電力使用量的差異絕對值；以及該偏離第二電力使用量係指，偵測電力使用量與步驟(S2)之第二電力使用量的差異絕對值大於偵測電力使用量與步驟(S1)之第一電力使用量的差異絕對值。